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8b10b-Code

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Der 8b10b-Code (auch 8b/10b-Code) ist ein Leitungscode in der Telekommunikationstechnik. Dabei werden 8 Bit Daten mit 10 Bit kodiert, sodass zum einen ein Gleichspannungsausgleich gewährleistet ist und zum anderen Taktrückgewinnung aus dem Datensignal möglich ist. Das Datenvolumen erhöht sich um 25 %. Der erzeugte Datenstrom enthält daher einen Overhead von 20 %. Ein ähnlicher, aber deutlich effizienterer Code ist der 64b66b-Code, welcher 64 Bits auf 66 Bits abbildet und daher nur ca. 3 % Overhead erzeugt.

Der Code wurde von Albert Widmer und Peter Franaszek entwickelt.

Eigenschaften

Der 8b10b-Code benutzt zur Übertragung eines Bytes (= 8 Bit) ein Symbol mit 10 Bit Länge. Dabei werden folgende Eigenschaften erfüllt:

Gleichspannungsausgleich

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

  • 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 Länge gleicher Bits

Die maximale Länge gleicher Bits (maximum run length) wird durch entsprechende Auswahl der Symbole bei reiner Datenübertragung auf fünf beschränkt, d. h. spätestens nach fünf Takten wechselt der Pegel. Dies ermöglicht eine einfache Taktrückgewinnung aus dem Datensignal.

Disparity

Der 8B10B-Encoder verarbeitet neben den Daten auch noch die Disparity. Damit wird dem Encoder mitgeteilt, ob es ein Symbol mit positiver oder negativer Disparity erzeugen soll und welche Disparity ein nachfolgendes Symbol haben soll. Hat ein Symbol negative Disparity, muss das folgende Symbol mit positiver Disparity erzeugt werden. Hat das Symbol neutrale Disparity, wird die Disparity-Information des vorherigen Symbols an das nachfolgende Symbol weitergeleitet. Damit wird sichergestellt, dass im gesamten Datenstrom jederzeit maximal eine 1 oder eine 0 zu viel ist und sich somit über ausreichend viele Symbole Gleichspannungsfreiheit einstellt. Folglich gibt es für jedes Eingangssymbol zwei mögliche Ausgangssymbole. Welches von beiden verwendet wird, hängt vom jeweiligen Vorgänger ab.

K-Wörter

Neben den zweimal 256 möglichen Datensymbolen gibt es noch zweimal zwölf 10-Bit-Codewörter, welche ebenso wie die Datenwörter maximal fünf gleiche aufeinanderfolgende Bits und insgesamt maximal sechs Einsen bzw. sechs Nullen enthalten. Diese Symbole nennt man K-Wörter, welche für Steuerungsfunktionen in übergeordneten Protokollschichten verwendet werden können. Drei dieser K-Wörter haben ein Bitmuster, das nicht über Symbolgrenzen hinweg entstehen kann. Das heißt, die letzten Bits eines Symboles zusammen mit den ersten Bits eines nachfolgenden Symboles können niemals das Bitmuster eines dieser drei speziellen K-Wörter ergeben. Das nutzt man in seriellen Datenströmen, um den Anfang und das Ende eines Symboles wiederzuerkennen. Diese drei speziellen K-Wörter nennt man auch Komma-Wörter.

Fehlererkennung

Da von den 1024 möglichen Kombinationen, welche sich mit 10 Bit darstellen lassen, nicht alle gültige Codewörter sind, ergibt sich die Möglichkeit, einige Bitübertragungsfehler zu erkennen. Allerdings können durch einzelne Bitfehler auch andere gültige Codewörter entstehen, womit eine zuverlässige Erkennung oder gar Korrektur von Übertragungsfehlern unmöglich ist. Daher wird meist zusätzlich eine Prüfsumme zusammen mit den Daten übertragen, um Bitübertragungsfehler mit höherer Zuverlässigkeit zu erkennen.

Anwendungen

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

Einzelnachweise

  1. ↑ http://www.cpri.info/spec.html CPRI Common Public Radio Interface
  2. ↑ http://www.obsai.org Open Base Station Architecture Initiative, siehe RP Specifications: RP3_Vx.x.pdf (Physical Layer)
  3. ↑ http://www.heise.de/ct/hotline/USB-2-0-ausgebremst-325842.html
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