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8b10b Code Der auch 8b 10b Code ist ein 1983 von Albert Xavier Widmer und Peter Franaszek entwickelter Leitungscode in d

8b10b-Code

Der 8b10b-Code (auch 8b/10b-Code) ist ein 1983 von Albert Xavier Widmer und Peter Franaszek entwickelter Leitungscode in der Telekommunikationstechnik. Es werden 8 Informationsbits durch 10 Leitungsbits kodiert. Es wird ein vollständiger Gleichspannungsausgleich gewährleistet, weiterhin können der Takt und die Datenwortgrenzen einfach rückgewonnen werden. Die Bitrate erhöht sich um 25 Prozent (Overhead). Ein ähnlich aufgebauter Code ist der 16b18b-Code (auch Albert Xavier Widmer) mit nur 12,5 Prozent Overhead.

Andere, deutlich effizientere Codes sind der 64b66b-Code mit 3 Prozent Overhead, welcher 64 Bit auf 66 Bit abbildet, und der 128b130b-Code mit nur 1,5 Prozent Overhead. Allerdings gewährleisten diese Codes Eigenschaften (wie Gleichspannungsfreiheit, Wiederholrate gleicher Pegel, Datenwortgrenzenerkennung) nur noch im statistischen Mittel.

Eigenschaften Bearbeiten

Der 8b10b-Code benutzt zur Übertragung eines Oktetts ein zehn Bits langes Codewort. Dabei werden folgende Eigenschaften erfüllt:

Gleichspannungs­ausgleich Bearbeiten

Die Anzahl der Einsen pro Codewort unterscheidet sich maximal um zwei von der Anzahl der Nullen. Dies ergibt drei Typen von Codewörtern:

  • 252 neutrale (neutral disparity): gleiche Anzahl von „1“ und „0“, also fünfmal „1“ und fünfmal „0“
  • 210 positive (positive disparity): sechsmal „1“ und viermal „0“
  • 210 negative (negative disparity): viermal „1“ und sechsmal „0“

In einem Datenstrom treten damit „1“ und „0“ mit gleicher Wahrscheinlichkeit auf. Überträgt man nun eine „1“ als eine positive Spannung +U und eine „0“ als eine negative Spannung −U, so hat das kodierte Signal (bei gegebener Datenrate) eine untere Grenzfrequenz, d. h., über eine längere Bitfolge mittelt sich die Spannung heraus, so dass das Signal keinen Gleichspannungsanteil enthält. Dieser Gleichspannungsausgleich erlaubt zum Beispiel eine kapazitive oder induktive Kopplung von Sender und Empfänger.

Maximale Anzahl gleicher Leitungsbits in Folge Bearbeiten

Bei reiner Datenübertragung ist durch das Design der Kodierung die maximale Anzahl (maximum run length) aufeinanderfolgender gleicher Leitungsbits (Symbole) auf fünf begrenzt, d. h. spätestens nach fünf Taktzyklen erfolgt ein Pegelwechsel.

Es gibt drei Steuerworte (sie stellen keine Nutzdaten dar), bei denen an einer bestimmten Stelle innerhalb der zehn Leitungsbits pro Datenwort absichtlich sechs Taktzyklen lang kein Pegelwechsel stattfindet (Kommas genannt). Dies ermöglicht eine einfache Rückgewinnung der Datenwortgrenzen. Die Taktrückgewinnung selbst stellt durch die häufigen Pegelwechsel sehr geringe Anforderungen.

Disparität Bearbeiten

Der 8b10b-Encoder hat als Eingangsgrößen neben dem zu kodieren Datenwort (D.00.0 bis D31.7 für reguläre Datenworte 0…255, Kxx.y für zwölf weitere mögliche Steuerworte) noch die vorausgegangene Disparität als Eingangsgröße. Daraus berechnen sich die zehn Leitungsbits sowie die folgende Disparität, die für die Kodierung des folgenden Datenwortes benötigt wird.

voraus-
gegangene
Disparität		 Disparität des Codewortes
(folgende Disparität)
−1 ±0 +1
−1  Nein
×		  Ja
→ (−1)		  Ja
↗ (+1)
+1  Ja
↘ (−1)		  Ja
→ (+1)		  Nein
×

Es wird dafür gesorgt, dass die Disparität nur die Werte −1 und +1 annehmen kann.

Im einfachsten Fall kann die Kodierung durch einen Festwertspeicher 1024 × 11 bit erfolgen: 10 bit (acht Datenbits, Umschaltung Datenwort/Steuerwort, vorangegangene Parität) → 11 bit (zehn Kanalbits, nachfolgende Parität). Der Code ist allerdings so aufgebaut, dass man die Kodierung in zwei deutlich kleinere Tabellen (128 × 7 bit und 32 × 5 bit) und ein wenig Zusatzlogik zerlegen kann.

K-Wörter Bearbeiten

Neben 256 möglichen Datenwörtern können zwölf mögliche Steuerworte übertragen werden. Diese Steuerworte nennt man K-Wörter. Sie sind für Steuerungsfunktionen in übergeordneten Protokollschichten notwendig. Drei dieser K-Wörter haben ein Bitmuster, das nicht über Codewortgrenzen hinweg entstehen kann. Das heißt, die letzten Bit eines Codewortes zusammen mit den ersten Bit eines nachfolgenden Codewortes können niemals das Bitmuster eines dieser drei speziellen K-Wörter ergeben. Das nutzt man in seriellen Datenströmen, um den Anfang und das Ende eines Codewortes zu erkennen. Diese drei speziellen K-Wörter nennt man auch Komma-Wörter.

Fehlererkennung Bearbeiten

Da von den mit zehn Bits darstellbaren 1024 Kombinationen nicht alle genutzt werden und außerdem strenge Auswahlregeln zu beachten sind, können einzelne Bitfehler mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit (ca. 75 Prozent) detektiert werden. Es können allerdings auch gültige falsche Datenworte entstehen. Für gesicherte Übertragungen sind daher zusätzliche Prüfsummen oder eine Vorwärtsfehlerkorrektur erforderlich.

Anwendungen Bearbeiten

Der 8b10b-Code findet u. a. in folgenden Übertragungsstandards Verwendung:

Die Hoch-Zeiten des 8b10b-Codes waren die Jahre 2007 bis 2013. In Neuentwicklungen sind diese den Scambling-Codes (64b66b bis 512b514b) und auch deren Nachfolgern (integrierte Fehlerkorrektur, Mehrpegel-Kodierungen) gewichen.

Siehe auch Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. SAS Protocol Layer - 4 (SPL-4) draft 08b. INCITS, 18. Juli 2016, abgerufen am 21. Juli 2016.
  2. http://www.cpri.info/spec.html CPRI Common Public Radio Interface
  3. http://www.obsai.com Open Base Station Architecture Initiative, siehe RP Specifications: RP3_Vx.x.pdf (Physical Layer)
  4. Benjamin Benz: USB 2.0 ausgebremst. In: www.heise.de. 5. Januar 2009, abgerufen am 26. Oktober 2021.
  5. (Memento vom 27. Februar 2009 im Internet Archive)

Weblinks Bearbeiten

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Veröffentlichungsdatum:
Der 8b10b Code auch 8b 10b Code ist ein 1983 von Albert Xavier Widmer und Peter Franaszek entwickelter Leitungscode in der Telekommunikationstechnik Es werden 8 Informationsbits durch 10 Leitungsbits kodiert Es wird ein vollstandiger Gleichspannungsausgleich gewahrleistet weiterhin konnen der Takt und die Datenwortgrenzen einfach ruckgewonnen werden Die Bitrate erhoht sich um 25 Prozent Overhead Ein ahnlich aufgebauter Code ist der 16b18b Code auch Albert Xavier Widmer mit nur 12 5 Prozent Overhead Andere deutlich effizientere Codes sind der 64b66b Code mit 3 Prozent Overhead welcher 64 Bit auf 66 Bit abbildet und der 128b130b Code mit nur 1 5 Prozent Overhead Allerdings gewahrleisten diese Codes Eigenschaften wie Gleichspannungsfreiheit Wiederholrate gleicher Pegel Datenwortgrenzenerkennung nur noch im statistischen Mittel Inhaltsverzeichnis 1 Eigenschaften 1 1 Gleichspannungs ausgleich 1 2 Maximale Anzahl gleicher Leitungsbits in Folge 1 3 Disparitat 1 4 K Worter 1 5 Fehlererkennung 2 Anwendungen 3 Siehe auch 4 Einzelnachweise 5 WeblinksEigenschaften BearbeitenDer 8b10b Code benutzt zur Ubertragung eines Oktetts ein zehn Bits langes Codewort Dabei werden folgende Eigenschaften erfullt Gleichspannungs ausgleich Bearbeiten Die Anzahl der Einsen pro Codewort unterscheidet sich maximal um zwei von der Anzahl der Nullen Dies ergibt drei Typen von Codewortern 252 neutrale neutral disparity gleiche Anzahl von 1 und 0 also funfmal 1 und funfmal 0 210 positive positive disparity sechsmal 1 und viermal 0 210 negative negative disparity viermal 1 und sechsmal 0 In einem Datenstrom treten damit 1 und 0 mit gleicher Wahrscheinlichkeit auf Ubertragt man nun eine 1 als eine positive Spannung U und eine 0 als eine negative Spannung U so hat das kodierte Signal bei gegebener Datenrate eine untere Grenzfrequenz d h uber eine langere Bitfolge mittelt sich die Spannung heraus so dass das Signal keinen Gleichspannungsanteil enthalt Dieser Gleichspannungsausgleich erlaubt zum Beispiel eine kapazitive oder induktive Kopplung von Sender und Empfanger Maximale Anzahl gleicher Leitungsbits in Folge Bearbeiten Bei reiner Datenubertragung ist durch das Design der Kodierung die maximale Anzahl maximum run length aufeinanderfolgender gleicher Leitungsbits Symbole auf funf begrenzt d h spatestens nach funf Taktzyklen erfolgt ein Pegelwechsel Es gibt drei Steuerworte sie stellen keine Nutzdaten dar bei denen an einer bestimmten Stelle innerhalb der zehn Leitungsbits pro Datenwort absichtlich sechs Taktzyklen lang kein Pegelwechsel stattfindet Kommas genannt Dies ermoglicht eine einfache Ruckgewinnung der Datenwortgrenzen Die Taktruckgewinnung selbst stellt durch die haufigen Pegelwechsel sehr geringe Anforderungen Disparitat Bearbeiten Der 8b10b Encoder hat als Eingangsgrossen neben dem zu kodieren Datenwort D 00 0 bis D31 7 fur regulare Datenworte 0 255 Kxx y fur zwolf weitere mogliche Steuerworte noch die vorausgegangene Disparitat als Eingangsgrosse Daraus berechnen sich die zehn Leitungsbits sowie die folgende Disparitat die fur die Kodierung des folgenden Datenwortes benotigt wird voraus gegangeneDisparitat Disparitat des Codewortes folgende Disparitat 1 0 1 1 nbsp Nein nbsp Ja 1 nbsp Ja 1 1 nbsp Ja 1 nbsp Ja 1 nbsp Nein Es wird dafur gesorgt dass die Disparitat nur die Werte 1 und 1 annehmen kann Im einfachsten Fall kann die Kodierung durch einen Festwertspeicher 1024 11 bit erfolgen 10 bit acht Datenbits Umschaltung Datenwort Steuerwort vorangegangene Paritat 11 bit zehn Kanalbits nachfolgende Paritat Der Code ist allerdings so aufgebaut dass man die Kodierung in zwei deutlich kleinere Tabellen 128 7 bit und 32 5 bit und ein wenig Zusatzlogik zerlegen kann K Worter Bearbeiten Neben 256 moglichen Datenwortern konnen zwolf mogliche Steuerworte ubertragen werden Diese Steuerworte nennt man K Worter Sie sind fur Steuerungsfunktionen in ubergeordneten Protokollschichten notwendig Drei dieser K Worter haben ein Bitmuster das nicht uber Codewortgrenzen hinweg entstehen kann Das heisst die letzten Bit eines Codewortes zusammen mit den ersten Bit eines nachfolgenden Codewortes konnen niemals das Bitmuster eines dieser drei speziellen K Worter ergeben Das nutzt man in seriellen Datenstromen um den Anfang und das Ende eines Codewortes zu erkennen Diese drei speziellen K Worter nennt man auch Komma Worter Fehlererkennung Bearbeiten Da von den mit zehn Bits darstellbaren 1024 Kombinationen nicht alle genutzt werden und ausserdem strenge Auswahlregeln zu beachten sind konnen einzelne Bitfehler mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ca 75 Prozent detektiert werden Es konnen allerdings auch gultige falsche Datenworte entstehen Fur gesicherte Ubertragungen sind daher zusatzliche Prufsummen oder eine Vorwartsfehlerkorrektur erforderlich Anwendungen BearbeitenDer 8b10b Code findet u a in folgenden Ubertragungsstandards Verwendung PCI Express nur 1 x und 2 x 3 x verwendet 128b 130b Serial ATA bis SATA III Serial Attached SCSI bis SAS 3 ab SAS 4 wird 128b 150b verwendet 1 Fibre Channel bis 8GFC 10GFC 16GFC verwenden 64b 66b InfiniBand bis QDR FDR10 FDR und neuer verwenden 64b 66b FireWire 800 S1600 S3200 beta mode DisplayPort bis Version 1 4 DVI und HDMI bis Version 2 0 TMDS CPRI 2 OBSAI 3 USB 3 0 USB bis 2 0 verwendet NRZI USB 3 1 128b 132b 4 5 Abkehr bei USB 3 2 zu 128b132b Kodierung Ethernet mit X PCS Code bis 1 Gigabit Ethernet keine Verwendung mehr bei allen Nachfolgern Die Hoch Zeiten des 8b10b Codes waren die Jahre 2007 bis 2013 In Neuentwicklungen sind diese den Scambling Codes 64b66b bis 512b514b und auch deren Nachfolgern integrierte Fehlerkorrektur Mehrpegel Kodierungen gewichen Siehe auch Bearbeiten16b18b Code 64b66b CodeEinzelnachweise Bearbeiten SAS Protocol Layer 4 SPL 4 draft 08b INCITS 18 Juli 2016 abgerufen am 21 Juli 2016 http www cpri info spec html CPRI Common Public Radio Interface http www obsai com Open Base Station Architecture Initiative siehe RP Specifications RP3 Vx x pdf Physical Layer Benjamin 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