光纤课件chap4-3.

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1、4.3 线路编码,在光纤通信系统中，从电端机输出的是适合于电缆传输的双极性码。光源不可能发射负光脉冲，因此必须进行码型变换，以适合于数字光纤通信系统传输的要求。 数字光纤通信系统普遍采用二进制二电平码，即“有光脉冲”表示“”码， “无光脉冲”表示“0”码。 线路编码是指使用一套规则把信号符号编排为一个特殊的格式。其主要功能是在数据流中引入冗余码，从而使信道干扰引起的误码最小。,简单的二电平码会带来如下问题： 在码流中，出现“”码和“0”码的个数是随机变化的， 因而直流分量也会发生随机波动(基线漂移)， 给光接收机的判决带来困难。 在随机码流中，容易出现长串连“”码或长串连“0”码，这样可能造成

2、位同步信息丢失，给定时提取造成困难或产生较大的定时误差。 不能实现在线(不中断业务)的误码检测， 不利于长途通信系统的维护。,长连1码引起的接收机基线漂移（由于接收机低频效应引起输出脉冲的拖尾所致）有可能产生误码。,光脉冲只能采 取单极性，因 此光脉冲包含 直流分量,交流耦合网络不能通过码流包含的直流分量，矩形脉冲经过交流耦合网络时出现反极性拖尾 脉冲序列的拖尾相互交叠造成基线漂移 对于给定的判决阈值，漂移将影响判决,数字光纤通信系统对线路码型的主要要求是保证传输的透明性，具体要求有： (1) 能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量。这样就可以减小基线漂移、提高输出功率的稳定性和减小码间干扰

3、， 有利于提高光接收机的灵敏度。 (2) 能给光接收机提供足够的定时信息。因而应尽可能减少连“”码和连“0”码的数目，使“1”码和“0”码的分布均匀， 保证定时信息丰富 (3) 能提供一定的冗余码，用于平衡码流、误码监测和公务通信。但对高速光纤通信系统，应适当减少冗余码，以免占用过大的带宽。,例如： 扰码前： 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 扰码后： 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 ,4.3.1 扰码,为了保证传输的透明性，在系统光发射机的调制器前， 需要附加一个扰码器，将原始的二进制码序列加以变换，使其接近于随机序列。 相应地，在光接收机的判决器之后，

4、附加一个解扰器，以恢复原始序列。扰码与解扰可由反馈移位寄存器和对应的前馈移位寄存器实现。 扰码改变了“”码与“0”码的分布， 从而改善了码流的一些特性。,扰码有下列缺点： 不能完全控制长串连“”和长串连“0”序列的出现 没有引入冗余， 不能进行在线误码监测； 信号频谱中接近于直流的分量较大， 不能解决基线漂移。 因为扰码不能完全满足光纤通信对线路码型的要求， 所以许多光纤通信设备除采用扰码外还采用其它类型的线路编码。,4.3.2 mBnB码,mBnB码是把输入的二进制原始码流进行分组，每组有m个二进制码，记为mB，称为一个码字，然后把一个码字变换为n个二进制码，记为nB，并在同一个时隙内输出。

5、 这种码型是把mB变换为nB，所以称为mBnB码，其中m和n都是正整数， nm，一般选取n=m+1。mBnB码有1B2B、3B4B、5B6B、 8B9B、 17B18B等等。 特点：将m位二进制比特编成n (nm)位码并在相同的时间长度 内发送出去，即在数据流中引入冗余 优点：基本能避免长连0和长连1的出现 冗余的引入可以增强纠错能力 缺点：带宽比原来增大了n/m倍,1. mBnB码编码原理,最简单的mBnB码是1B2B码，即曼彻斯特码，这就是把原码的“”变换为“01”， 把“1”变换为“10”。 因此最大的连“”和连“”的数目不会超过两个，例如1001和0110。但是在相同时隙内，传输1比特

6、变为传输2比特， 码速提高了1倍。,以3B4B码为例，输入的原始码流3B码，共有(23)8个码字， 变换为4B码时， 共有(24)16个码字，见表4.2。 为保证信息的完整传输，必须从4B码的16个码字中挑选8个码字来代替3B码。 设计者应根据最佳线路码特性的原则来选择码表。 例如：在3B码中有2个“0”，变为4B码时补1个“”；在3B码中有2个“1”， 变为4B码时补1个“0”。而000用0001和1110交替使用； 111用0111和1000交替使用。同时，规定一些禁止使用的码字， 称为禁字，例如0000和1111。,作为普遍规则，引入“码字数字和”(WDS)来描述码字的均匀性，并以WDS

7、的最佳选择来保证线路码的传输特性。 所谓“码字数字和”，是在nB码的码字中，用“-1”代表“0”码， 用“+1”代表“”码，整个码字的代数和即为WDS。 如果整个码字“”码的数目多于“0”码，则WDS为正；如果“0”码的数目多于“1”码， 则WDS为负；如果“0”码和“1”码的数目相等，则WDS为0。 例如：对于0111，WDS=+2；对于0001， WDS=-2；对于0011，WDS=0。,nB码的选择原则是：尽可能选择|WDS|最小的码字， 禁止使用|WDS|最大的码字。 以3B4B为例，应选择WDS=0和WDS=2的码字， 禁止使用WDS=4的码字。 表4.3 示出根据这个规则编制的一种

8、3B4B码表，表中正组和负组交替使用。,我国3次群和4次群光纤通信系统最常用的线路码型是5B6B码，其编码规则如下： 5B码共有(25)32个码字，变换6B码时共有(26)64个码字，其中WDS=0有20个，WDS=2有15个，WDS=-2有15个，共有50个|WDS|最小的码字可供选择。 由于变换为6B码时只需32个码字，为减少连“”和连“0”的数目， 删去： 000011、 110000、 001111和111100。 当然禁用WDS=4和6的码字。 表4.4示出根据这个规则编制的一种5B6B码表，正组和负组交替使用。 表中正组选用20个WDS=0和12个WDS=+2，负组选用20个WDS

9、=0和12个WDS=-2。,mBnB码是一种分组码，设计者可以根据传输特性的要求确定某种码表。mBnB码的特点是： (1) 码流中“0”和“1”码的概率相等， 连“0”和连“1”的数目较少，定时信息丰富。 (2) 高低频分量较小，信号频谱特性较好，基线漂移小 (3) 在码流中引入一定的冗余码， 便于在线误码检测。 mBnB码的缺点是传输辅助信号比较困难。因此，在要求传输辅助信号或有一定数量的区间通信的设备中，不宜用这种码型。,2. 编译码器,有两种编译码电路： 一种是 组合逻辑电路，就是把整个编译码器都集成在一小块芯片上，组成一个大规模专用集成块， 国外设备大多采用这种方法。 一种是把设计好的

10、码表全部存储到一块只读存储器(PROM)内而构成，国内设备一般采用这种方法 以3B4B码为例，码表存储编码器的工作原理示于图4.22。 首先把设计好的码表存入PROM内，待变换的信号码流通过串 - 并变换电路变为3比特一组的码b1、b2、b3，并行输出作为PROM的地址码，在地址码作用下，PROM根据存储的码表， 输出与地址对应的并行4B码，再经过并 - 串变换电路，读出已变换的4B码流。,图 4.22 码表存储编码器原理,图中A、B、C三条线为组别控制控制线，当WDS=2时， 从A、B分别送出控制信号， 通过C线决定组别。 译码器与编码器基本相同，只是除去组别控制部分。 译码时，把送来的已变

11、换的4B信号码流，每4比特并联为一组， 作为PROM的地址，然后读出3B码，再经过并 - 串变换还原为原来的信号码流。 其他的mBnB码编译码电路原理相同，只是电路复杂程度有所区别而已。,4.3.3 插入码,插入码是把输入二进制原始码流分成每m比特(mB)-一组，然后在每组mB码末尾按一定规律插入一个码，组成m+1个码为一组的线路码流。 根据插入码的规律，可以分为mB1C码、mB1H码和mB1P码。,C码的作用是引入冗余码，可以进行在线误码率监测； 同时改善了“0”码和“1”码的分布，有利于定时提取。,1. 插入码的编码原理,mB1C码的编码原理是，把原始码流分成每m比特(mB)一组， 然后在

12、每组mB码的末尾插入1比特补码，这个补码称为C码， 所以称为mB1C码。补码插在mB码的末尾，连“0”码和连“1”码的数目最少。 mB1C码的结构如图4.23所示，例如： mB码为： 100 110 001 101 mB1C码为： 1001 1101 0010 1010,图 4.23 mB1C码的结构,mB1H码是mB1C码演变而成的，即在mB1C码中，扣除部分C码，并在相应的码位上插入一个混合码(H码)，所以称为mB1H码。所插入的H码可以根据不同用途分为三类： 第一类是C码，它是第m位码的补码，用于在线误码率监测； 第二类是L码，用于区间通信； 第三类是G码，用于帧同步、公务、数据、监测等

13、信息的传输。,常用的插入码是mB1H码，有1B1H码、4B1H码和8B1H码。以4B1H码为例，它的优点是码速提高不大，误码增值小； 可以实现在线误码检测、区间通信和辅助信息传输。 缺点是码流的频谱特性不如mBnB码。但在扰码后再进行4B1H变换， 可以满足通信系统的要求。,在mB1P码中，P码称为奇偶校验码， 其作用和C码相似， 但P码有以下两种情况： (1) P码为奇校验码时， 其插入规律是使m+1个码内“1”码的个数为奇数， 例如： mB码为： 100 000 001 110 mB1P码为： 1000 0001 0010 1101 当检测得m+1个码内“”码为奇数时，则认为无误码。,(2

14、) P码为偶校验码时，其插入规律是使m+1个码内“”码的个数为偶数， 例如： m B码为： 100 000 001 110 mB1P码为： 1001 0000 0011 1100 当检测得m+1个码内“”码为偶数时， 则认为无误码。,2. 编译码器,和mBnB码不同，mB1H码没有一一对应的码结构，所以mB1H码的变换不能采用码表法，一般都采用缓存插入法来实现。 图4.24示出4B1H编码器原理，它由缓存器、写入时序电路、插入逻辑和读出时序电路四部分组成。4B1H码是每4个信号码插入一个H码， 因此变换后码速增加1/4。 设信号码的码速为34 368 kb/s， 经4B1H变换后， 线路码的码

15、速为(5/4)34 368 kb/s=42 960 kb/s。34 368 kb/s的NRZ信号码送入缓存器。,图 4.24 4B1H编码器原理,缓存器是4D触发器， 它利用锁相环中的4分频信号作为写入时序脉冲，随机但有顺序地把34 368 kb/s信号码流分为4比特一组，与H码一起并联送入插入逻辑。 插入逻辑电路实际上是一个5选1的电路，它利用锁相环中5分频电路输出读出时序脉冲。由插入逻辑输出码速为42 960 kb/s的4B1H码。 图4.25示出4B1H译码器原理，它由B码还原、H码分离、帧同步和相应的时钟频率变换电路组成。把42960 kb/s的4B1H码加到缓存器，因4B1H码是5比特为一组，所以缓存器应有5级， 并用不同的时钟写入。,图 4.25 4B1H译码器原理,频率变换电路要保证向各个部分提供所需的准确时钟信号。通过缓存器，实际上已把B码和H码分开， 只要用34 368 kHz的时钟把B码按顺序读出，B码就还原了。 B码的还原电路实际上就是并串变换电路，由4选1电路来实现。 数字光纤通信系统常用几种线路码的主要性能列于表4.5。,