《光纤通信》_第6讲_通信系统线路码.ppt

,*,*,第六讲,光纤通信系统,线路编码,光纤通信系统,线路码,从信源或编码器输出的信号一般为,NRZ,码，但是在进行数字传输时要考虑传输信道的特点。为使终端信息比特与信道相匹配，需要把,NRZ,码变换为适合于信道传输的数字信号，这个过程称为,线路编码,。,线路编码的主要功能之一是，根据,香农,(Shannon),信道编码理论，,把冗余度引入到信号码流中,，以尽量减少由于信道干扰效应而引起的差错。从,理论上讲,，只要包括所引入的冗余度在内的信号码率小于信道容量，就可以实现任何程度的无误数字数据传输（无误程度取决于引入冗余,度的大小）。,5/21/2025,2,光纤通信系统,线路码,电缆数字通信系统中常采用的线路码型：,三,阶高密度双极性码,HBD3,特点：,1.,连“,0”,控制在三个以下；,2.,有,+1/0/-1,三个电平，极性交替出现；,3.,没有直流分量的漂移。,光纤通信的基本码型：,单极性不归零码,NRZ,单极性归零码,RZ,HBD3,0 1 1 0 0 0 1 0,原码,RZ,0 1 1 1 0 0 0 1 0,原码,5/21/2025,3,一般概念,光纤通信系统,线路码,PCM,电端机,HBD3,码型变换,设备,单极性,驱动电路,光源,线路码,原则：,1.,能限制传号,“,1,”,的概率，节省发射功率；,2.,能给接收机提供足够的定时信息；,3.,能对光电端机进行不中断业务的误码检测；,4.,能提供辅助信号和区间通信信道等。,通过增加线路码率的冗余度实现。意义：,a.,实现不间断业务的误码监测；,b.,可与主信号传送勤务通信；,c.,平衡码流，不发生长连,“,0,”,或,“,1,”,。,5/21/2025,4,光纤通信系统中,常用,线路码型,光端机的接口有,电接口,和,光接口,之分，电接口码型应选择与,PCM,终端机的接口码型一致，如,AMI,，,HDB3,等，光接口用于光端机和光缆线路的连接，其,最适宜采用的仍为二元码,。由于二元码的缺陷通常对于由电端机输出的信号码流，在未对,LD,调制以前，一般要先,扰码,或者进行,码型变换，,常用的线路码型有：,加扰二进码；,1B2B,码；,二元分组码（,mBnB,码）；,插入比特码（,mB1P,码、,mB1C,码、,mB1H,码）；,5/21/2025,5,加扰二进码,这是,最适用,的传输线路码型。由于它把信息序列按一定规则进行扰码，使线路码流中“,0”,和“,1”,码出现的概率相等，所以,不仅,从统计特性上看不会存在长连“,0”,或长连“,1”,码情况，,还,可以把直流成分保持在一定的水平。可见它,解决了定时信息的提取,和,基线漂移,两个问题，而且并,不增加信号码率,，这一点对于光接口标准化有特殊意义，因此在新一代的光同步传输网（,SDH,）,中得到了广泛的应用。,缺点,是扰码后的码型没有规律，不能解决在线检测误码问题。,5/21/2025,6,1B2B码,1B2B,码包括,CMI,码、,DMI,码和双相码等等，都是用,两个码表示一个信息码,，因此使线路的,传输速率增高了一倍,。,优点是：,1,、电路简单；,2,、最大连“,0,连“,1”,数仅为,2,；,3,、定时信息丰富，便于不停止,v,业务的误码检测；,是低速,34Mb/s,以下系统中常用的线路码型。,5/21/2025,7,二元分组码,（,mBnB,码）,把,1B2B,码推广到一般就是,mBnB,码,(m,n),，,即将输入信息序列,(,信码流中,),以每,m,个比特为一个,信息组,，然后,变换为,n,比特,。因为,2,m,2,n,，,所以在,2,n,个字节中可以,找出适合,与,2,m,个输入字节相对应的码。只要适当地选取,m,、,n,值，就可以减小线路传输速率的增高比例，可见,mBnB,码,是,一种能提高信号传输速率的编码方法。,1,mBnB,码分类,首先介绍,字不均等值,d,的概念：,d,是,nB,码组的单个码字中将“,0,作为,-1,，“,1”,作为,+1,计算出的,5/21/2025,8,代数和,（有些文献称之为字数和,WDS,）。,满足,1,m,n,的,mBnB,码有许多种，按字不均等值分类，有三种情况：,（,1,）,零不均等性,：符合零不均等性的码又叫,均等,mBnB,码,（,n m,2,），,其码组内的“,0,和“,1”,个数相等，可见,只有为偶数时，才能编出,d,0,的均等码,，,例如,6B8B,码，,6,比特码字的数目为,2,6,64,，,8,比特码字中,d,0,的码字数目（,0,、,1,各出现四个）为,C,4,8,70,，,因为,2,6,C,4,8,，,故而编出的,8 B,零不均等码字足够与,6B,的码组相对应。同时由于,该码,所含,0,与,1,的个数均为偶数，所以用奇偶校验进行误码检测比较方便。,5/21/2025,9,（,2,）,1,不均等性,：,m,比特码只占用,n,比特码中不均等值为,1,的码字，当,n,为奇数时，可采用这种码，如,5B7B,码用的是,d=-1,的码字。,5,比特码字的数目为,2,5,32,，,7,比特码字中,d,1,的数目有,C,4,7,=35,，,满足,2,5,C,4,7,。,由于,5B7B,码中的“,0”,多于“,1”,，,所以这种码型可以,节省发射光功率。,（,3,）,平衡不均等码,：大多数的,mBnB,码都属于平衡不均等码。即需要用两种模式，,使若干,n B,码字的累积数字和达到平衡,，如,2B3B,、,3B4B,、,5B6B,、,7B8B,等。,5/21/2025,10,2,3B4B,码,为了对平衡不均等码作较详细的介绍，下面以,3B4B,码为例。,所谓,3B4B,码是,将输入信号码流每,3b,分成一组，它有,2,3,=8,种状态，然后编成,4b,码，有,2,4,16,种状态。现列出,3B,码和,4B,码的状态，如下表所示。如何在,4B,码的,16,种状态中,挑选,8,种,与,3B,码对应？一个好的方案必须符合光纤系统对数字码流的要求。,5/21/2025,11,在,4B,码的,16,种状态,中，如果按字不均等值,d,分类共有,5,种情况,，如表所列。,5/21/2025,12,表中,d,0,的有,6,组，,d=2,的各有,4,组，,d=4,的各有,1,组，首先,从减少同码连续数,及,基线漂移,的角度来看，希望选择,d,0,及连,0,数少的码组，所以,d=4,的两组应排除在外。即使让,d,0,的,6,组全部入选，还需从,d=2,的,8,组中再选两组。这样凑成的码表中，“,1”,码和“,0”,码的分布是不均匀的，因此,最好的方案是,d=2,的组合搭配使用,，,分成,正、负,两个,模式,排列 表中给出的,3B4B,码，,把,d,0,的,6,组码作两模式的,公用码,；,0100,和,0010,放入,负模式,;1011,和,1101,放入,正,模式,。,5/21/2025,13,编码时，对于,3B,码的,8,种组合，除,000,、,111,外其余码凡,含有两个“,0”,的，形成,4B,码时,补一个“,1”,，凡,含有两个“,1”,的，形成,4B,码时,补一个“,0”,。,这样形成的,6,个,4B,码组都是两个“,1”,两个,“,0”,均等码，即两种模,式的公用码；而,000,用,0100,（负模式）和,1011,（正模式）交替表示，,111,用,0010,（负模式）和,1101,（正模式）交替表,示。,5/21/2025,14,遇到码组的,累计数字和,d=2,时，就进行,模式转换,，这样就达到了使传输码流中“,0”,、“,1”,码数目平衡的目的。模式转换状态如图所示，图中,S,为,负模式，,S2,为,正模式,。,4B,码组中共有,16,组码，未被采用的,6,组码称为,禁字,，可作为,误码检测,。,5/21/2025,15,mBnB,编译码器,国内设备一般采用,码表存储编码器,即：,把设计好的码表 全部存储到一块只读存储器,(PROM),内而构成。,以,3B4B,码为例，码表存储编码器的工作原理示于下图。首先把设计好的码表存入,PROM,内，待变换的信号码流通过串一并变换电路变为,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。图中,A,、,B,、,C,三条线为,组别控制线,，当,WDS=2,时，从,A,、,B,分别送出控制信号，通过,C,线决定组别,。,5/21/2025,16,mBnB,编译码器,待变换的信号码流,PROM,的,地址码,输出与地址对应的并行,4B,码已变换的,4B,码流,(,C,线决定组别,),。,5/21/2025,17,mBnB,编译码器,译码器,与编码器基本相同，只是除去组别控制部分。译码时，把送来的已变换的,4B,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。,5/21/2025,18,3B4B,码的特点：,1,）,最大连“,0”,连“,1”,数为,4,，故定时信息丰富；,2,）正、负模式交替出现，“,0”,、“,1”,分布均等，有利于减少码流的基线漂移；,3,）便于实现在线误码检测；,4,）变换及反变换电路比较简单；,5,）码速率提高了,33,，主要用于中等速率的传输系统。,5/21/2025,19,3.5B6B,码简介,这是近年来在,高速,光纤数字传输系统中开始应用的一种线路传输码型。它综合考虑了频带利用率和设备复杂性，虽然,增加了,20,的码速,，却换取了便于提取定时信息、低频分量小、可实施监测、迅速同步等优点。我国,已规定,在,140 Mb/s,系统中采用,5B6B,码。,在实际使用中，同样是,5B6B,码型，按照不同的组合方式，可以有多种变换方案。不同组合的,5B6B,码，虽然都具有上述优点，但程度有所不同，因此如何编制码表仍是一个重要问题。,5/21/2025,20,插入比特码,插入比特码是当前我国应用较多的一种线路码，,优点,是设计灵活，适合于高码率系统，能传递丰富的辅助信息及中途方便地上下话路。,插入比特码的构造,：把输入的信息序列以,m,比特为一组，每组后面,插入,一个冗余比特。这样组成的线路码其码速变换为,(m+1)/m,，,可见它确是一种,高效率,的线路码。根据插入码的用途不同，可分为下面三种码型：,5/21/2025,21,1,mB1P,码,P,码,称为,奇偶校验码,，它可以把,m,位原码通过末位插入,P,码，校正为偶数码或奇数码。以,8B1P,为例：,图中的,P,为,偶,校验码。,5/21/2025,22,2,mB1C,i,码,C,码,称为,反码,或,补码,(Complementary),。若第,m,位码为“,1”,时，,C,码编为“,0”,则称其为,mB1C,1,码；若第（,m,1,）,位码为“,1”,时，,C,码编为“,0,就称其为,mB1C,2,码，可见,i,仅表示补码的,参照码位置,。,例如有信码,:,11011001 00100100 11110110,则,8B1C,1,:1101100,1,0,0010010,0,1,1111011,0,1,8B1C,2,:110110,0,1,1,001001,0,0,1,111101,1,0,0,5/21/2025,23,在高速光纤通信系统中，,m,以取,8,10,为宜。概括起来,mB1C,i,码有以下特点：,1,）,可以抑制连“,0,或连“,1”,数，且有平衡“,1”,码和“,0”,码的作用，还可以抑制功率谱中的高低频成分，,m,越小，抑制作用越好；,2,）,mB1C,i,码有抑制抖动的作用，如果再加扰码，效果更好；,3,）,可以实现不中断业务的误码监测（误码检测只针对,C,码的监督位码进行）；,4,）,电路硬件规模随着,m,的增加并不复杂多少。,5/21/2025,24,3,mB1H,码,H,码,称为,混合码,（,Hybrid,），,H,码具有多种功用。它实际上是由同步码、区间通信、公务、监测、辅助数据信息等,插入码和,C,码混合而成,。,C,码在,8B1H,中不仅能抑制相同连码的数目、增加定时信息、平衡传输信息中“,1”,和“,0,出现的概率，还可以利用,C,码进行不中断业务的误码监测。,mB1H,码实现了各种信息在同一根光纤中传送,。,5/21/2025,25,mB1H,码的基本结构如图所示,图中,C,为,mB,中,最后一个,信号码的,补码,，,S,为,多余比特码,，可以在特定的,mB1H,码中按照各自的帧结构，组成辅助信号插入到,S,码位中去。,C,码和,S,码位插入的辅助信号,统称为,H,码,。,5/21/2025,26,我国采用的有,8B1H,、,4B1H,及,1B1H,码。下面以,8B1H,为例详细说明。,8B1H,码,：,8B1H,码是对二元信号序列进行,(m,1,）,/m,9/8,的速率变换，,每隔,8,个比特附加一个冗余比特,。利用冗余比特,交替地,传输,C,码和插入脉冲。在,140 Mb,s,系统中，插入脉冲可以传送三个,2 Mb/s,的区间通信信息（,90,个话路），两路数据信息，一路监测信号和一路公务信号。,8B1H,码的帧结构如下图所示,5/21/2025,27,帧结构中，,C,码、,F,（,帧同步）码与,S,码,统称为,H,码,，图中各符号表示如下。,B,为,PCM,信号,F,1,、,2,、,3,、,4,为帧同步码（,1001,）,S,1,、,5,、,8,、,12,、,15,、,19,、,22,、,26,为区间通信,1,5/21/2025,28,S,2,、,6,、,9,、,13,、,16,、,20,、,23,、,27,为区间通信,S,3,、,7,、,10,、,14,、,17,、,21,、,24,、,28,为区间通信,S,4,为数据信息；,S,11,为监控信息；,S,18,为数据信息,S,25,为公务信息；,输入信号码率,：,139.264 Mb/s,线路码率,：,139.264Mb/s,9,8,156.672 Mb,s,帧长：,576,比特,；,帧频,：,156.672 MHz,576,272 kHz,区间通信速率：,272,8,2.176 Mb,s,监测用码速率：,272 kb,s,公务用码速率：,272 kb,s,数据速率：,272 kb,s,2,供用户选用,5/21/2025,29,mB1H,编译码器,编码器,与,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，现以,4B1H,码为,例,说明,。,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，线路码的码速为（,5,4,）,34 368 kb/s=42 960 kb,s,。,下图示出,4B1H,编码器原理，它由,缓存器,、,写入时序电路,、,插入逻辑,和,读出时序电络,四部分组成。,5/21/2025,30,mB1H,编码器,34 368 kb,s,的,NRZ,信号码送入缓存器。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,进入插入逻辑。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。,5/21/2025,31,mB1H,译码器,图示出,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,42 960 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。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。,5/21/2025,32,mB1H,译码器,5/21/2025,33,常用线路码的主要性能,数字光纤通信系统常用几种线路码的主要性能列于下表。,5/21/2025,34,Thank You,5/21/2025,35,