第六章光纤通信系统线路编码课件.ppt

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1、第六讲,光纤通信系统线路编码,9/24/2022,1,第六讲光纤通信系统线路编码9/24/20221,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）。,9/24/2022,2,光纤

2、通信系统线路码 从信源或编码器输出的信号一,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,RZ,0 1 1 1 0 0 0 1 0,原码,9/24/2022,3,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：,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

3、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”。,9/24/2022,4,一般概念光纤通信系统线路码PCMHBD3码型变换单极性驱动电,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

4、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）；,9/24/2022,5,光纤通信系统中常用线路码型 光端机的,加扰二进码,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，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。 例如：扰码前： 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 扰码后

5、： 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 ,9/24/2022,6,加扰二进码 为了保证传输的透明性，在系统光发射,加扰二进码,但是， 扰码仍具有下列缺点： 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。,9/24/2022,7,加扰二进码但是， 扰码仍具有下列缺点： 9/24/2022,1B2B码,1B2B码是最简单的mBnB码，即曼彻斯特码，这就是把原码的“”变换为“01”，

6、 把“1”变换为“10”。 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； 1B2B是低速34Mb/s以下系统中常用的线路码型。,9/24/2022,8,1B2B码 1B2B码是最简单的m,二元分组码（mBnB码）,把1B2B码推广到一般就是 mBnB码(mn)，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2m 2n，所以在2n 个字节中可以找出适合与2m 个输入字节相对应的码。只要适当地选取

7、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。 1mBnB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,9/24/2022,9,二元分组码（mBnB码） 把1B2B码推广,代数和（有些文献称之为字数和WDS）。满足1mn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d0的均等码，例如6B8B码，6比特码字的数目为2664， 8比特码字中d0的码字数

8、目（0、1各出现四个）为C4870，因为26 C48 ，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。,9/24/2022,10,代数和（有些文献称之为字数和WDS）。满足1mn的,（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2532，7比特码字中d1的数目有C47=35，满足 25 C47。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

9、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。,9/24/2022,11,（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,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23= 8种状态，然后编成 4b码，有24 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。,9/24/2022,12,2 3B4B码9/24/202212,在4B码的

10、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。,9/24/2022,13,在4B码的16种状态中，如果按字不均等值d分类共有,表中d0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d0及连0数少的码组，所以d=4 的两组应排除在外。即使让d0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d0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。,9/

11、24/2022,14,表中d0的有6组，d=2的各有4组,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。,9/24/2022,15,编码时，对于3B码的8种组合，除0,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

12、，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。,9/24/2022,16,遇到码组的累计数字和d=2 时，,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

13、，当WDS=2时，从A、B分别送出控制信号，通过C线决定组别。,9/24/2022,17,mBnB编译码器 国内设备一般采用码表存储编码器即：9,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)。,9/24/2022,18,mBnB编译码器 待变换的信号码流 ,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。,9/24/2

14、022,19,mBnB编译码器 译码器与编码器,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。,9/24/2022,20,3B4B码的特点：9/24/202220,3. 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

15、 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。,9/24/2022,21,3. 5B6B码简介 9/24,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：,9/2

16、4/2022,22,插入比特码 插入比特码是当前我国应用较多的一,1mB1P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。,9/24/2022,23,1mB1P码9/24/202223,2mB1Ci 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mB1C1码；若第（m1）位码为“1”时，C码编为“0就称其为mB1C2码，可见i仅表示补码的参照码位置。例如有信息码: 11011001 00100100 11110110 则8B1C1: 11011001000100100

17、11111011018B1C2: 110110011001001001111101100,9/24/2022,24,2mB1Ci 码9/24/202224,在高速光纤通信系统中，m以取810为宜。概括起来mB1Ci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） mB1Ci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。,9/24/2022,25,9/24/202225,3mB1H码 H码称

18、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。,9/24/2022,26,3mB1H码9/24/202226,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。,9/24/2022,27,mB1H码的基

19、本结构如图所示9/24/202227,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(m1）/m9/8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 Mbs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,9/24/2022,28,我国采用的有8B1H、4B1H及1B1H码。下面以,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

20、为帧同步码（1001）S 1、5、8、12、15、19、22、26为区间通信1,9/24/2022,29,帧结构中，C码、F（帧同步）码与S码统称为H码,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S4为数据信息；S11为监控信息；S18为数据信息S25为公务信息； 输入信号码率： 139. 264 Mb/s,线路码率：139.264Mb/s 98156.672 Mbs帧长：576比特；帧频： 156.672 MHz576 272 kHz,区间通信速率：272 8 2.176 Mbs监测用码速率： 272 kbs公务用码速率：

21、272 kbs数据速率： 272 kbs 2供用户选用,9/24/2022,30,S 2、6、9、13、16、20、23、27为区间通信线路,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 14。设信号码的码速为 34 368 kb/s，经 4B1H变换后，线路码的码速为（54）34 368 kb/s= 42 960 kbs。 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。,9/

22、24/2022,31,mB1H编译码器编码器 与mBnB码,mB1H编码器,34 368 kbs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 kbs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。,9/24/2022,32,mB1H编码器 34 368 kbs的,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 9

23、60 kbs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。,9/24/2022,33,mB1H译码器 图示出4B1H译码器,mB1H译码器,9/24/2022,34,mB1H译码器9/24/202234,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。,9/24/2022,35,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,9/24/2022,36,Thank You 9/24/202236,