1、第六講光纖通信系統(tǒng)線路編碼10/2/20221第六講光纖通信系統(tǒng)線路編碼9/24/20221光纖通信系統(tǒng)線路碼 從信源或編碼器輸出的信號一般為NRZ碼，但是在進行數(shù)字傳輸時要考慮傳輸信道的特點。為使終端信息比特與信道相匹配，需要把NRZ碼變換為適合于信道傳輸?shù)臄?shù)字信號，這個過程稱為線路編碼。 線路編碼的主要功能之一是，根據(jù)香農(nóng)(Shannon)信道編碼理論，把冗余度引入到信號碼流中，以盡量減少由于信道干擾效應(yīng)而引起的差錯。從理論上講，只要包括所引入的冗余度在內(nèi)的信號碼率小于信道容量，就可以實現(xiàn)任何程度的無誤數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸（無誤程度取決于引入冗余度的大?。?10/2/20222光纖通信系統(tǒng)線路碼

2、 從信源或編碼器輸出的信號一光纖通信系統(tǒng)線路碼電纜數(shù)字通信系統(tǒng)中常采用的線路碼型： 三階高密度雙極性碼 HBD3 特點：1. 連“0”控制在三個以下； 2. 有+1/0/-1三個電平，極性交替出現(xiàn)； 3. 沒有直流分量的漂移。光纖通信的基本碼型：單極性不歸零碼 NRZ 單極性歸零碼 RZHBD3 0 1 1 0 0 0 1 0原碼RZ 0 1 1 1 0 0 0 1 0原碼10/2/20223光纖通信系統(tǒng)線路碼電纜數(shù)字通信系統(tǒng)中常采用的線路碼型： 一般概念光纖通信系統(tǒng)線路碼PCM電端機HBD3碼型變換 設(shè)備單極性驅(qū)動電路 光源線路碼 原則：1.能限制傳號“1”的概率，節(jié)省發(fā)射功率； 2.能給接

3、收機提供足夠的定時信息； 3.能對光電端機進行不中斷業(yè)務(wù)的誤碼檢測； 4.能提供輔助信號和區(qū)間通信信道等。通過增加線路碼率的冗余度實現(xiàn)。 意義：a.實現(xiàn)不間斷業(yè)務(wù)的誤碼監(jiān)測； b.可與主信號傳送勤務(wù)通信； c.平衡碼流，不發(fā)生長連“0”或“1”。10/2/20224一般概念光纖通信系統(tǒng)線路碼PCMHBD3碼型變換單極性驅(qū)動電光纖通信系統(tǒng)中常用線路碼型 光端機的接口有電接口和光接口之分，電接口碼型應(yīng)選擇與PCM終端機的接口碼型一致，如AMI，HDB3等 ，光接口用于光端機和光纜線路的連接，其最適宜采用的仍為二元碼。由于二元碼的缺陷通常對于由電端機輸出的信號碼流，在未對LD調(diào)制以前，一般要先擾碼或

4、者進行碼型變換，常用的線路碼型有：加擾二進碼； 1B2B碼；二元分組碼（mBnB碼）；插入比特碼（mB1P碼、mB1C碼、mB1H碼）；10/2/20225光纖通信系統(tǒng)中常用線路碼型 光端機的加擾二進碼 為了保證傳輸?shù)耐该餍裕谙到y(tǒng)光發(fā)射機的調(diào)制器前， 需要附加一個擾碼器，將原始的二進制碼序列加以變換，使其接近于隨機序列。相應(yīng)地，在光接收機的判決器之后，附加一個解擾器，以恢復(fù)原始序列。擾碼與解擾可由反饋移位寄存器和對應(yīng)的前饋移位寄存器實現(xiàn)。 擾碼改變了“”碼與“0”碼的分布， 從而改善了碼流的一些特性。 例如：擾碼前： 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 擾碼后： 1 1 0

5、1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 10/2/20226加擾二進碼 為了保證傳輸?shù)耐该餍?，在系統(tǒng)光發(fā)射加擾二進碼但是， 擾碼仍具有下列缺點： 不能完全控制長串連“”和長串連“0”序列的出現(xiàn)； 沒有引入冗余， 不能進行在線誤碼監(jiān)測； 信號頻譜中接近于直流的分量較大， 不能解決基線漂移。 因為擾碼不能完全滿足光纖通信對線路碼型的要求， 所以許多光纖通信設(shè)備除采用擾碼外還采用其它類型的線路編碼。 10/2/20227加擾二進碼但是， 擾碼仍具有下列缺點： 9/24/20221B2B碼 1B2B碼是最簡單的mBnB碼，即曼徹斯特碼，這就是把原碼的“”變換為“01”， 把“1”變換為“10”。 1B

6、2B碼包括CMI碼、DMI碼和雙相碼等等，都是用兩個碼表示一個信息碼，因此使線路的傳輸速率增高了一倍。 優(yōu)點是：1、電路簡單； 2、最大連“0連“1”數(shù)僅為2； 3、定時信息豐富，便于不停止 v 業(yè)務(wù)的誤碼檢測； 1B2B是低速34Mb/s以下系統(tǒng)中常用的線路碼型。10/2/202281B2B碼 1B2B碼是最簡單的m二元分組碼（mBnB碼） 把1B2B碼推廣到一般就是 mBnB碼(mn)，即將輸入信息序列(信碼流中)以每 m個比特為一個信息組，然后變換為n比特。因為2m 2n，所以在2n 個字節(jié)中可以找出適合與2m 個輸入字節(jié)相對應(yīng)的碼。只要適當(dāng)?shù)剡x取m、n值，就可以減小線路傳輸速率的增高比

7、例，可見mBnB碼是一種能提高信號傳輸速率的編碼方法。 1mBnB碼分類 首先介紹字不均等值 d的概念：d是 nB碼組的單個碼字中將“0作為- 1，“1”作為+ 1計算出的10/2/20229二元分組碼（mBnB碼） 把1B2B碼推廣 代數(shù)和（有些文獻稱之為字?jǐn)?shù)和WDS）。滿足1mn的mBnB碼有許多種，按字不均等值分類，有三種情況： （1） 零不均等性：符合零不均等性的碼又叫均等 mBnB碼（n m 2），其碼組內(nèi)的“0和“1”個數(shù)相等，可見只有為偶數(shù)時，才能編出d0的均等碼，例如6B8B碼，6比特碼字的數(shù)目為2664， 8比特碼字中d0的碼字?jǐn)?shù)目（0、1各出現(xiàn)四個）為C4870，因為26

8、C48 ，故而編出的8 B零不均等碼字足夠與6B的碼組相對應(yīng)。 同時由于該碼所含0與1的個數(shù)均為偶數(shù)，所以用奇偶校驗進行誤碼檢測比較方便。 10/2/202210 代數(shù)和（有些文獻稱之為字?jǐn)?shù)和WDS）。滿足1mn的（2） 1不均等性：m比特碼只占用n比特碼中不均等值為1的碼字，當(dāng)n為奇數(shù)時，可采用這種碼，如5B7B碼用的是d=-1的碼字。5比特碼字的數(shù)目為2532，7比特碼字中d1的數(shù)目有C47=35，滿足 25 C47。由于5B7B碼中的“0”多于“1”，所以這種碼型可以節(jié)省發(fā)射光功率。 （3）平衡不均等碼：大多數(shù)的mBnB碼都屬于平衡不均等碼。即需要用兩種模式，使若干 n B碼字的累積數(shù)字

9、和達到平衡，如 2B3B、 3B4B、5B6B、 7B8B等。10/2/202211（2） 1不均等性：m比特碼只占用n比特碼中不均等值為1的2 3B4B碼 為了對平衡不均等碼作較詳細的介紹，下面以3B4B碼為例。 所謂3B4B碼是將輸入信號碼流每 3b分成一組，它有23= 8種狀態(tài)，然后編成 4b碼，有24 16種狀態(tài)?，F(xiàn)列出 3B碼和4B碼的狀態(tài)，如下表所示。 如何在 4B碼的16種狀態(tài)中挑選8種與 3B碼對應(yīng)？一個好的方案必須符合光纖系統(tǒng)對數(shù)字碼流的要求。10/2/2022122 3B4B碼9/24/202212 在4B碼的16種狀態(tài)中，如果按字不均等值d分類共有5種情況，如表所列。10

10、/2/202213 在4B碼的16種狀態(tài)中，如果按字不均等值d分類共有 表中d0的有6組，d=2的各有4組， d=4的各有1組，首先從減少同碼連續(xù)數(shù)及基線漂移的角度來看，希望選擇d0及連0數(shù)少的碼組，所以d=4 的兩組應(yīng)排除在外。即使讓d0的6組全部入選，還需從d=2 的8組中再選兩組。這樣湊成的碼表中，“1”碼和“0”碼的分布是不均勻的，因此最好的方案是d=2 的組合搭配使用， 分成正、負兩個模式排列 表中給出的3B4B碼，把d0的6組碼作兩模式的公用碼； 0100和 0010放入負模式;1011和1101放入正模式。10/2/202214 表中d0的有6組，d=2的各有4組 編碼時，對于3

11、B碼的8種組合，除000、111外其余碼凡含有兩個“0”的，形成4B碼時補一個“1” ，凡含有兩個“1”的，形成4B碼時補一個“0”。 這樣形成的6個4B碼組都是兩個“1”兩個“0”均等碼，即兩種模式的公用碼；而000用0100（負模式）和1011（正模式）交替表示，111用0010（負模式）和1101（正模式）交替表示。10/2/202215 編碼時，對于3B碼的8種組合，除0 遇到碼組的累計數(shù)字和d=2 時，就進行模式轉(zhuǎn)換，這樣就達到了使傳輸碼流中“0”、“1”碼數(shù)目平衡的目的。模式轉(zhuǎn)換狀態(tài)如圖所示，圖中S為負模式，S2為正模式。 4B碼組中共有16組碼，未被采用的6組碼稱為禁字，可作為誤

12、碼檢測。10/2/202216 遇到碼組的累計數(shù)字和d=2 時，mBnB編譯碼器 國內(nèi)設(shè)備一般采用碼表存儲編碼器即： 把設(shè)計好的碼表 全部存儲到一塊只讀存儲器(PROM)內(nèi)而構(gòu)成。 以3B4B碼為例，碼表存儲編碼器的工作原理示于下圖。首先把設(shè)計好的碼表存入 PROM內(nèi)，待變換的信號碼流通過串并變換電路變?yōu)?比特一組的碼b1、b2、b3，并行輸出作為PROM的地址碼，在地址碼作用下，PROM根據(jù)存儲的碼表，輸出與地址對應(yīng)的并 行 4B碼，再經(jīng)過并串變換電路，讀出已變換的 4B碼流。圖中 A、B、C三條線為組別控制線，當(dāng)WDS=2時，從A、B分別送出控制信號，通過C線決定組別。10/2/20221

13、7mBnB編譯碼器 國內(nèi)設(shè)備一般采用碼表存儲編碼器即：9mBnB編譯碼器 待變換的信號碼流 PROM的地址碼 輸出與地址對應(yīng)的并行4B碼已變換的 4B碼流(C線決定組別)。10/2/202218mBnB編譯碼器 待變換的信號碼流 mBnB編譯碼器 譯碼器與編碼器基本相同，只是除去組別控制部分。譯碼時，把送來的已變換的4B碼流，每4比特并聯(lián)為一組，作為PROM的地址，然后讀出3B碼，再經(jīng)過并串變換還原為原來的信號碼流。 其他的mBnB碼編譯碼電路原理相同，只是電路復(fù)雜程度有所區(qū)別而已。10/2/202219mBnB編譯碼器 譯碼器與編碼器3B4B碼的特點： 1）最大連“0”連“1”數(shù)為4，故定時

14、信息豐富； 2）正、負模式交替出現(xiàn)，“0”、“1”分布均等， 有利于減少碼流的基線漂移； 3）便于實現(xiàn)在線誤碼檢測； 4）變換及反變換電路比較簡單； 5）碼速率提高了 33，主要用于中等速率的傳輸系統(tǒng)。10/2/2022203B4B碼的特點：9/24/2022203. 5B6B碼簡介 這是近年來在高速光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)中開始應(yīng)用的一種線路傳輸碼型。它綜合考慮了頻帶利用率和設(shè)備復(fù)雜性，雖然增加了 20的碼速，卻換取了便于提取定時信息、低頻分量小、可實施監(jiān)測、迅速同步等優(yōu)點。我國已規(guī)定在 140 Mb/s系統(tǒng)中采用5B6B碼。 在實際使用中，同樣是5B6B碼型，按照不同的組合方式，可以有多種變換方案

15、。不同組合的5B6B碼，雖然都具有上述優(yōu)點，但程度有所不同，因此如何編制碼表仍是一個重要問題。10/2/2022213. 5B6B碼簡介 9/24插入比特碼 插入比特碼是當(dāng)前我國應(yīng)用較多的一種線路碼，優(yōu)點是設(shè)計靈活，適合于高碼率系統(tǒng)，能傳遞豐富的輔助信息及中途方便地上下話路。 插入比特碼的構(gòu)造：把輸入的信息序列以m比特為一組，每組后面插入一個冗余比特。這樣組成的線路碼其碼速變換為(m+1)/m，可見它確是一種高效率的線路碼。根據(jù)插入碼的用途不同，可分為下面三種碼型：10/2/202222插入比特碼 插入比特碼是當(dāng)前我國應(yīng)用較多的一1mB1P碼 P碼稱為奇偶校驗碼，它可以把m位原碼通過末位插入P

16、碼，校正為偶數(shù)碼或奇數(shù)碼。以8B1P為例： 圖中的P為偶校驗碼。10/2/2022231mB1P碼9/24/2022232mB1Ci 碼 C碼稱為反碼或補碼(Complementary)。若第m位碼為“ 1”時， C碼編為“0”則稱其為mB1C1碼；若第（m1）位碼為“1”時，C碼編為“0就稱其為mB1C2碼，可見i僅表示補碼的參照碼位置。例如有信息碼: 11011001 00100100 11110110 則8B1C1: 1101100100010010011111011018B1C2: 11011001100100100111110110010/2/2022242mB1Ci 碼9/24/2

17、02224 在高速光纖通信系統(tǒng)中，m以取810為宜。概括起來mB1Ci碼有以下特點： 1）可以抑制連“0或連“1”數(shù)，且有平衡“1”碼和“0”碼的作用，還可以抑制功率譜中的高低頻成分，m越小，抑制作用越好； 2） mB1Ci碼有抑制抖動的作用，如果再加擾碼，效果更好； 3）可以實現(xiàn)不中斷業(yè)務(wù)的誤碼監(jiān)測（誤碼檢測只針對C碼的監(jiān)督位碼進行）； 4）電路硬件規(guī)模隨著m的增加并不復(fù)雜多少。 10/2/2022259/24/2022253mB1H碼 H碼稱為混合碼（Hybrid），H碼具有多種功用。它實際上是由同步碼、區(qū)間通信、公務(wù)、監(jiān)測、輔助數(shù)據(jù)信息等插入碼和C碼混合而成。 C碼在8B1H中不僅能抑制

18、相同連碼的數(shù)目、增加定時信息、平衡傳輸信息中“1”和“0出現(xiàn)的概率，還可以利用C碼進行不中斷業(yè)務(wù)的誤碼監(jiān)測。mB1H碼實現(xiàn)了各種信息在同一根光纖中傳送。10/2/2022263mB1H碼9/24/202226mB1H碼的基本結(jié)構(gòu)如圖所示 圖中C為mB中最后一個信號碼的補碼，S為多余比特碼，可以在特定的mB1H碼中按照各自的幀結(jié)構(gòu)，組成輔助信號插入到S碼位中去。C碼和S碼位插入的輔助信號統(tǒng)稱為H碼。 10/2/202227mB1H碼的基本結(jié)構(gòu)如圖所示9/24/202227 我國采用的有8B1H、4B1H及1B1H碼。下面以 8B1H為例詳細說明。 8B1H 碼： 8B1H 碼是對二元信號序列進行

19、(m1）/m9/8的速率變換，每隔 8個比特附加一個冗余比特。利用冗余比特交替地傳輸C碼和插入脈沖。在 140 Mbs系統(tǒng)中，插入脈沖可以傳送三個2 Mb/s的區(qū)間通信信息（90個話路），兩路數(shù)據(jù)信息，一路監(jiān)測信號和一路公務(wù)信號。8B1H碼的幀結(jié)構(gòu)如下圖所示10/2/202228 我國采用的有8B1H、4B1H及1B1H碼。下面以 幀結(jié)構(gòu)中，C碼、F（幀同步）碼與S碼統(tǒng)稱為H碼，圖中各符號表示如下。B為PCM信號F 1、2、3、4為幀同步碼（1001）S 1、5、8、12、15、19、22、26為區(qū)間通信110/2/202229 幀結(jié)構(gòu)中，C碼、F（幀同步）碼與S碼統(tǒng)稱為H碼S 2、6、9、1

20、3、16、20、23、27為區(qū)間通信S 3、7、10、14、17、21、24、28為區(qū)間通信S4為數(shù)據(jù)信息；S11為監(jiān)控信息；S18為數(shù)據(jù)信息S25為公務(wù)信息； 輸入信號碼率： 139. 264 Mb/s線路碼率：139.264Mb/s 98156.672 Mbs幀長：576比特；幀頻： 156.672 MHz576 272 kHz區(qū)間通信速率：272 8 2.176 Mbs監(jiān)測用碼速率： 272 kbs公務(wù)用碼速率： 272 kbs數(shù)據(jù)速率： 272 kbs 2供用戶選用10/2/202230S 2、6、9、13、16、20、23、27為區(qū)間通信線路mB1H編譯碼器編碼器 與mBnB碼不同，mB1H碼沒有一一對應(yīng)的碼結(jié)構(gòu)，所以mB1H碼的變換不能采用碼表法，一般都采用緩存插入法來實現(xiàn)，現(xiàn)以4B1H碼為例說明 。 4B1H碼是每4個信號碼插入一個H碼，因此變換后碼速增加 14。設(shè)信號碼的碼速為 34 368 kb/s，經(jīng) 4B1H變換后，線路碼的碼速為（54）34 368 kb/s= 42 960 kbs