光纤课件.pptx

4.3 线路编码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：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随机波动(基线漂移基线漂移)，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：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，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扰码器，将原始将原始的二进制码序列加以变换，使其接近于随机的二进制码序列加以变换，使其接近于随机序列。序列。相应地，在光接收机的判决器之后，附加一个解扰器，以恢复原始序列。扰码与解扰可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由反馈移位寄存器和对应的前馈移位寄存器实现。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。扰码扰码有下列缺点：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码码mBnB码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。这种码型是把mB变换为nB，所以称为mBnB码，其中其中m和和n都是正整数，都是正整数，nm，一般选取，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码编码原理码编码原理最简单的mBnB码是1B2B码，即曼彻斯曼彻斯特码特码，这就是把原码的把原码的“”变换为变换为“01”，把把“1”变换为变换为“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，称为禁字禁字，例如0000和1111。0111 1111111 0110 1110110 0101 1101101 0100 1100100 0011 1011011 0010 1010010 0001 1001001 0000 10000004B3B 表表 4.2 3B和和4B的码字的码字 作为普遍规则，引入“码字数字和码字数字和”(WDS)来描述码字的均匀性，并以WDS的最佳选择来保证线路码的传输特性。所谓“码字数字和码字数字和”，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码码的选择原则是：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3B4B码表，表中正组和负组交替使用。线路码（4B）信号码（3B）模式2（负组）模式1（正组）WDS码子WDS码子-20010+211011117-21000+20111110601010010101015010010100110040011000110011300101001010102-20001+211100011-20100+210110000 表表 4.3 一种一种3B4B码表码表 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码码，其编码规则如下：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=0和12个WDS=-2。线路码（6B）信号码（5B）模式2（负组）模式1（正组）WDS码子WDS码子-2000101+21110101111131-2001001+21101101111030-2010001+2101101110129011100001110001110028-2000110+21110011101127011010001101001101026011001001100101100125续表续表 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码码的特点是：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码码的缺点是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.编译码器编译码器有两种编译码电路：一种是一种是 组合逻辑电路组合逻辑电路，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。一种是一种是把设计好的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，只是除去组译码器与编码器基本相同，只是除去组别控制部分。别控制部分。译码时，把送来的已变换的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冗余码，可以进行在线误码率监测在线误码率监测；同时改善了“0”码和“1”码的分布，有利于定时提取。1.插入码的编码原理插入码的编码原理mB1C码码的编码原理是编码原理是，把原始码流分成每m比特(mB)一组，然后在每组mB码的末尾插入1比特补码，这个补码补码称为C码码，所以称为mB1C码码。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 101mB1C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混合码(H码码)，所以称为mB1H码码。所插入的所插入的H码可以根据不同用码可以根据不同用途分为三类：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码码为例，它的优点是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 110mB1P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)P码码为为偶偶校校验验码码时时，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 110mB1P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缓存插入法来实现。图4.24示出4B1H编码器原理编码器原理，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插入逻辑电路实际上是一个5选选1的电路，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，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。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。