程控交换与光纤通信4.2

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1、4.2光接收机光接收机uu数字光接收机的功能是：数字光接收机的功能是：数字光接收机的功能是：数字光接收机的功能是：把经光纤传输后幅度被把经光纤传输后幅度被把经光纤传输后幅度被把经光纤传输后幅度被衰减、波形被展宽的微弱光信号转换为电信号，衰减、波形被展宽的微弱光信号转换为电信号，衰减、波形被展宽的微弱光信号转换为电信号，衰减、波形被展宽的微弱光信号转换为电信号，并放大处理，恢复为原始的数字码流。并放大处理，恢复为原始的数字码流。并放大处理，恢复为原始的数字码流。并放大处理，恢复为原始的数字码流。uu数字光接收机最主要的性能指标是数字光接收机最主要的性能指标是数字光接收机最主要的性能指标是数字光接

2、收机最主要的性能指标是灵敏度和动态灵敏度和动态灵敏度和动态灵敏度和动态范围范围范围范围。 4.2.1光接收机基本组成光接收机基本组成 对于直直接接强强度度调调制制的的光光信信号号，采采用用直直接接检检测测方方式式的的数数字字光光接接收收机机方方框框图图示示于于图图4.14，主主要要包包括括光光检检测测器器、前前置置放放大大器器、主主放放大大器器、均均衡衡器器、 时时钟钟提提取电路、取样判决器以及自动增益控制取电路、取样判决器以及自动增益控制(AGC)电路电路。 图图 4.14 数字光接收机方框图数字光接收机方框图 n n 1. 光检测器光检测器n n 光光检检测测器器是是光光接接收收机机实实现

3、现光光/电电转转换换的的关关键键器器件件，其其性性能能特特别别是是响响应应度度和和噪噪声声直直接影响光接收机的灵敏度。接影响光接收机的灵敏度。 对对光光检测检测器的要求如下：器的要求如下： (1) 波波长长响响应应要要和和光光纤纤低低损损耗耗窗窗口口(0.85 m、 1.31 m和和1.55 m)兼容；兼容； (2) 响响应应度度要要高高， 在在一一定定的的接接收收光光功功率率下下， 能能产产生最大的光生最大的光电电流；流； (3) 噪声要尽可能低，噪声要尽可能低， 能接收极微弱的光信号；能接收极微弱的光信号； (4) 性性能能稳稳定定， 可可靠靠性性高高， 寿寿命命长长， 功功耗耗和和体体积

4、积小。小。 目目前前， 适适合合于于光光纤纤通通信信系系统统应应用用的的光光检检测测器器有有PIN光光电电二极管和雪崩光二极管和雪崩光电电二极管二极管(APD)。 2. 放大器放大器 前置放大器前置放大器应应是低噪声放大器，它的噪声是低噪声放大器，它的噪声对对光接收机的灵敏度影响很大。光接收机的灵敏度影响很大。 主放大器一般是多主放大器一般是多级级放大器，它的作用是提放大器，它的作用是提供足供足够够的增益，的增益， 并通并通过过它它实现实现自自动动增益控制增益控制(AGC)，以使，以使输输入光信号在一定范入光信号在一定范围围内内变变化化时时， 输输出出电电信号保持恒定。主放大器和信号保持恒定。

5、主放大器和AGC决定着光决定着光接收机的接收机的动态动态范范围围。 3. 均衡和再生均衡和再生 均均衡衡的的目目的的是是对对经经光光纤纤传传输输、光光/电电转转换换和和放放大大后后已已产产生生畸畸变变(失失真真)的的电电信信号号进进行行补补偿偿，使使输输出出信信号号的的波波形形适适合合于于判判决决(一一般般用用具具有有升升余余弦弦谱谱的的码码元元脉脉冲冲波形波形)，以消除码间干扰，减小误码率。，以消除码间干扰，减小误码率。 再再生生电电路路包包括括判判决决电电路路和和时时钟钟提提取取电电路路，它它的的功功能能是是从从放放大大器器输输出出的的信信号号与与噪噪声声混混合合的的波波形形中中提提取取码

6、码元元时时钟钟，并并逐逐个个地地对对码码元元波波形形进进行行取取样样判判决决，以以得得到到原发送的码流。原发送的码流。 4. 光电集成接收机光电集成接收机 为为了了适适合合高高传传输输速速率率的的需需求求，人人们们一一直直在在努努力力开开发发单单片片光光接接收收机机，即即用用“光光电电集集成成电电路路(OEIC)技技术术”在在同同一一芯芯片片上上集集成成包包括括光光检检测测器器在在内内的的全全部部元元件件。 这这样样的的完完全全集集成成对对于于GaAs接接收收机机(即即工工作作在在短短波波长长的的接接收收机机)是是比比较较容容易易的的，而而且且早早已已得得到到实实现现。 然然而而，对对于于工工

7、作作在在1.31.6 m波波长长的的系系统统，人人们们需需要要基基于于InP的的OEIC接收机。接收机。 InGaAs OEIC接接收收机机也也可可以以用用混混合合法法实实现现。如如图图4.15所所示示， 电电元元件件集集成成在在GaAs基基片片上上，而而光光检检测测器器集集成成在在InP基基片片上上，两两个部分通个部分通过过接触片接触片连连接在一起。接在一起。图图 4.15 光电集成接收机光电集成接收机 4.2.2噪声特性噪声特性l光光接接收收机机的的噪噪声声主主要要是是内内部部产产生生的的，这这部部分分噪噪声声是是在在信信号号检检测测和和放放大大过过程程中中引引入入的的随随机机噪噪声声，只

8、只能能通通过过器器件件的的选选择择和和电电路路的的设设计计与与制制造造尽尽可可能能减减小小， 一一般般不不可能完全消除。可能完全消除。l光光接接收收机机噪噪声声的的主主要要来来源源是是光光检检测测器器的的噪噪声声和和前前置置放大器的噪声放大器的噪声。l因因为为前前置置级级输输入入的的是是微微弱弱信信号号，其其噪噪声声对对输输出出信信噪噪比比影影响响很很大大，而而主主放放大大器器输输入入的的是是经经前前置置级级放放大大的的信信号号，只只要要前前置置级级增增益益足足够够大大，主主放放大大器器引引入入的的噪噪声声就就可以忽略。可以忽略。 图 4.16 光接收机的噪声等效模型 图中图中i2q和和i2d

9、分别为光检测器的量子噪声和暗电流噪声分别为光检测器的量子噪声和暗电流噪声产生的均方噪声电流产生的均方噪声电流(等效噪声功率等效噪声功率)。ip、R和和C分别为光检测器的输出光生电流、偏置电阻和电容分别为光检测器的输出光生电流、偏置电阻和电容(结电容和其他电容结电容和其他电容)。放大器分解为理想放大器和等效噪声电流源放大器分解为理想放大器和等效噪声电流源i20和电压源和电压源u20， 放放大大器器噪噪声声特特性性取取决决于于所所采采用用的的前前置置放放大大器器类类型型， 根根据据放放大大器器噪噪声声等等效效电电路路和和晶晶体体管管理理论论可可以以计计算算。常常用三种类型前置放大电路示于图用三种类

10、型前置放大电路示于图4.17 三种类型前置放大器的比较：三种类型前置放大器的比较： (1) 双双极极型型晶晶体体管管前前置置放放大大器器的的主主要要特特点点是是输输入入阻阻抗抗低低， 电电路路时时间间常常数数RC小小于于信信号号脉脉冲冲宽宽度度T，因因而而码码间干扰小，适用于高速率传输系统。间干扰小，适用于高速率传输系统。 (2) 场场效效应应管管前前置置放放大大器器的的主主要要特特点点是是输输入入阻阻抗抗高，高， 噪声小，高频特性较差，适用于低速率传输系统。噪声小，高频特性较差，适用于低速率传输系统。 (3) 跨跨阻阻型型前前置置放放大大器器最最大大的的优优点点是是改改善善了了带带宽宽特性和

11、动态范围，并具有良好的噪声特性。特性和动态范围，并具有良好的噪声特性。 图图 4.17光接收机的前置级放大电路光接收机的前置级放大电路(a) 双极型晶体管；双极型晶体管； (b) 场效应管；场效应管； (c) 跨阻型跨阻型 4.2.3误码率误码率由由于于噪噪声声的的存存在在，放放大大器器输输出出的的是是一一个个随随机机过过程程， 其其取取样样值值是是随随机机变变量量，因因此此在在判判决决时时可可能能发发生生误误判判，把把发发射射的的“0”码码误误判判为为“1”码码，或或把把“1”码码误误判判为为“0”码。码。光光接接收收机机对对码码元元误误判判的的概概率率称称为为误误码码率率(在在二二元元制制

12、的的情情况况下下，等等于于误误比比特特率率，BER)， 用用较较长长时时间间间间隔隔内内，在在传传输输的的码码流流中中，误误判判的的码码元元数数和和接接收收的的总总码码元元数数的的比值来表示。比值来表示。 图图 4.18 计算误码率的示意图计算误码率的示意图 码元被误判的概率，码元被误判的概率， 可以用噪声电流可以用噪声电流(压压)的概率密度函数来计的概率密度函数来计算。如图算。如图4.18所示，所示，I1是是“1”码的电流，码的电流，I0是是“0”码的电流。码的电流。 Im是是“”码的平均电流，而码的平均电流，而“0”码的平均电流为码的平均电流为0。D为判决为判决门限值，一般取门限值，一般取

13、D=Im/2。 在在“”码码时时，如如果果在在取取样样时时刻刻带带有有噪噪声声的的电电流流I1D，则则可可能能被被误误判判为为“”码码。要要确确定定误误码码率率，不不仅仅要要知知道道噪噪声声功功率率的的大大小小，而且要知道噪声的概率分布。而且要知道噪声的概率分布。 在在发发“0”码码时时， 平平均均噪噪声声功功率率N0=NA，NA为为前前置置放大器的平均噪声功率放大器的平均噪声功率。 在在发发“1”码码时时，平平均均噪噪声声功功率率N1=NA+ND。ND是是在放大器输出端光检测器的平均噪声功率在放大器输出端光检测器的平均噪声功率。 Q称称为为超超扰扰比比，含含有有信信噪噪比比的的概概念念。它它

14、还还表表示示在在对对“0”码码进进行行取取样样判判决决时时，判判决决门门限限值值D超超过过放放大大器平均噪声电流的倍数。器平均噪声电流的倍数。 由由此此可可见见，只只要要知知道道Q值值，就就可可根根据据式式(4.12) 的的积积分分求求出出误误码码率率，结结果果示示于于图图4.19。例例如如：Q=6, BER10-9，Q7， BER=10-12。 总误码总误码率（率（BER）可以表示）可以表示为为 图4.19 误码率和Q的关系 4.2.4灵敏度灵敏度 灵灵敏敏度度是是衡衡量量光光接接收收机机性性能能的的综综合合指指标标。灵灵敏敏度度Pr的的定定义义是是， 在在保保证证通通信信质质量量(限限定定

15、误误码码率率或或信信噪噪比比)的的条条件件下下， 光光接接收收机机所所需需的的最最小小平平均均接接收收光光功功率率Pmin，并以，并以dBm为单位。由定义得到为单位。由定义得到 (4.14) 灵灵敏敏度度表表示示光光接接收收机机调调整整到到最最佳佳状状态态时时，能能够够接接收收微微弱弱光光信信号号的的能能力力。提提高高灵灵敏敏度度意意味味着着能能够够接接收收更微弱的光信号。更微弱的光信号。图图4.20示示出出典典型型短短波波长长光光接接收收机机灵灵敏敏度度与与传传输输速速率率的的关关系系曲曲线线。图图中中误误码码率率限限定定为为110-9，假假设设光光检检测测器器量量子子效效率率=0.5， 附

16、附加加噪噪声声系系数数x=0.4，暗暗电电流流id=1nA，滚降因子滚降因子=1， 相对脉冲展宽相对脉冲展宽/T=0.3。由由图图可可见见，在在限限定定误误码码率率的的条条件件下下， 决决定定光光接接收收机机灵灵敏敏度度的的主主要要因因素素是是传传输输速速率率和和光光检检测测器器、前前置置放放大大器的特性器的特性，特别是噪声特性，特别是噪声特性。图图 4.20 典型短波长光接收机灵敏度与传输速率的关系的关系典型短波长光接收机灵敏度与传输速率的关系的关系 4.2.5自动增益控制和动态范围自动增益控制和动态范围 放放大大器器是是一一个个普普通通的的宽宽带带高高增增益益放放大大器器， 由由于于前前置

17、置放放大大器器输输出出信信号号幅幅度度较较大大，所所以以主主放放大大器器的的噪噪声声通通常不必考虑。常不必考虑。 主主放放大大器器一一般般由由多多级级放放大大器器级级联联构构成成， 其其功功能能是是提提供供足足够够的的增增益益A，以以满满足足判判决决所所需需的的电电平平Im，Im=IP1A，式式中中，g为为APD倍倍增增因因子子，为为光光检检测测器器的的响响应应度度，P为为“0”码和码和“1”码的平均光功率。码的平均光功率。 主主放放大大器器的的另另一一个个功功能能是是实实现现自自动动增增益益控控制制(AGC)，使使光光接接收收机机具具有有一一定定的的动动态态范范围围，以以保保证证在在入入射射

18、光光强度变化时输出电流基本恒定。强度变化时输出电流基本恒定。动动态态范范围围(DR)的的定定义义是是：在在限限定定的的误误码码率率条条件件下下，光光接接收收机机所所能能承承受受的的最最大大平平均均接接收收光光功功率率Pmax和和所所需需最最小小平平均均接接收收光光功功率率Pmin的的比比值值，用用dB表示。根据定义表示。根据定义动动态态范范围围是是光光接接收收机机性性能能的的另另一一个个重重要要指指标标，它它表表示示光光接接收收机机接接收收强强光光的的能能力力，数数字字光光接接收收机机的的动动态态范范围一般应大于围一般应大于15 dB。由由于于使使用用条条件件不不同同，输输入入光光接接收收机机

19、的的光光信信号号大大小小要要发发生生变变化化，为为实实现现宽宽动动态态范范围围，采采用用AGC是是十十分分有有必必要的。要的。AGC一一般般采采用用直直流流运运算算放放大大器器构构成成的的反反馈馈控控制制电电路路来来实实现现。对对于于APD光光接接收收机机，AGC控控制制光光检检测测器器的的偏偏压压和和放放大大器器的的输输出出； 对对于于PIN光光接接收收机机，AGC只只控控制制放大器的输出。放大器的输出。4.3线路编码线路编码 数数字字光光纤纤通通信信系系统统普普遍遍采采用用二二进进制制二二电电平平码码，即即“有有光光脉脉冲冲”表表示示“”码码， “无无光光脉脉冲冲”表表示示“0”码码。但但

20、是是简简单单的的二电平码会带来如下问题：二电平码会带来如下问题： (1) 在在码码流流中中，出出现现“”码码和和“0”码码的的个个数数是是随随机机变变化化的的， 因因而而直直流流分分量量也也会会发发生生随随机机波波动动(基基线线漂漂移移)， 给给光光接接收收机的判决带来困难。机的判决带来困难。 (2) 在在随随机机码码流流中中，容容易易出出现现长长串串连连“”码码或或长长串串连连“0”码码，这这样样可可能能造造成成位位同同步步信信息息丢丢失失，给给定定时时提提取取造造成成困困难或产生较大的定时误差难或产生较大的定时误差。 (3) 不不能能实实现现在在线线(不不中中断断业业务务)的的误误码码检检

21、测测， 不不利利于于长长途途通信系统的维护。通信系统的维护。 数数字字光光纤纤通通信信系系统统对对线线路路码码型型的的主主要要要要求求是是保保证证传输的透明性，具体要求有：传输的透明性，具体要求有： (1) 能限制信号带宽，能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量减小功率谱中的高低频分量。 (2) 能给光接收机能给光接收机提供足够的定时信息提供足够的定时信息。 (3) 能能提提供供一一定定的的冗冗余余码码，用用于于平平衡衡码码流流、误误码码监监测和公务通信。测和公务通信。 数数字字光光纤纤通通信信系系统统常常用用的的线线路路码码型型有有：扰扰码码，mBnB码和插入码码和插入码。 4.3.1扰码

22、扰码l扰扰码码的的目目的的是是抑抑制制线线路路码码中中的的长长连连“0” 和和长长连连“1” ，便于从线路信号中提取时钟信号。，便于从线路信号中提取时钟信号。l在在系系统统光光发发射射机机的的调调制制器器前前， 需需要要附附加加一一个个扰扰码码器器，将将原原始始的的二二进进制制码码序序列列加加以以变变换换，使使其其接接近近于于随随机机序序列列。相相应应地地，在在光光接接收收机机的的判判决决器器之之后后，附附加加一一个个解解扰器，以恢复原始序列。扰器，以恢复原始序列。l扰扰码码与与解解扰扰可可由由反反馈馈移移位位寄寄存存器器和和对对应应的的前前馈馈移移位位寄存器实现。寄存器实现。 l扰码扰码改改

23、变变了了“”码码与与“0”码码的分布，的分布， 从而改善了从而改善了码码流的一些特性。流的一些特性。例如：例如： 扰码扰码前：前： 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 扰码扰码后：后： 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 l意意义义：1、减少、减少连连“0”或或连连“1”长长度，保度，保证证接收机能提取到接收机能提取到位定位定时时信号。信号。 2、使加、使加扰扰后的信号后的信号频谱频谱更能适合基更能适合基带传输带传输。 3、保密通信需要。、保密通信需要。 但是，但是， 扰码仍具有下列扰码仍具有下列缺点缺点： 不不能能完完全全控控制制长长串串连连“”和和长长串串连

24、连“0”序序列列的的出现；出现； 没有引入冗余，没有引入冗余， 不能进行在线误码监测；不能进行在线误码监测； 信信号号频频谱谱中中接接近近于于直直流流的的分分量量较较大大， 不不能能解解决决基基线漂移。线漂移。 因因为为扰扰码码不不能能完完全全满满足足光光纤纤通通信信对对线线路路码码型型的的要要求求， 所所以以许许多多光光纤纤通通信信设设备备除除采采用用扰扰码码外外还还采采用用其其它它类类型型的线路编码。的线路编码。 mBnB码码l mBnB码码是是把把输输入入的的二二进进制制原原始始码码流流进进行行分分组组，每每组组有有m个个二二进进制制码码，记记为为mB，称称为为一一个个码码字字，然然后后

25、把把一一个个码码字字变变换换为为n个个二二进进制制码码，记记为为nB，并并在在同同一一个时隙内输出个时隙内输出。l这这种种码码型型是是把把mB变变换换为为nB，所所以以称称为为mBnB码码，其其中中m和和n都都是是正正整整数数， nm，一一般般选选取取n=m+1。mBnB码码有有1B2B、3B4B、5B6B、 8B9B、 17B18B等等等。等。 1. mBnB码编码原理码编码原理 n n最最最最简简简简单单单单的的的的mBnBmBnB码码码码是是是是1B2B1B2B码码码码，即即即即曼曼曼曼彻彻彻彻斯斯斯斯特特特特码码码码，这这这这就就就就是是是是把把把把原原原原码码码码的的的的“ “” ”

26、变变变变换换换换为为为为“01”“01”， 把把把把“1”“1”变变变变换为换为换为换为“10”“10”。 n n 因因因因此此此此最最最最大大大大的的的的连连连连“ “” ”和和和和连连连连“ “” ”的的的的数数数数目目目目不不不不会会会会超超超超过过过过两两两两个个个个，例例例例如如如如10011001和和和和01100110。但但但但是是是是在在在在相相相相同同同同时时时时隙隙隙隙内内内内，传传传传输输输输1 1比特变为传输比特变为传输比特变为传输比特变为传输2 2比特，比特，比特，比特， 码速提高了码速提高了码速提高了码速提高了1 1倍。倍。倍。倍。 l以以3B4B码码为为例例，输输

27、入入的的原原始始码码流流3B码码，共共有有(23)8个个码码字字， 变变换换为为4B码码时时， 共共有有(24)16个个码码字字，见见表表4.2。l为为保保证证信信息息的的完完整整传传输输，必必须须从从4B码码的的16个个码码字字中中挑选挑选8个码字来代替个码字来代替3B码。码。 l设设计计者者应应根根据据最最佳佳线线路路码码特特性性的的原原则则来来选选择择码码表表。例例如如：在在3B码码中中有有2个个“0”，变变为为4B码码时时补补1个个“”；在在3B码码中中有有2个个“1”， 变变为为4B码码时时补补1个个“0”。而而000用用0001和和1110交交替替使使用用； 111用用0111和和

28、1000交交替替使使用用。同同时时，规规定定一一些些禁禁止止使使用用的的码码字字， 称称为为禁禁字字，例如例如0000和和1111。 表 4.23B和4B的码字 n作作为为普普遍遍规规则则，引引入入“码码字字数数字字和和”(WDS)来来描描述述码码字字的的均均匀匀性性，并并以以WDS的的最最佳佳选选择择来来保保证证线线路路码码的传输特性。的传输特性。n所所谓谓“码码字字数数字字和和”，是是在在nB码码的的码码字字中中，用用“-1”代代表表“0”码码， 用用“+1”代代表表“”码码，整整个个码码字字的代数和即为的代数和即为WDS。 n如如果果整整个个码码字字“”码码的的数数目目多多于于“0”码码

29、，则则WDS为为正正；如如果果“0”码码的的数数目目多多于于“1”码码， 则则WDS为为负负；如如果果“0”码码和和“1”码码的的数数目目相相等等，则则WDS为为0。n例例如如：对对于于0111，WDS=+2；对对于于0001， WDS=-2；对于；对于0011，WDS=0。 n nnB码的选择原则是：尽可能选择码的选择原则是：尽可能选择|WDS|最小最小的码字，的码字， 禁止使用禁止使用|WDS|最大的码字最大的码字。n n以以3B4B为例，应选择为例，应选择WDS=0和和WDS=2的的码字，码字， 禁止使用禁止使用WDS=4的码字。的码字。n n表表4.3 示出根据这个规则编制的一种示出根

30、据这个规则编制的一种3B4B码码表，表中正组和负组交替使用。表，表中正组和负组交替使用。 表表 4.3 一种一种3B4B码表码表 n 我我国国3次次群群和和4次次群群光光纤纤通通信信系系统统最最常常用用的的线线路路码码型型是是5B6B码，其编码规则如下：码，其编码规则如下： n 5B码码共共有有(25)32个个码码字字，变变换换6B码码时时共共有有(26)64个个码码字字，其其中中WDS=0有有20个个，WDS=2有有15个个，WDS=-2有有15个个，共共有有50个个|WDS|最最小小的的码码字字可可供供选选择择。由由于于变变换换为为6B码码时时只只需需32个个码码字字，为为减减少少连连“”

31、和和连连“0”的的数数目目， 删删去去： 000011、 110000、 001111和和111100。当然禁用。当然禁用WDS=4和和6的码字的码字。n 表表4.4示示出出根根据据这这个个规规则则编编制制的的一一种种5B6B码码表表，正正组组和和负负组组交交替替使使用用。 表表中中正正组组选选用用20个个WDS=0和和12个个WDS=+2，负组选用负组选用20个个WDS=0和和12个个WDS=-2。 umBnB码的特点是：码的特点是：(1)码码流流中中“0”和和“1”码码的的概概率率相相等等， 连连“0”和连和连“1”的数目较少，定时信息丰富。的数目较少，定时信息丰富。(2)高高低低频频分分

32、量量较较小小，信信号号频频谱谱特特性性较较好好，基基线线漂漂移小。移小。(3) 在在码码流流中中引引入入一一定定的的冗冗余余码码， 便便于于在在线线误误码码检测。检测。 umBnB码码的的缺缺点点是是传传输输辅辅助助信信号号比比较较困困难难。因因此此，在在要要求求传传输输辅辅助助信信号号或或有有一一定定数数量量的的区区间间通通信信的的设设备备中，不宜用这种码型。中，不宜用这种码型。 2. 编译码器编译码器有两种编译码电路：有两种编译码电路：一一种种是是组组合合逻逻辑辑电电路路，就就是是把把整整个个编编译译码码器器都都集集成成在在一一小小块块芯芯片片上上，组组成成一一个个大大规规模模专专用用集集

33、成块；成块；另另一一种种是是把把设设计计好好的的码码表表全全部部存存储储到到一一块块只只读读存储器存储器(PROM)内而构成。内而构成。 n n以以以以3B4B3B4B码为例，码表存储编码器的工作原理示于码为例，码表存储编码器的工作原理示于码为例，码表存储编码器的工作原理示于码为例，码表存储编码器的工作原理示于图图图图4.224.22。 n n首先把首先把首先把首先把设计好的码表存入设计好的码表存入设计好的码表存入设计好的码表存入PROMPROM内内内内，待变换的信，待变换的信，待变换的信，待变换的信号码流通过号码流通过号码流通过号码流通过串串串串 - - 并变换电路并变换电路并变换电路并变换

34、电路变为变为变为变为3 3比特一组的码比特一组的码比特一组的码比特一组的码b b1 1、b b2 2、b b3 3，并行输出，并行输出，并行输出，并行输出作为作为作为作为PROMPROM的地址码的地址码的地址码的地址码. .n n在地址码作用下，在地址码作用下，在地址码作用下，在地址码作用下，PROMPROM根据存储的码表，根据存储的码表，根据存储的码表，根据存储的码表， 输出输出输出输出与地址对应的并行与地址对应的并行与地址对应的并行与地址对应的并行4B4B码码码码. .n n再经过再经过再经过再经过并并并并 - - 串变换电路串变换电路串变换电路串变换电路，读出已变换的，读出已变换的，读出

35、已变换的，读出已变换的4B4B码流。码流。码流。码流。图图 4.22 码表存储编码器原理码表存储编码器原理 n图图中中A、B、C三三条条线线为为组组别别控控制制控控制制线线，当当WDS=2时时， 从从A、B分分别别送送出出控控制制信信号号， 通通过过C线线决定组别。决定组别。 n译译码码器器与与编编码码器器基基本本相相同同，只只是是除除去去组组别别控控制制部部分分。 译译码码时时，把把送送来来的的已已变变换换的的4B信信号号码码流流，每每4比比特特并并联联为为一一组组， 作作为为PROM的的地地址址，然然后后读读出出3B码码，再再经过并经过并 - 串变换还原为原来的信号码流。串变换还原为原来的

36、信号码流。 4.3.3插入码插入码 插插入入码码是是把把输输入入二二进进制制原原始始码码流流分分成成每每m比比特特(mB)-一一组组，然然后后在在每每组组mB码码末末尾尾按按一一定定规规律律插插入入一一个个码码，组组成成m+1个个码码为为一一组组的的线线路路码码流流。 根根据据插插入入码码的的规规律律，可可以以分分为为mB1C码码、mB1H码和码和mB1P码。码。 1. 插入码的编码原理插入码的编码原理n n mB1C码码的的编编码码原原理理是是，把把原原始始码码流流分分成成每每m比比特特(mB)一一组组， 然然后后在在每每组组mB码码的的末末尾尾插插入入1比比特特补补码码，这这个个补补码码称

37、称为为C码码， 所所以以称为称为mB1C码。码。n n补补码码插插在在mB码码的的末末尾尾，连连“0”码码和和连连“1”码的数目最少。码的数目最少。 mB1C码的结构如图码的结构如图4.23所示，例如：所示，例如： mB码为：码为：100 110 001 101 mB1C码为：码为： 1001 1101 0010 1010 C码码的的作作用用是是引引入入冗冗余余码码，可可以以进进行行在在线线误误码码率率监监测测；同时改善了同时改善了“0”码和码和“1”码的分布，有利于定时提取。码的分布，有利于定时提取。 n n mB1HmB1H码码码码是是是是mB1CmB1C码码码码演演演演变变变变而而而而成

38、成成成的的的的，即即即即在在在在mB1CmB1C码码码码中中中中，扣扣扣扣除除除除部部部部分分分分C C码码码码，并并并并在在在在相相相相应应应应的的的的码码码码位位位位上上上上插插插插入入入入一一一一个个个个混混混混合合合合码码码码(H(H码码码码) )，所以称为，所以称为，所以称为，所以称为mB1HmB1H码。码。码。码。n n所插入的所插入的所插入的所插入的HH码可以根据不同用途分为三类：码可以根据不同用途分为三类：码可以根据不同用途分为三类：码可以根据不同用途分为三类：第第第第一一一一类类类类是是是是C C码码码码，它它它它是是是是第第第第mm位位位位码码码码的的的的补补补补码码码码，

39、用用用用于于于于在在在在线误码率监测；线误码率监测；线误码率监测；线误码率监测；第二类是第二类是第二类是第二类是L L码，用于区间通信；码，用于区间通信；码，用于区间通信；码，用于区间通信；第第第第三三三三类类类类是是是是GG码码码码，用用用用于于于于帧帧帧帧同同同同步步步步、公公公公务务务务、数数数数据据据据、监监监监测等信息的传输。测等信息的传输。测等信息的传输。测等信息的传输。4B1H码帧结码帧结构构 4B4B4B4B4B4BCCHHCHH 其其中中，H H = = F F1 1 S S1 1 S S2 2 S S3 3 F F2 2 S S4 4 S S5 5 S S6 6 F F1

40、1 S S7 7 S S8 8 S S9 9 F F2 2 S S10 10 S S11 11 S S1212 F F1 1F F2 2F F1 1F F2 21001 1001 ，帧同步码帧同步码 S S1 1，3 3，4 4，6 6。7 7。9 9。1010，12 12 区区间间通通信信通通道道，速速率率为为21482148kb/s;kb/s; S S2 2 数据通信通道数据通信通道 S S5 5监控通道监控通道 S S8 8 数据通信通道数据通信通道 S S1111公务通道公务通道 BB原原PCMPCM信息码信息码 CC反码（即补码），是其前一位码取反码。反码（即补码），是其前一位码取反

41、码。 帧长帧长 = 1610 = 160 = 1610 = 160bitbit 图图 4.23 mB1C码的结构码的结构 在在mB1P码码中中，P码码称称为为奇奇偶偶校校验验码码， 其其作作用用和和C码相似，码相似， 但但P码有以下两种情况：码有以下两种情况： (1) P码码为为奇奇校校验验码码时时，其其插插入入规规律律是是使使m+1个个码码内内“1”码的个数为奇数码的个数为奇数， 例如：例如： mB码为：码为： 100 000 001 110 mB1P码为：码为： 1000 0001 0010 1101 当当检检测测得得m+1个个码码内内“”码码为为奇奇数数时时，则则认认为为无无误码。误码。

42、 (2) P码码为为偶偶校校验验码码时时，其其插插入入规规律律是是使使m+1个个码码内内“”码的个数为偶数码的个数为偶数，例如：，例如： m B码为：码为：100 000 001 110 mB1P码为：码为： 1001 0000 0011 1100 当当检检测测得得m+1个个码码内内“”码码为为偶偶数数时时，则则认认为无误码。为无误码。 2. 编译码器编译码器u 和和mBnB码码不不同同，mB1H码码没没有有一一一一对对应应的的码码结结构构，所所以以mB1H码码的的变变换换不不能能采采用用码码表表法法，一一般般都都采采用用缓缓存插入法存插入法来实现。来实现。 u图图4.24示示出出4B1H编编

43、码码器器原原理理，它它由由缓缓存存器器、写写入入时序电路、插入逻辑和读出时序电路四部分组成。时序电路、插入逻辑和读出时序电路四部分组成。u4B1H码码是是每每4个个信信号号码码插插入入一一个个H码码， 因因此此变变换换后码速增加后码速增加1/4。u设设信信号号码码的的码码速速为为34 368 kb/s， 经经4B1H变变换换后后， 线线路路码码的的码码速速为为(5/4)34 368 kb/s=42 960 kb/s。34 368 kb/s的的NRZ信号码送入缓存器。信号码送入缓存器。 图图 4.24 4B1H编码器原理编码器原理 u 缓缓存存器器是是4D触触发发器器， 它它利利用用锁锁相相环环

44、中中的的4分分频频信信号号作作为为写写入入时时序序脉脉冲冲，随随机机但但有有顺顺序序地地把把34 368 kb/s信信号码流分为号码流分为4比特一组，与比特一组，与H码一起并联送入插入逻辑。码一起并联送入插入逻辑。u插插入入逻逻辑辑电电路路实实际际上上是是一一个个5选选1的的电电路路，它它利利用用锁锁相相环环中中5分分频频电电路路输输出出读读出出时时序序脉脉冲冲。由由插插入入逻逻辑辑输输出码速为出码速为42 960 kb/s的的4B1H码。码。 n n图图图图4.254.25示示示示出出出出4B1H4B1H译译译译码码码码器器器器原原原原理理理理，它它它它由由由由B B码码码码还还还还原原原原

45、、HH码码码码分离、帧同步和相应的时钟频率变换电路组成。分离、帧同步和相应的时钟频率变换电路组成。分离、帧同步和相应的时钟频率变换电路组成。分离、帧同步和相应的时钟频率变换电路组成。n n把把把把42960 42960 kb/skb/s的的的的4B1H4B1H码码码码加加加加到到到到缓缓缓缓存存存存器器器器，因因因因4B1H4B1H码码码码是是是是5 5比比比比特特特特为为为为一一一一组组组组，所所所所以以以以缓缓缓缓存存存存器器器器应应应应有有有有5 5级级级级， 并并并并用用用用不不不不同同同同的的的的时钟写入。时钟写入。时钟写入。时钟写入。n n 频频频频率率率率变变变变换换换换电电电电

46、路路路路要要要要保保保保证证证证向向向向各各各各个个个个部部部部分分分分提提提提供供供供所所所所需需需需的的的的准准准准确确确确时时时时钟钟钟钟信信信信号号号号。通通通通过过过过缓缓缓缓存存存存器器器器，实实实实际际际际上上上上已已已已把把把把B B码码码码和和和和HH码码码码分分分分开开开开， 只只只只要要要要用用用用34 34 368 368 kHzkHz的的的的时时时时钟钟钟钟把把把把B B码码码码按按按按顺顺顺顺序序序序读读读读出出出出，B B码码码码就就就就还还还还原原原原了了了了。B B码码码码的的的的还还还还原原原原电电电电路路路路实实实实际际际际上上上上就就就就是是是是并并并并串串串串变变变变换电路，由换电路，由换电路，由换电路，由4 4选选选选1 1电路来实现。电路来实现。电路来实现。电路来实现。 图 4.25 4B1H译码器原理 数字光纤通信系统常用几种线路码的主要性能列于表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。