MAC(Media Access Control)이 만든 비트열은 MII(Media Independent Interface)를 거쳐 PHY로 전달되고, PHY가 이를 매체에 실을 물리 신호로 바꾼다[1]. CAN이 두 선의 전압 차만으로 비트를 직접 표현하는 것과 달리(Differential Signaling), 표준 이더넷은 속도와 배선 방식에 따라 비트열을 한 번 더 다른 부호로 바꾼 뒤에 선로에 싣는다 — 수신 측이 클럭을 복원할 수 있도록 충분한 신호 전이를 보장하고, 고주파 성분을 줄여 전자파 방출을 억제하기 위해서다.
100BASE-TX — 4B5B와 MLT-3
100BASE-TX는 두 단계로 부호화한다. 먼저 PCS(Physical Coding Sublayer)에서 4비트 니블을 5비트 코드로 바꾸는 4B5B 부호화를 거친다 — 이 변환은 모든 코드가 최소 2회의 전이를 갖고 연속된 0이 3개를 넘지 않도록 니블마다 정해진 5비트 값을 대응시켜, 임의의 비트열에서도 클럭 복원에 필요한 전이 밀도를 보장한다. 대신 4비트를 5비트로 늘리는 만큼 25%의 오버헤드가 붙는다[1].
이렇게 만들어진 5비트 코드는 PMD(Physical Medium Dependent) 계층에서 MLT-3로 최종 부호화돼 UTP/STP 2쌍(TX 전용선·RX 전용선) 위에 실린다. MLT-3는 −1·0·+1 세 레벨을 순환하는 3진 라인 코드로, 비트 1을 만나면 다음 레벨로 전이하고 비트 0에서는 현재 레벨을 유지한다[1].
레벨을 유지하는 비트 0에서는 전이가 없으므로, 최악의 경우(비트가 모두 1)에도 신호가 완전히 한 주기를 도는 데 4비트가 걸려 기본 주파수가 비트 전송률의 1/4로 낮아진다 — 같은 데이터를 2레벨 부호로 실을 때보다 스펙트럼이 저주파 쪽에 몰려 방출이 줄어드는 효과를 낸다[1].
1000BASE-T — 8B1Q4와 4D-PAM5, 에코 캔슬레이션
1000BASE-T는 100BASE-TX처럼 송신·수신 전용 쌍을 나누는 대신, UTP/STP 4쌍 전부를 동시에 양방향으로 쓴다. 8비트를 8B1Q4 부호화로 4개의 5레벨(quinary) 심볼로 바꿔 쌍마다 하나씩 동시에 싣는데, 쌍당 125 Mbaud로 전송해 4쌍 합쳐 1 Gb/s를 낸다 — 이 5레벨 심볼 부호화를 4D-PAM5라 부른다[1].
각 쌍이 송신과 수신을 동시에 처리하려면 자신이 실은 신호가 선로에서 반사돼 돌아오는 성분(에코)을 분리해야 한다. 1000BASE-T PHY는 하이브리드(hybrid) 회로로 송신·수신 경로를 분리한 뒤, 자신이 보낸 파형을 알고 있으므로 그 성분을 수신 신호에서 빼는 에코 캔슬러(echo canceller)로 상대방이 보낸 신호만 복원한다[1].
세 표준의 배선·부호화·전이중 구현 방식은 아래와 같이 정리된다[1][2].
| 표준 | 배선 | 부호화 | 전이중 구현 |
|---|---|---|---|
| 100BASE-TX | UTP/STP 2쌍 | 4B5B + MLT-3 | 송신·수신 쌍 분리 |
| 1000BASE-T | UTP/STP 4쌍 | 8B1Q4(4D-PAM5) | 쌍마다 에코 캔슬레이션 |
| 100BASE-T1 | UTP/STP 1쌍 | 4B/3B+3B/2T+PAM3 | 에코 캔슬레이션(1쌍 공유) |
자동차용 단일 쌍 이더넷인 100BASE-T1은 1000BASE-T의 이 에코 캔슬레이션 기법을 재사용하면서도 3레벨 PAM3로 부호화하는데, 그 세부는 BroadR-Reach에서 다룬다.