Ethernet 비트 부호화 (Bit Encoding) — Ethernet 표준별로 0/1을 물리 신호로 변환하는 방식. 디코딩 방식과 통신 속도에 따라 배선 종류·길이·개수가 달라진다.
표준별 비교
| 구현 | 배선 종류 | 배선 길이 | 배선 개수 | 부호화 |
|---|---|---|---|---|
| 100BASE-TX | STP, UTP | 100 m | 2쌍 | 4B5B + MLT-3 |
| 100BASE-FX | Fiber | 185 m | 2개 | 4B5B + NRZ-I |
| 100BASE-T1 | UTP (STP) | 15 m (40 m) | 1쌍 | 4B/3B + 3B/2T + PAM3 |
| 1000BASE-T | STP, UTP | 100 m | 4쌍 | 8B1Q4 + 4D-PAM5 |
- 100BASE-T1은 단일 꼬임쌍선을 사용하는 차량용 표준 (OABR).
- 같은 100 Mbps라도 부호화·매체 조합이 달라 배선 설계 제약이 상이.
4B/5B Encoding
4 비트 입력을 5 비트 코드로 변환하여 클럭 복원·DC 균형을 확보.
규칙
- ‘0’ 또는 ‘1’ 이 특정 시간 이상 연속되지 않도록 함.
- 5 bit 코드 내에 반드시 1회 이상의 전이(0↔1) 발생.
- 3 bit 이상 ‘0’ 연속 금지.
- 전체적으로 0과 1의 비율이 비슷하도록 설계.
전체 코드표
| Hex | Data (4B) | 4B5B | Hex | Data (4B) | 4B5B | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0000 | 11110 | 8 | 1000 | 10010 | |
| 1 | 0001 | 01001 | 9 | 1001 | 10011 | |
| 2 | 0010 | 10100 | A | 1010 | 10110 | |
| 3 | 0011 | 10101 | B | 1011 | 10111 | |
| 4 | 0100 | 01010 | C | 1100 | 11010 | |
| 5 | 0101 | 01011 | D | 1101 | 11011 | |
| 6 | 0110 | 01110 | E | 1110 | 11100 | |
| 7 | 0111 | 01111 | F | 1111 | 11101 |
MLT-3 (Multi-Level Transmit-3)
3진 신호(-1, 0, +1)로 전송하는 라인 코딩:
- 1을 만나면 신호를 반전.
- 반전 방향은 +1과 -1을 교차로 변경.
- 0은 이전 레벨 유지.
- 결과적으로 신호의 주파수 대역을 낮춰 전송 매체 요구를 완화.
1000BASE-T
8B1Q4 (8 bit → 1 Four Quinary Symbol)
2 bit의 데이터를 1 심볼로 인코딩. 총 5개 심볼 레벨 (A~E) 중 4개로 데이터 표현, E는 에러용.
| Symbol | Value | Line Level |
|---|---|---|
| A | 00 | -2 |
| B | 01 | +1 |
| C | 10 | -1 |
| D | 11 | +2 |
| E | ERR | 0 |
4D-PAM5 (4-Dimensional 5-level PAM)
- 2 bit 정보를 1 Clock에 전송 → 심볼당 2 bit.
- 8 bit 정보를 2 bit씩 나눠 4개 채널(4 pair UTP)로 동시 전송.
- 채널당 125 Mbps × 2 bit = 250 Mbps/Channel, 4 채널 합산 1 Gbps.
Echo Cancellation
1000BASE-T는 1개의 UTP에서 Full Duplex를 구현하기 위해 Echo Cancellation 적용.
- 100BASE-TX는 TX용 UTP와 RX용 UTP를 분리해 사용 → Full Duplex 단순.
- 1000BASE-T는 4쌍 각각이 Full Duplex → 한 선에서 TX 신호와 RX 신호가 동시 존재.
- 해법: 수신 신호에서 자신의 TX 신호 성분을 감산하여 RX만 추출.
TX: [+1, +1, -1, +1]
RX(raw): [+2, 0, -2, +2] ← TX + 상대 신호 합성
→ RX(clean): [+1, -1, -1, +1]이 기술은 100BASE-T1에도 확장 적용되어 1쌍 UTP Full Duplex를 실현한다.
100BASE-T1 (OABR)
차량용 1쌍 UTP 100 Mbps 표준. EMC 문제 해결 + 배선 절반.
4B/3B + 3B/2T 변환
4 bit 입력 → 3 bit 중간 코드 → 2 심볼(T) PAM3 신호로 변환.
| 3 bit 데이터 | TA | TB |
|---|---|---|
| 000 | -1 | 0 |
| 001 | 0 | 1 |
| 010 | -1 | 1 |
| 011 | 0 | 1 |
| 100 | 1 | 0 |
| 101 | 0 | -1 |
| 110 | 1 | -1 |
| 111 | 0 | -1 |
PAM3 (Pulse Amplitude Modulation 3)
- 3 Level 신호: -1, 0, +1.
- 두 심볼 TA, TB로 3 bit 데이터 표현.
- 33.33 MHz마다 2 bit 전송 → 실효 데이터 전송 100 Mbps.
Echo Cancellation
1000BASE-T의 Echo Cancellation 기술을 활용해 1쌍 UTP로 100 Mbps Full Duplex를 실현.