程控交換與光纖通信4.2

1、 4.2.1光接收機(jī)基本組成光接收機(jī)基本組成 對(duì)于直接強(qiáng)度調(diào)制的光信號(hào)，采用直接檢測(cè)方直接強(qiáng)度調(diào)制的光信號(hào)，采用直接檢測(cè)方式的數(shù)字光接收機(jī)方框圖示于圖式的數(shù)字光接收機(jī)方框圖示于圖4.14，主要包括，主要包括光光檢測(cè)器、前置放大器、主放大器、均衡器、檢測(cè)器、前置放大器、主放大器、均衡器、 時(shí)鐘提時(shí)鐘提取電路、取樣判決器以及自動(dòng)增益控制取電路、取樣判決器以及自動(dòng)增益控制(AGC)電路電路。 圖圖 4.14 數(shù)字光接收機(jī)方框圖數(shù)字光接收機(jī)方框圖 光檢測(cè)器偏壓控制前置放大器AGC電路均衡器判決器時(shí)鐘提取再生碼流主放大器光信號(hào) 對(duì)光檢測(cè)器的要求如下：對(duì)光檢測(cè)器的要求如下： (1) 波長(zhǎng)響應(yīng)要和光纖低損耗

2、窗口波長(zhǎng)響應(yīng)要和光纖低損耗窗口(0.85 m、 1.31 m和和1.55 m)兼容；兼容； (2) 響應(yīng)度要高，響應(yīng)度要高， 在一定的接收光功率下，在一定的接收光功率下， 能產(chǎn)能產(chǎn)生最大的光電流；生最大的光電流； (3) 噪聲要盡可能低，噪聲要盡可能低， 能接收極微弱的光信號(hào)；能接收極微弱的光信號(hào)； (4) 性能穩(wěn)定，性能穩(wěn)定， 可靠性高，可靠性高， 壽命長(zhǎng)，壽命長(zhǎng)， 功耗和體功耗和體積小。積小。 目前，目前， 適合于光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用的光檢測(cè)器有適合于光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用的光檢測(cè)器有PIN光電二極管和雪崩光電二極管光電二極管和雪崩光電二極管(APD)。 2. 放大器放大器 前置放大器應(yīng)是低噪聲放大

3、器，它的噪聲對(duì)前置放大器應(yīng)是低噪聲放大器，它的噪聲對(duì)光接收機(jī)的靈敏度影響很大。光接收機(jī)的靈敏度影響很大。 主放大器一般是多級(jí)放大器，它的作用是提主放大器一般是多級(jí)放大器，它的作用是提供足夠的增益，供足夠的增益， 并通過它實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制并通過它實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制(AGC)，以使輸入光信號(hào)在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，以使輸入光信號(hào)在一定范圍內(nèi)變化時(shí)， 輸出電信號(hào)保持恒定。主放大器和輸出電信號(hào)保持恒定。主放大器和AGC決定著光決定著光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。 3. 均衡和再生均衡和再生 均衡均衡的目的是對(duì)經(jīng)光纖傳輸、光的目的是對(duì)經(jīng)光纖傳輸、光/電轉(zhuǎn)換和放大電轉(zhuǎn)換和放大后已產(chǎn)生畸變后已產(chǎn)生畸變(失

4、真失真)的電信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，使輸出信號(hào)的電信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，使輸出信號(hào)的波形適合于判決的波形適合于判決(一般用具有升余弦譜的碼元脈沖一般用具有升余弦譜的碼元脈沖波形波形)，以消除碼間干擾，減小誤碼率。，以消除碼間干擾，減小誤碼率。 再生電路再生電路包括判決電路和時(shí)鐘提取電路，它的功包括判決電路和時(shí)鐘提取電路，它的功能是從放大器輸出的信號(hào)與噪聲混合的波形中提取碼能是從放大器輸出的信號(hào)與噪聲混合的波形中提取碼元時(shí)鐘，并逐個(gè)地對(duì)碼元波形進(jìn)行取樣判決，以得到元時(shí)鐘，并逐個(gè)地對(duì)碼元波形進(jìn)行取樣判決，以得到原發(fā)送的碼流。原發(fā)送的碼流。 4. 光電集成接收機(jī)光電集成接收機(jī) 為了適合高傳輸速率的需求，人們一直在努力

5、開發(fā)單片光為了適合高傳輸速率的需求，人們一直在努力開發(fā)單片光接收機(jī)，即用接收機(jī)，即用“光電集成電路光電集成電路(OEIC)技術(shù)技術(shù)”在同一芯片上集成在同一芯片上集成包括光檢測(cè)器在內(nèi)的全部元件。包括光檢測(cè)器在內(nèi)的全部元件。 這樣的完全集成對(duì)于這樣的完全集成對(duì)于GaAs接接收機(jī)收機(jī)(即工作在短波長(zhǎng)的接收機(jī)即工作在短波長(zhǎng)的接收機(jī))是比較容易的，而且早已得到是比較容易的，而且早已得到實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)。 然而，對(duì)于工作在然而，對(duì)于工作在1.31.6 m波長(zhǎng)的系統(tǒng)，人們需要基波長(zhǎng)的系統(tǒng)，人們需要基于于InP的的OEIC接收機(jī)。接收機(jī)。 InGaAs OEIC接收機(jī)也可以用混合法實(shí)現(xiàn)。如圖接收機(jī)也可以用混合法實(shí)現(xiàn)

6、。如圖4.15所示，所示， 電元件集成在電元件集成在GaAs基片上，而光檢測(cè)器集成在基片上，而光檢測(cè)器集成在InP基片上，兩基片上，兩個(gè)部分通過接觸片連接在一起。個(gè)部分通過接觸片連接在一起。圖圖 4.15 光電集成接收機(jī)光電集成接收機(jī) 光檢測(cè)器電路部分GaAs基片N-InP基片P-接觸片N-接觸片 4.2.2噪聲特性噪聲特性l光接收機(jī)的噪聲主要是內(nèi)部產(chǎn)生的，這部分噪聲是光接收機(jī)的噪聲主要是內(nèi)部產(chǎn)生的，這部分噪聲是在信號(hào)檢測(cè)和放大過程中引入的隨機(jī)噪聲，只能通過在信號(hào)檢測(cè)和放大過程中引入的隨機(jī)噪聲，只能通過器件的選擇和電路的設(shè)計(jì)與制造盡可能減小，器件的選擇和電路的設(shè)計(jì)與制造盡可能減小， 一般一般不

7、可能完全消除。不可能完全消除。l光接收機(jī)噪聲的光接收機(jī)噪聲的主要來源是光檢測(cè)器的噪聲和前置主要來源是光檢測(cè)器的噪聲和前置放大器的噪聲放大器的噪聲。l因?yàn)榍爸眉?jí)輸入的是微弱信號(hào)，其噪聲對(duì)輸出信噪因?yàn)榍爸眉?jí)輸入的是微弱信號(hào)，其噪聲對(duì)輸出信噪比影響很大，而主放大器輸入的是經(jīng)前置級(jí)放大的信比影響很大，而主放大器輸入的是經(jīng)前置級(jí)放大的信號(hào)，只號(hào)，只要前置級(jí)增益足夠大，主放大器引入的噪聲就要前置級(jí)增益足夠大，主放大器引入的噪聲就可以忽略。可以忽略。 圖 4.16 光接收機(jī)的噪聲等效模型 放大器Rin0SISECRSddSqqip放大器光電檢測(cè)器0圖中圖中i2q和和i2d分別為光檢測(cè)器的量子噪聲和暗電流噪分

8、別為光檢測(cè)器的量子噪聲和暗電流噪聲產(chǎn)生的均方噪聲電流聲產(chǎn)生的均方噪聲電流(等效噪聲功率等效噪聲功率)。ip、R和和C分別為光檢測(cè)器的輸出光生電流、偏置電阻和電容分別為光檢測(cè)器的輸出光生電流、偏置電阻和電容(結(jié)電容和其他電容結(jié)電容和其他電容)。放大器分解為理想放大器和等效噪聲電流源放大器分解為理想放大器和等效噪聲電流源i20和電壓源和電壓源u20， 放大器噪聲特性取決于所采用的前置放大器類型，放大器噪聲特性取決于所采用的前置放大器類型， 根據(jù)放大器噪聲等效電路和晶體管理論可以計(jì)算。常根據(jù)放大器噪聲等效電路和晶體管理論可以計(jì)算。常用三種類型前置放大電路示于圖用三種類型前置放大電路示于圖4.17 三

9、種類型前置放大器的比較：三種類型前置放大器的比較： (1) 雙極型晶體管前置放大器雙極型晶體管前置放大器的主要特點(diǎn)是輸入的主要特點(diǎn)是輸入阻抗低，阻抗低， 電路時(shí)間常數(shù)電路時(shí)間常數(shù)RC小于信號(hào)脈沖寬度小于信號(hào)脈沖寬度T，因而，因而碼間干擾小，適用于高速率傳輸系統(tǒng)。碼間干擾小，適用于高速率傳輸系統(tǒng)。 (2) 場(chǎng)效應(yīng)管前置放大器場(chǎng)效應(yīng)管前置放大器的主要特點(diǎn)是輸入阻抗的主要特點(diǎn)是輸入阻抗高，高， 噪聲小，高頻特性較差，適用于低速率傳輸系統(tǒng)。噪聲小，高頻特性較差，適用于低速率傳輸系統(tǒng)。 (3) 跨阻型前置放大器跨阻型前置放大器最大的優(yōu)點(diǎn)是改善了帶寬最大的優(yōu)點(diǎn)是改善了帶寬特性和動(dòng)態(tài)范圍，并具有良好的噪聲特

10、性。特性和動(dòng)態(tài)范圍，并具有良好的噪聲特性。 圖圖 4.17光接收機(jī)的前置級(jí)放大電路光接收機(jī)的前置級(jí)放大電路(a) 雙極型晶體管；雙極型晶體管； (b) 場(chǎng)效應(yīng)管；場(chǎng)效應(yīng)管； (c) 跨阻型跨阻型 偏壓(a)偏壓(b)偏壓(c)Rf4.2.3誤碼率誤碼率由于噪聲的存在，放大器輸出的是一個(gè)隨機(jī)過程，由于噪聲的存在，放大器輸出的是一個(gè)隨機(jī)過程， 其取樣值是隨機(jī)變量，因此在判決時(shí)可能發(fā)生誤判，其取樣值是隨機(jī)變量，因此在判決時(shí)可能發(fā)生誤判，把發(fā)射的把發(fā)射的“0”碼誤判為碼誤判為“1”碼，或把碼，或把“1”碼誤判為碼誤判為“0”碼。碼。光接收機(jī)對(duì)碼元誤判的概率稱為誤碼率光接收機(jī)對(duì)碼元誤判的概率稱為誤碼率(

11、在二元制的在二元制的情況下，等于誤比特率，情況下，等于誤比特率，BER)， 用較長(zhǎng)時(shí)間間隔內(nèi)，用較長(zhǎng)時(shí)間間隔內(nèi)，在傳輸?shù)拇a流中，誤判的碼元數(shù)和接收的總碼元數(shù)的在傳輸?shù)拇a流中，誤判的碼元數(shù)和接收的總碼元數(shù)的比值來表示。比值來表示。 圖圖 4.18 計(jì)算誤碼率的示意圖計(jì)算誤碼率的示意圖 tIsImI1(t)I0(t)判決門限D(zhuǎn)0 碼元被誤判的概率，碼元被誤判的概率， 可以用噪聲電流可以用噪聲電流(壓壓)的概率密度函數(shù)來計(jì)的概率密度函數(shù)來計(jì)算。如圖算。如圖4.18所示，所示，I1是是“1”碼的電流，碼的電流，I0是是“0”碼的電流。碼的電流。 Im是是“”碼的平均電流，而碼的平均電流，而“0”碼的平

12、均電流為碼的平均電流為0。D為判決門為判決門限值，一般取限值，一般取D=Im/2。 在在“”碼時(shí)，如果在取樣時(shí)刻帶有噪聲的電碼時(shí)，如果在取樣時(shí)刻帶有噪聲的電流流I1D，則可能被誤判為，則可能被誤判為“”碼。要確定誤碼率，不僅要知道噪聲功率的大碼。要確定誤碼率，不僅要知道噪聲功率的大小，而且要知道噪聲的概率分布。小，而且要知道噪聲的概率分布。 在發(fā)在發(fā)“0”碼時(shí)，碼時(shí)， 平均噪聲功率平均噪聲功率N0=NA，NA為為前置放大器的平均噪聲功率前置放大器的平均噪聲功率。 在發(fā)在發(fā)“1”碼時(shí)，平均噪聲功率碼時(shí)，平均噪聲功率N1=NA+ND。ND是在放大器輸出端光檢測(cè)器的平均噪聲功率是在放大器輸出端光檢測(cè)

13、器的平均噪聲功率。 10NNIQm Q稱為超擾比，含有信噪比的概念。它還表示稱為超擾比，含有信噪比的概念。它還表示在對(duì)在對(duì)“0”碼進(jìn)行取樣判決時(shí)，判決門限值碼進(jìn)行取樣判決時(shí)，判決門限值D超過放大超過放大器平均噪聲電流的倍數(shù)。器平均噪聲電流的倍數(shù)。 由此可見，只要知道由此可見，只要知道Q值，就可根據(jù)式值，就可根據(jù)式(4.12) 的的積分求出誤碼率，結(jié)果示于圖積分求出誤碼率，結(jié)果示于圖4.19。例如：。例如：Q=6, BER10-9，Q7， BER=10-12。 dxxPQe2exp212總誤碼率（總誤碼率（BER）可以表示為）可以表示為101510141013101210111010109108

14、1071061054.555.566.577.5Q誤碼率 圖4.19 誤碼率和Q的關(guān)系 4.2.4靈敏度靈敏度 靈敏度是衡量光接收機(jī)性能的綜合指標(biāo)。靈敏度靈敏度是衡量光接收機(jī)性能的綜合指標(biāo)。靈敏度Pr的定義是，的定義是， 在保證通信質(zhì)量在保證通信質(zhì)量(限定誤碼率或信噪比限定誤碼率或信噪比)的條件下，的條件下， 光接收機(jī)所需的最小平均接收光功率光接收機(jī)所需的最小平均接收光功率Pmin，并以，并以dBm為單位。由定義得到為單位。由定義得到 (4.14) 靈敏度表示光接收機(jī)調(diào)整到最佳狀態(tài)時(shí)，能夠靈敏度表示光接收機(jī)調(diào)整到最佳狀態(tài)時(shí)，能夠接收微弱光信號(hào)的能力。提高靈敏度意味著能夠接接收微弱光信號(hào)的能力。

15、提高靈敏度意味著能夠接收更微弱的光信號(hào)。收更微弱的光信號(hào)。)(10)(lg103mindBmWPPr圖圖4.20示出典型短波長(zhǎng)光接收機(jī)靈敏度與傳輸速率示出典型短波長(zhǎng)光接收機(jī)靈敏度與傳輸速率的關(guān)系曲線。圖中誤碼率限定為的關(guān)系曲線。圖中誤碼率限定為110-9，假設(shè)光檢，假設(shè)光檢測(cè)器量子效率測(cè)器量子效率=0.5， 附加噪聲系數(shù)附加噪聲系數(shù)x=0.4，暗電流，暗電流id=1nA，滾降因子，滾降因子=1， 相對(duì)脈沖展寬相對(duì)脈沖展寬/T=0.3。由圖可見，在限定誤碼率的條件下，由圖可見，在限定誤碼率的條件下， 決定光接收機(jī)決定光接收機(jī)靈敏度的主要因素是靈敏度的主要因素是傳輸速率和光檢測(cè)器、前置放大傳輸速率

16、和光檢測(cè)器、前置放大器的特性器的特性，特別是噪聲特性，特別是噪聲特性。圖圖 4.20 典型短波長(zhǎng)光接收機(jī)靈敏度與傳輸速率的關(guān)系的關(guān)系典型短波長(zhǎng)光接收機(jī)靈敏度與傳輸速率的關(guān)系的關(guān)系 60 55 50 45 40 35 30 251246 8 10204060 80 100 140 200400 600fb / (Mbs 1)Pr / dBmPIN-BJPIN-FETAPD -BJAPD -FET 4.2.5自動(dòng)增益控制和動(dòng)態(tài)范圍自動(dòng)增益控制和動(dòng)態(tài)范圍 放大器是一個(gè)普通的寬帶高增益放大器，放大器是一個(gè)普通的寬帶高增益放大器， 由于前由于前置放大器輸出信號(hào)幅度較大，所以主放大器的噪聲通置放大器輸出信

17、號(hào)幅度較大，所以主放大器的噪聲通常不必考慮。常不必考慮。 主放大器一般由多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)構(gòu)成，主放大器一般由多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)構(gòu)成， 其功能是提其功能是提供足夠的增益供足夠的增益A，以滿足判決所需的電平，以滿足判決所需的電平Im，Im=IP1A，式中，式中，g為為APD倍增因子，倍增因子，為光檢測(cè)器的響應(yīng)度，為光檢測(cè)器的響應(yīng)度，P為為“0”碼和碼和“1”碼的平均光功率。碼的平均光功率。 pgIAm2主放大器的另一個(gè)功能是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制主放大器的另一個(gè)功能是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制(AGC)，使光接收機(jī)具有一定的動(dòng)態(tài)范圍，以保證在入射光強(qiáng)使光接收機(jī)具有一定的動(dòng)態(tài)范圍，以保證在入射光強(qiáng)度變化時(shí)輸出電流基本恒定

18、。度變化時(shí)輸出電流基本恒定。動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍(DR)的定義是：在限定的誤碼率條件下，的定義是：在限定的誤碼率條件下，光接收機(jī)所能承受的最大平均接收光功率光接收機(jī)所能承受的最大平均接收光功率Pmax和所需最小平均接收光功率和所需最小平均接收光功率Pmin的比值，用的比值，用dB表示。根據(jù)定義表示。根據(jù)定義)(lg10minmaxdBppDR動(dòng)態(tài)范圍是光接收機(jī)性能的另一個(gè)重要指標(biāo)，它表動(dòng)態(tài)范圍是光接收機(jī)性能的另一個(gè)重要指標(biāo)，它表示光接收機(jī)接收強(qiáng)光的能力，數(shù)字光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范示光接收機(jī)接收強(qiáng)光的能力，數(shù)字光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍一般應(yīng)大于圍一般應(yīng)大于15 dB。由于使用條件不同，輸入光接收機(jī)的光信號(hào)大小要

19、由于使用條件不同，輸入光接收機(jī)的光信號(hào)大小要發(fā)生變化，為實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)范圍，采用發(fā)生變化，為實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)范圍，采用AGC是十分有必是十分有必要的。要的。AGC一般采用直流運(yùn)算放大器構(gòu)成的反饋控制電路一般采用直流運(yùn)算放大器構(gòu)成的反饋控制電路來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于APD光接收機(jī)，光接收機(jī)，AGC控制光檢測(cè)器的偏控制光檢測(cè)器的偏壓和放大器的輸出；壓和放大器的輸出； 對(duì)于對(duì)于PIN光接收機(jī)，光接收機(jī)，AGC只控制只控制放大器的輸出。放大器的輸出。 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)普遍采用數(shù)字光纖通信系統(tǒng)普遍采用二進(jìn)制二電平碼二進(jìn)制二電平碼，即，即“有光脈有光脈沖沖”表示表示“”碼，碼， “無光脈沖無光脈沖”表示表示“0”

20、碼。但是簡(jiǎn)單的碼。但是簡(jiǎn)單的二電平碼會(huì)帶來如下問題：二電平碼會(huì)帶來如下問題： (1) 在碼流中，出現(xiàn)在碼流中，出現(xiàn)“”碼和碼和“0”碼的個(gè)數(shù)是隨機(jī)變化碼的個(gè)數(shù)是隨機(jī)變化的，的， 因而因而直流分量也會(huì)發(fā)生隨機(jī)波動(dòng)直流分量也會(huì)發(fā)生隨機(jī)波動(dòng)(基線漂移基線漂移)， 給光接收給光接收機(jī)的判決帶來困難。機(jī)的判決帶來困難。 (2) 在隨機(jī)碼流中，容易出現(xiàn)長(zhǎng)串在隨機(jī)碼流中，容易出現(xiàn)長(zhǎng)串連連“”碼或長(zhǎng)串連碼或長(zhǎng)串連“0”碼，這樣可能造成碼，這樣可能造成位同步信位同步信息丟失息丟失，給定時(shí)提取造成困難給定時(shí)提取造成困難或產(chǎn)生較大的定時(shí)誤差或產(chǎn)生較大的定時(shí)誤差。 (3) 不能實(shí)現(xiàn)在線不能實(shí)現(xiàn)在線(不中斷業(yè)務(wù)不中斷業(yè)

21、務(wù))的誤碼檢測(cè)的誤碼檢測(cè)， 不利于長(zhǎng)途通不利于長(zhǎng)途通信系統(tǒng)的維護(hù)。信系統(tǒng)的維護(hù)。 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對(duì)線路碼型的主要要求是保證數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對(duì)線路碼型的主要要求是保證傳輸?shù)耐该餍?，具體要求有：傳輸?shù)耐该餍裕唧w要求有： (1) 能限制信號(hào)帶寬，能限制信號(hào)帶寬，減小功率譜中的高低頻分量減小功率譜中的高低頻分量。 (2) 能給光接收機(jī)能給光接收機(jī)提供足夠的定時(shí)信息提供足夠的定時(shí)信息。 (3) 能能提供一定的冗余碼提供一定的冗余碼，用于平衡碼流、誤碼監(jiān)，用于平衡碼流、誤碼監(jiān)測(cè)和公務(wù)通信。測(cè)和公務(wù)通信。 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)常用的線路碼型有：數(shù)字光纖通信系統(tǒng)常用的線路碼型有：擾碼，擾碼，mBnB碼和插入碼

22、碼和插入碼。 4.3.1擾碼擾碼l擾碼的擾碼的目的是抑制線路碼中的長(zhǎng)連目的是抑制線路碼中的長(zhǎng)連“0” 和長(zhǎng)連和長(zhǎng)連“1” ，便于從線路信號(hào)中提取時(shí)鐘信號(hào)。，便于從線路信號(hào)中提取時(shí)鐘信號(hào)。l在系統(tǒng)光發(fā)射機(jī)的調(diào)制器前，在系統(tǒng)光發(fā)射機(jī)的調(diào)制器前， 需要附加一個(gè)需要附加一個(gè)擾碼器擾碼器，將原始的二進(jìn)制碼序列加以變換，使其接近于隨機(jī)序?qū)⒃嫉亩M(jìn)制碼序列加以變換，使其接近于隨機(jī)序列。相應(yīng)地，在光接收機(jī)的判決器之后，附加一個(gè)解列。相應(yīng)地，在光接收機(jī)的判決器之后，附加一個(gè)解擾器，以恢復(fù)原始序列。擾器，以恢復(fù)原始序列。l擾碼與解擾擾碼與解擾可由反饋移位寄存器可由反饋移位寄存器和對(duì)應(yīng)的前饋移位和對(duì)應(yīng)的前饋移位寄

23、存器實(shí)現(xiàn)。寄存器實(shí)現(xiàn)。 l擾碼改變了擾碼改變了“”碼與碼與“0”碼的分布，碼的分布， 從而改善從而改善了碼流的一些特性。了碼流的一些特性。例如：例如： 擾碼前：擾碼前： 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 擾碼后：擾碼后： 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 l意義：意義：1、減少連、減少連“0”或連或連“1”長(zhǎng)度，保證接收機(jī)能提長(zhǎng)度，保證接收機(jī)能提取到位定時(shí)信號(hào)。取到位定時(shí)信號(hào)。 2、使加擾后的信號(hào)頻譜更能適合基帶傳輸。、使加擾后的信號(hào)頻譜更能適合基帶傳輸。 3、保密通信需要。、保密通信需要。 但是，但是， 擾碼仍具有下列擾碼仍具有下列缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 不能完全控制

24、長(zhǎng)串連不能完全控制長(zhǎng)串連“”和長(zhǎng)串連和長(zhǎng)串連“0”序列的出序列的出現(xiàn)；現(xiàn)； 沒有引入冗余，沒有引入冗余， 不能進(jìn)行在線誤碼監(jiān)測(cè)；不能進(jìn)行在線誤碼監(jiān)測(cè)； 信號(hào)頻譜中接近于直流的分量較大，信號(hào)頻譜中接近于直流的分量較大， 不能解決基不能解決基線漂移。線漂移。 因?yàn)閿_碼不能完全滿足光纖通信對(duì)線路碼型的要求，因?yàn)閿_碼不能完全滿足光纖通信對(duì)線路碼型的要求， 所以許多光纖通信設(shè)備除采用擾碼外所以許多光纖通信設(shè)備除采用擾碼外還采用其它類型還采用其它類型的線路編碼。的線路編碼。 4.3.2 mBnB碼碼l mBnB碼是把輸入的二進(jìn)制原始碼流進(jìn)行分組，每碼是把輸入的二進(jìn)制原始碼流進(jìn)行分組，每組有組有m個(gè)二進(jìn)制碼

25、，記為個(gè)二進(jìn)制碼，記為mB，稱為一個(gè)碼字，然后，稱為一個(gè)碼字，然后把一個(gè)碼字變換為把一個(gè)碼字變換為n個(gè)二進(jìn)制碼，記為個(gè)二進(jìn)制碼，記為nB，并，并在同一在同一個(gè)時(shí)隙內(nèi)輸出個(gè)時(shí)隙內(nèi)輸出。l這種碼型是把這種碼型是把mB變換為變換為nB，所以稱為，所以稱為mBnB碼，碼，其中其中m和和n都是正整數(shù)，都是正整數(shù)， nm，一般選取，一般選取n=m+1。mBnB碼有碼有1B2B、3B4B、5B6B、 8B9B、 17B18B等等等。等。 l以以3B4B碼為例，輸入的原始碼流碼為例，輸入的原始碼流3B碼，共有碼，共有(23)8個(gè)碼字，個(gè)碼字， 變換為變換為4B碼時(shí)，碼時(shí)， 共有共有(24)16個(gè)碼字，見表個(gè)碼

26、字，見表4.2。l為保證信息的完整傳輸，必須從為保證信息的完整傳輸，必須從4B碼的碼的16個(gè)碼字中個(gè)碼字中挑選挑選8個(gè)碼字來代替?zhèn)€碼字來代替3B碼。碼。 l設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)最佳線路碼特性的原則來選擇碼表。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)最佳線路碼特性的原則來選擇碼表。例如：例如：在在3B碼中有碼中有2個(gè)個(gè)“0”，變?yōu)?，變?yōu)?B碼時(shí)補(bǔ)碼時(shí)補(bǔ)1個(gè)個(gè)“”；在；在3B碼中有碼中有2個(gè)個(gè)“1”， 變?yōu)樽優(yōu)?B碼時(shí)補(bǔ)碼時(shí)補(bǔ)1個(gè)個(gè)“0”。而。而000用用0001和和1110交替使用；交替使用； 111用用0111和和1000交替使用。同時(shí)，規(guī)定一些禁止使用的碼字，交替使用。同時(shí)，規(guī)定一些禁止使用的碼字， 稱為禁字，例如稱為禁字，例

27、如0000和和1111。 表 4.23B和4B的碼字 n作為普遍規(guī)則，引入作為普遍規(guī)則，引入“碼字?jǐn)?shù)字和碼字?jǐn)?shù)字和”(WDS)來描述來描述碼字的均勻性，并以碼字的均勻性，并以WDS的最佳選擇來保證線路碼的最佳選擇來保證線路碼的傳輸特性。的傳輸特性。n所謂所謂“碼字?jǐn)?shù)字和碼字?jǐn)?shù)字和”，是在，是在nB碼的碼字中，用碼的碼字中，用“-1”代表代表“0”碼，碼， 用用“+1”代表代表“”碼，整個(gè)碼字的代碼，整個(gè)碼字的代數(shù)和即為數(shù)和即為WDS。 n如果整個(gè)碼字如果整個(gè)碼字“”碼的數(shù)目多于碼的數(shù)目多于“0”碼碼，則，則WDS為為正正；如果；如果“0”碼的數(shù)目多于碼的數(shù)目多于“1”碼碼， 則則WDS為為負(fù)負(fù)

28、；如果；如果“0”碼和碼和“1”碼的數(shù)目相等碼的數(shù)目相等，則，則WDS為為0。n例如：對(duì)于例如：對(duì)于0111，WDS=+2；對(duì)于；對(duì)于0001， WDS=-2；對(duì)于；對(duì)于0011，WDS=0。 表表 4.3 一種一種3B4B碼表碼表 n 我國我國3次群和次群和4次群光纖通信系統(tǒng)最常用的線路碼型次群光纖通信系統(tǒng)最常用的線路碼型是是5B6B碼，其編碼規(guī)則如下：碼，其編碼規(guī)則如下： n 5B碼共有碼共有(25)32個(gè)碼字，變換個(gè)碼字，變換6B碼時(shí)共有碼時(shí)共有(26)64個(gè)碼個(gè)碼字，其中字，其中WDS=0有有20個(gè)，個(gè)，WDS=2有有15個(gè)，個(gè)，WDS=-2有有15個(gè)個(gè)，共有，共有50個(gè)個(gè)|WDS|最

29、小的碼字可供選擇。由于最小的碼字可供選擇。由于變換為變換為6B碼時(shí)只需碼時(shí)只需32個(gè)碼字，為減少連個(gè)碼字，為減少連“”和連和連“0”的數(shù)目，的數(shù)目， 刪去：刪去： 000011、 110000、 001111和和111100。當(dāng)然禁用。當(dāng)然禁用WDS=4和和6的碼字的碼字。n 表表4.4示出根據(jù)這個(gè)規(guī)則編制的一種示出根據(jù)這個(gè)規(guī)則編制的一種5B6B碼表，正碼表，正組和負(fù)組交替使用。組和負(fù)組交替使用。 表中表中正組選用正組選用20個(gè)個(gè)WDS=0和和12個(gè)個(gè)WDS=+2，負(fù)組選用負(fù)組選用20個(gè)個(gè)WDS=0和和12個(gè)個(gè)WDS=-2。 umBnB碼的特點(diǎn)是：碼的特點(diǎn)是：(1)碼流中碼流中“0”和和“1”

30、碼的概率相等，碼的概率相等， 連連“0”和連和連“1”的數(shù)目較少，定時(shí)信息豐富。的數(shù)目較少，定時(shí)信息豐富。(2)高低頻分量較小，信號(hào)頻譜特性較好，基線漂高低頻分量較小，信號(hào)頻譜特性較好，基線漂移小。移小。(3) 在碼流中引入一定的冗余碼，在碼流中引入一定的冗余碼， 便于在線誤碼檢便于在線誤碼檢測(cè)。測(cè)。 umBnB碼的缺點(diǎn)是傳輸輔助信號(hào)比較困難。因此，碼的缺點(diǎn)是傳輸輔助信號(hào)比較困難。因此，在要求傳輸輔助信號(hào)或有一定數(shù)在要求傳輸輔助信號(hào)或有一定數(shù)量的區(qū)間通信的設(shè)量的區(qū)間通信的設(shè)備中，不宜用這種碼型。備中，不宜用這種碼型。 2. 編譯碼器編譯碼器有兩種編譯碼電路：有兩種編譯碼電路：一種是一種是組合邏

31、輯電路組合邏輯電路，就是把整個(gè)編譯碼器都，就是把整個(gè)編譯碼器都集成在一小塊芯片上，組成一個(gè)大規(guī)模專用集集成在一小塊芯片上，組成一個(gè)大規(guī)模專用集成塊；成塊；另一種是把另一種是把設(shè)計(jì)好的碼表全部存儲(chǔ)到一塊只讀設(shè)計(jì)好的碼表全部存儲(chǔ)到一塊只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器(PROM)內(nèi)而構(gòu)成。內(nèi)而構(gòu)成。 圖圖 4.22 碼表存儲(chǔ)編碼器原理碼表存儲(chǔ)編碼器原理 并串PROMB1B2B3B4b1b2b3串并組別變換ABC變前時(shí)鐘已變換的輸出4B碼流變換時(shí)鐘待變換輸入信號(hào)碼流n圖中圖中A、B、C三條線為組別控制控制線，當(dāng)三條線為組別控制控制線，當(dāng)WDS=2時(shí)，時(shí)， 從從A、B分別送出控制信號(hào)，分別送出控制信號(hào)， 通過通過C線決

32、定組別。線決定組別。 n譯碼器與編碼器基本相同，只是除去組別控制部譯碼器與編碼器基本相同，只是除去組別控制部分。分。 譯碼時(shí)，把送來的已變換的譯碼時(shí)，把送來的已變換的4B信號(hào)碼流，每信號(hào)碼流，每4比特并聯(lián)為一組，比特并聯(lián)為一組， 作為作為PROM的地址，然后讀出的地址，然后讀出3B碼，再經(jīng)過并碼，再經(jīng)過并 - 串變換還原為原來的信號(hào)碼流。串變換還原為原來的信號(hào)碼流。 4.3.3插入碼插入碼 插入碼是把輸入二進(jìn)制原始碼流分成每插入碼是把輸入二進(jìn)制原始碼流分成每m比特比特(mB)-一組，一組，然后在每組然后在每組mB碼末尾按一定規(guī)律插入一個(gè)碼，組成碼末尾按一定規(guī)律插入一個(gè)碼，組成m+1個(gè)碼個(gè)碼為一

33、組的線路碼流。為一組的線路碼流。 根據(jù)插入碼的規(guī)律，可以分為根據(jù)插入碼的規(guī)律，可以分為mB1C碼、碼、mB1H碼和碼和mB1P碼。碼。 1. 插入碼的編碼原理 mB1C碼的結(jié)構(gòu)如圖碼的結(jié)構(gòu)如圖4.23所示，例如：所示，例如： mB碼為：碼為：100 110 001 101 mB1C碼為：碼為： 1001 1101 0010 1010 C碼的作用碼的作用是引入冗余碼，可以進(jìn)行在線誤碼率監(jiān)測(cè)；是引入冗余碼，可以進(jìn)行在線誤碼率監(jiān)測(cè)；同時(shí)改善了同時(shí)改善了“0”碼和碼和“1”碼的分布，有利于定時(shí)提碼的分布，有利于定時(shí)提取。取。 4B4B4B4B4B4BCCHHCHH 其中，其中，H = FH = F1

34、1 S S1 1 S S2 2 S S3 3 F F2 2 S S4 4 S S5 5 S S6 6 F F1 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 ，幀同步碼幀同步碼 S S1 1，3 3，4 4，6 6。7 7。9 9。1010，12 12 區(qū)間通信通道，速率區(qū)間通信通道，速率為為21482148kb/s;kb/s; S S2 2 數(shù)據(jù)通信通道數(shù)據(jù)通信通道 S S5 5監(jiān)控通道監(jiān)控通道 S S8 8 數(shù)據(jù)通信通道數(shù)據(jù)通信通道 S S1111公務(wù)通道公

35、務(wù)通道 B B原原PCMPCM信息碼信息碼 C C反碼（即補(bǔ)碼），是其前一位碼取反碼。反碼（即補(bǔ)碼），是其前一位碼取反碼。 幀長(zhǎng)幀長(zhǎng) = 16 = 1610 = 16010 = 160bitbit 圖圖 4.23 mB1C碼的結(jié)構(gòu)碼的結(jié)構(gòu)mBCmBCmBCC 在在mB1P碼中，碼中，P碼稱為奇偶校驗(yàn)碼，碼稱為奇偶校驗(yàn)碼， 其作用和其作用和C碼相似，碼相似， 但但P碼有以下兩種情況：碼有以下兩種情況： (1) P碼為奇校驗(yàn)碼時(shí)，其插入規(guī)律是使碼為奇校驗(yàn)碼時(shí)，其插入規(guī)律是使m+1個(gè)碼個(gè)碼內(nèi)內(nèi)“1”碼的個(gè)數(shù)為奇數(shù)碼的個(gè)數(shù)為奇數(shù)， 例如：例如： mB碼為：碼為： 100 000 001 110 mB1

36、P碼為：碼為： 1000 0001 0010 1101 當(dāng)檢測(cè)得當(dāng)檢測(cè)得m+1個(gè)碼內(nèi)個(gè)碼內(nèi)“”碼為奇數(shù)時(shí)，則認(rèn)為碼為奇數(shù)時(shí)，則認(rèn)為無誤碼。無誤碼。 (2) P碼為偶校驗(yàn)碼時(shí)，其插入規(guī)律是使碼為偶校驗(yàn)碼時(shí)，其插入規(guī)律是使m+1個(gè)碼個(gè)碼內(nèi)內(nèi)“”碼的個(gè)數(shù)為偶數(shù)碼的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，例如：，例如： m B碼為：碼為：100 000 001 110 mB1P碼為：碼為： 1001 0000 0011 1100 當(dāng)檢測(cè)得當(dāng)檢測(cè)得m+1個(gè)碼內(nèi)個(gè)碼內(nèi)“”碼為偶數(shù)時(shí)，則碼為偶數(shù)時(shí)，則認(rèn)為無誤碼。認(rèn)為無誤碼。 2. 編譯碼器編譯碼器u 和和mBnB碼不同，碼不同，mB1H碼沒有一一對(duì)應(yīng)的碼結(jié)構(gòu)，碼沒有一一對(duì)應(yīng)的碼結(jié)構(gòu)，所以所以mB1H碼的變換不能采用碼表法，一般都采