8b/10b

8b/10bはシリアル通信に用いられる伝送路符号の1つ。IBMやソニーによる開発を元に ANSI INCITS 230 で規定されたもので、この名称は8ビットのデータを10ビットのデータに変換して転送することに由来する。10b/8bとも。

 特徴 
シリアル通信にはデータと、そのデータを拾うタイミングを作るクロックの存在が欠かせない。8b/10b方式はシリアル・データの中にクロックを埋め込むことで、データとクロックの転送を同じ配線で行うことが特徴である。

データとクロックを同時に通信するときに、LowやHighの状態が長期間に渡って続く場合は、そこからクロックを取り出せなくなることがある。8b/10bではどのようなデータであっても、Low/High状態が4クロック以下になるように変換を行う。これによって、帯域の20%をロスする(=データの割合が8/10になる)代わりに、データとクロックを同じ配線で同時に送受信することが可能になる。

 用例 
シリアル転送方式の多くで採用され、ギガビットイーサネット (1000BASE-X)、ファイバーチャネル (1GFC～8GFC)、IEEE 1394b (FireWire 800)、PCI Express 2.0、Serial ATA、USB 3.0などがこの方式を採っている。

8b/10bで同一のシンボルを長時間連続して送ると、電気変動が周期的になるため基板上でノイズの発生源となる恐れがある。
この対策として、PCI Expressでは8ビットデータに疑似乱数によるスクランブル処理を掛けてから8b/10b変換する方法が採用されており、伝送路が常にランダムなビットパターンで動作し続けることで周期変動を防いでいる。

さらに高速通信になると上記同様にスクランブル処理を用いる方式が多くなり、10ギガビット・イーサネット(10GBASE-R)やファイバーチャネル(10GFC・16GFC)では64b/66bが、PCI Express 3.0やUSB 3.1 Gen2では128b/130bが採用されている。

 変換方式 
8ビットの元データを HGF EDCBA の上位3ビット/下位5ビットに分け、それぞれ1ビットずつ加えてLSBが最初に来る形でabcdei fghjのように下位6ビット/上位4ビットに変換する。
この変換はシンボル D.xx.x のように表記し、8ビットの元データ 0x00～0xFF は、256種のシンボル D.00.0, D.01.0, ... , D.31.6, D.31.7 で表現される。

以下に変換テーブルの一例としてIBMの実装を示す。このビット変換に決まった法則はなく、完全なテーブルによる変換で行われる。

+ 5b/6b変換 (下位データ) シンボル名 5ビット値  EDCBA 6ビット値 abcdei 正シンボル  負シンボル D.00  00000  100111  011000 D.01  00001  011101  100010 D.02  00010  101101  010010 D.03  00011  110001 D.04  00100  110101  001010 D.05  00101  101001 D.06  00110  011001 D.07  00111  111000  000111 D.08  01000  111001  000110 D.09  01001  100101 D.10  01010  010101 D.11  01011  110100 D.12  01100  001101 D.13  01101  101100 D.14  01110  011100 D.15  01111  010111  101000 D.16  10000  011011  100100 D.17  10001  100011 D.18  10010  010011 D.19  10011  110010 D.20  10100  001011 D.21  10101  101010 D.22  10110  011010 D.23  10111  111010  000101 D.24  11000  110011  001100 D.25  11001  100110 D.26  11010  010110 D.27  11011  110110  001001 D.28  11100  001110 D.29  11101  101110  010001 D.30  11110  011110  100001 D.31  11111  101011  010100

+ 3b/4b変換 (上位データ) シンボル名 3ビット値  HGF 4ビット値 fghj 正シンボル  負シンボル D.xx.0   000  1011  0100  D.xx.1   001  1001  D.xx.2   010  0101  D.xx.3   011  1100  0011  D.xx.4   100  1101  0010  D.xx.5   101  1010  D.xx.6   110  0110  D.xx.7   111 1110  0001 0111 1000

シンボルの中には正負2種類が用意されているものがあるが、多くは0/1の個数が異なっており、それを反転させた組になっている。これまでに送ったシンボルの0/1の個数差をランニングディスパリティ (RD) と呼び、このRDによって正負シンボルどちらを使うかが決まる。

 直前のRDが正(=1が多い)なら、次は負シンボルを送る。
 直前のRDが負(=0が多い)なら、次は正シンボルを送る。
 送るシンボルの1の数と0の数が同じなら、RDの正負は維持する。

RDの初期値は負であるIEEE 802.3-2022, Section 36.2.4.4 Running disparity rules。したがって最初に送る10ビットシンボルは、5個ずつの1・0を持つシンボルでRD=負を維持するか、6個の1・4個の0を持つシンボルでRD=正にする、のいずれかで始まる。この性質により、受信データにRD極性の違反があれば、それ以前にエラーがあることを検出できるようになっている。

上記シンボルはデータを表現するもので総称してDコードと呼ばれるが、さらにこれ以外に制御用としてKコードと呼ばれるシンボルが12個あるIEEE 802.3-2022, Table 36–2—Valid special code-groups。
+ Kコード(制御用シンボル) シンボル名 10ビット値 abcdei fghj 構造 正シンボル  負シンボル K.28.0  001111 0100  110000 1011 下位6ビットはK.28と呼ばれる特殊シンボル001111を用いる。 上位4ビットはDコードとほぼ同じだが常に正負反転させる。 例外的に同一ビットが5連続するものがある(下線部)。 K.28.1  00001  11110 K.28.2  001111 0101  110000 1010 K.28.3  001111 0011  110000 1100 K.28.4  001111 0010  110000 1101 K.28.5  00010  11101 K.28.6  001111 0110  110000 1001 K.28.7  00000  11111 K.23.7  111010 1000  000101 0111  D.23とD.xx.7下段の組合せ K.27.7  110110 1000  001001 0111  D.27とD.xx.7下段の組合せ K.29.7  101110 1000  010001 0111  D.28とD.xx.7下段の組合せ K.30.7  011110 1000  100001 0111  D.30とD.xx.7下段の組合せ

 脚注 

Category:通信工学
Category:データ転送
Category:伝送路符号
Category:ファイバーチャネル