Một nhóm các loại mã sử dụng các kỹ thuật mã hoá được xem là mã nhị phân đa mức. Các loại mã này sử dụng nhiều hơn 2 mức tín hiệu. Hai ví dụ về các mã thuộc nhóm này được minh hoạ trong Hình 4.2 là mã lưỡng cực AMI (bipolar-AMI (Alternate mark invension)) và mã bậc ba giả (pseudoternary).
Trong trường hợp của mã lưỡng cực AMI, một bit 0 được biểu diễn khi không có tín hiệu và một bit 1 được biểu diễn bằng một xung dương hoặc âm. Các xung biểu diễn bit 1 phải thay đổi cực liên tiếp. Các tiếp cận này có rất nhiều ưu điểm. Thứ nhất, với chuỗi bit 1 liên tiếp có độ dài, không còn hiện tượng mất sự đồng bộ giữa 2 bên gửi và nhận. Mỗi bit 1 sẽ tương ứng với một sự chuyển đổi cực của xung và thiết bị nhận có thể đồng bộ hoá lại dựa trên sự chuyển đổi cực này. Thứ hai, bởi vì các tín hiệu 1 thay đổi hiệu điện thế từ dương đến âm nên không có thành phần một chiều. Dải thông của tín hiệu trong trường hợp này được xem là nhỏ hơn dải thông của tín hiệu với mã NRZ (hình 4.3). Cuối cùng, tính chất chuyển đổi xung cung cấp một cơ chế phát hiện lỗi đơn giản. Bất kỳ một lỗi độc lập nào theo kiểu xoá một xung hoặc thêm vào một xung đều gây ra mâu thuẫn với tính chất chuyển đổi xung.
Toàn bộ các tính chất đã mô tả ở đoạn trên cũng được áp dụng đối với loại mã bậc ba giả (pseudoternary). Trong trường hợp này, số 1 nhị phân được biểu diễn bằng hiện tượng xuất hiện tín hiệu và số 0 nhị phân được biểu diễn bằng sự đảo cực dương và âm của các xung. Mã lưỡng cực AMI và mã bậc ba giả không khác biệt về ưu điểm và mỗi một loại sẽ là cơ sở của các ứng dụng.
Mặc dù tính đồng bộ giữa thiết bị truyền và thiết bị nhận khi sử dụng các loại mã đa cấp này đã được tăng lên so với các loại mã NRZ, nhưng trường hợp chuỗi các bit 0 liên tiếp trong trường hợp mã AMI và chuỗi các bit 1 liên tiếp trong trường hợp mã bậc ba giả vẫn gây ra hiện tượng mất đồng bộ. Có nhiều kỹ thuật đã được sử dụng để khắc phục vấn đề này. Một cách tiếp cận là chèn thêm vào các bit để tạo ra những sự chuyển đổi xung. Kỹ thuật này được sử dụng trong ISDN cho truyền thông tốc độ thấp. Tất nhiên là đối với tốc độ cao, dạng mã này sẽ là đắt hơn bởi vì kỹ thuật này sẽ làm tăng tốc độ truyền tín hiệu của tín hiệu vốn đã có tốc độ cao. Để giải quyết vấn đề này với
thấy kỹ hơn về 2 kỹ thuật xáo trộn dữ liệu (scrambling data) trong các mục sau của chương này.
Với một số hiệu chỉnh phù hợp, các loại mã nhị phân đa cấp đã giải quyết được các vấn đề của mã các mã NRZ. Tất nhiên là với bất kỳ một quyết định thiết kế kỹ thuật nào, cần phải có sự cân đối hợp lý về mọi mặt. Với mã nhị phân đa cấp, đường tín hiệu có thể nhận một trong ba cấp. Vì vậy, theo lý thuyết, mỗi một thành phần tín hiệu có thể biểu diễn được log23 = 1,58 bit thông tin nhưng trên thực tế mỗi một thành phần tín hiệu chỉ biễu diễn một bit thông tin. Điều này làm cho tính hiệu quả của mã nhị phân đa cấp kém hơn so với mã NRZ. Một điều nữa là các thiết bị thu tín hiệu mã nhị phân đa cấp phải phân biệt được gữa 3 mức (+A, -A, 0) thay vì 2 mức như trong các dạng tín hiệu khác đã thảo luận trước đó. Vì vậy, tín hiệu nhị phân đa mức yêu cầu năng lượng tín hiệu lớn hơn xấp xỉ 3 dB so với tín hiệu 2 mức với cùng một giá trị xác suất lỗi bit. Điều này được minh họa trên hình 4.4. Nói cách khác, ở cùng một tỷ số tín hiệu trên nhiễu (Eb/N0), tỷ lệ lỗi bit của mã NRZ nhỏ hơn nhiều so với mã nhị phân đa cấp.