光纖通信第三單元課件

1、第第3 3章章 光發(fā)送設(shè)備光發(fā)送設(shè)備 3.1 3.1 光端機(jī)的基本概念光端機(jī)的基本概念 3.2 3.2 光發(fā)送電路光發(fā)送電路 3.3 3.3 輸入電路輸入電路第第3 3章章 光發(fā)送設(shè)備光發(fā)送設(shè)備 3.1 3.1 光端機(jī)的基本概念光端機(jī)的基本概念 3.1.1 3.1.1 光端機(jī)的功能光端機(jī)的功能 光端機(jī)位于電端機(jī)和光纖之間光端機(jī)位于電端機(jī)和光纖之間, ,包括光發(fā)送和光接收兩大單包括光發(fā)送和光接收兩大單元。其中，光發(fā)送單元將電端機(jī)發(fā)出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合一定元。其中，光發(fā)送單元將電端機(jī)發(fā)出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合一定要求的光信號(hào)后，送至光纖傳輸；光接收單元將光纖傳送過來要求的光信號(hào)后，送至光纖傳輸；光接收

2、單元將光纖傳送過來的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，送至電端機(jī)處理。的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，送至電端機(jī)處理。圖圖3-1 3-1 光端機(jī)在光纖通信系統(tǒng)中的部位圖光端機(jī)在光纖通信系統(tǒng)中的部位圖3.1.2 3.1.2 光端機(jī)基本框圖光端機(jī)基本框圖圖圖3-2 3-2 光端機(jī)的基本組成框圖光端機(jī)的基本組成框圖3.2 3.2 光發(fā)送電路光發(fā)送電路 3.2.1 3.2.1 基本組成和主要性能指標(biāo)基本組成和主要性能指標(biāo) 3.2.1.1 3.2.1.1 光發(fā)送電路的基本組成光發(fā)送電路的基本組成圖圖3-3 3-3 光發(fā)送電路的基本組成框圖光發(fā)送電路的基本組成框圖3.2.1.2 3.2.1.2 光發(fā)送電路的主要性能指標(biāo)光發(fā)送

3、電路的主要性能指標(biāo)（1 1）平均發(fā)送光功率）平均發(fā)送光功率P PT T 是正常工作條件下光發(fā)送電路輸出的平均光功率。是正常工作條件下光發(fā)送電路輸出的平均光功率。通常通常, ,P PT T使用毫瓦分貝（使用毫瓦分貝（dBmdBm）單位，即）單位，即（2 2）消光比（）消光比（EXEX） 光發(fā)送電路輸出全光發(fā)送電路輸出全“1 1”碼時(shí)的平均輸出光功率碼時(shí)的平均輸出光功率P P1 1與與輸出全輸出全“0”0”碼時(shí)的平均輸出光功率碼時(shí)的平均輸出光功率P P0 0之比，即之比，即 )dBm(10)W(lg1010)W(lg103T3TT單位PPP1010lg(dB)PEXP3.2.2 3.2.2 激光二

4、極管（激光二極管（LDLD） 3.2.2.1 3.2.2.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)圖圖3-4 3-4 激光二極管的基本結(jié)構(gòu)框圖激光二極管的基本結(jié)構(gòu)框圖3.2.2.2 LD3.2.2.2 LD的工作原理的工作原理（1 1）半導(dǎo)體材料的能級(jí)結(jié)構(gòu)）半導(dǎo)體材料的能級(jí)結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體材料中的電子處于分立能級(jí)上，高能級(jí)稱為半導(dǎo)體材料中的電子處于分立能級(jí)上，高能級(jí)稱為導(dǎo)帶，低能級(jí)稱為價(jià)帶，高、低能級(jí)之間稱為禁帶。導(dǎo)帶，低能級(jí)稱為價(jià)帶，高、低能級(jí)之間稱為禁帶。則禁帶寬度則禁帶寬度 E Eg g= =E Ec c- -E Ev v 在熱平衡狀態(tài)下，價(jià)帶能級(jí)上的電子總數(shù)目在熱平衡狀態(tài)下，價(jià)帶能級(jí)上的電子總數(shù)目N NV V

5、遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于導(dǎo)帶能級(jí)上的電子總數(shù)目多于導(dǎo)帶能級(jí)上的電子總數(shù)目N NC C，即，即N NV VN NC C。圖圖3-5 3-5 半導(dǎo)體材料電半導(dǎo)體材料電子能級(jí)示意圖子能級(jí)示意圖（2 2）半導(dǎo)體材料中電子能態(tài)的變化）半導(dǎo)體材料中電子能態(tài)的變化 自發(fā)輻射自發(fā)輻射 發(fā)出的光子彼此不相干（即傳播方向、相位和偏發(fā)出的光子彼此不相干（即傳播方向、相位和偏振不同），稱為非相干光。振不同），稱為非相干光。 受激輻射受激輻射 發(fā)出的光子彼此相干（即其傳播方向、頻率、相發(fā)出的光子彼此相干（即其傳播方向、頻率、相位、偏振都與外來光子相同），稱為相干光。激光位、偏振都與外來光子相同），稱為相干光。激光二極管輸出的就是這種相

6、干光。二極管輸出的就是這種相干光。 受激吸收受激吸收 在外來入射光的作用下，處在低能級(jí)上的電子在外來入射光的作用下，處在低能級(jí)上的電子可以吸收入射光子的能量而躍遷到高能級(jí)上可以吸收入射光子的能量而躍遷到高能級(jí)上 。 圖圖 3-6 3-6 能級(jí)和電子躍遷能級(jí)和電子躍遷(a) (a) 受激吸收；受激吸收； (b) (b) 自發(fā)輻射；自發(fā)輻射； (c) (c) 受激輻射受激輻射 在熱平衡狀態(tài)下，半導(dǎo)體材料中同時(shí)存在以上在熱平衡狀態(tài)下，半導(dǎo)體材料中同時(shí)存在以上三種物理過程，其中自發(fā)輻射的概率遠(yuǎn)大于受激輻三種物理過程，其中自發(fā)輻射的概率遠(yuǎn)大于受激輻射的概率，并且受激輻射的概率與導(dǎo)帶上的電子總射的概率，并

7、且受激輻射的概率與導(dǎo)帶上的電子總數(shù)數(shù)N NC C成正比，受激吸收的概率與價(jià)帶上的電子總數(shù)成正比，受激吸收的概率與價(jià)帶上的電子總數(shù)N NV V成正比。所以，若要受激輻射占有主導(dǎo)地位，就成正比。所以，若要受激輻射占有主導(dǎo)地位，就必須使導(dǎo)帶上的電子總數(shù)必須使導(dǎo)帶上的電子總數(shù)N NC C 遠(yuǎn)大于價(jià)帶上的電子遠(yuǎn)大于價(jià)帶上的電子總數(shù)總數(shù)N NV V ，這稱為，這稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)。（3 3）PNPN結(jié)的能帶和電子分布結(jié)的能帶和電子分布 在熱平衡狀態(tài)下，能量為在熱平衡狀態(tài)下，能量為E E的能級(jí)被一個(gè)電子的能級(jí)被一個(gè)電子占據(jù)的概率遵循費(fèi)米（占據(jù)的概率遵循費(fèi)米（FermiFermi）分布，即）分布

8、，即 式中，式中， 為波茲曼常數(shù)，為波茲曼常數(shù)，T T為熱力學(xué)溫度。當(dāng)為熱力學(xué)溫度。當(dāng)T0T0時(shí)，時(shí)， P(E)0P(E)0， 這時(shí)導(dǎo)帶上幾乎沒有電子，這時(shí)導(dǎo)帶上幾乎沒有電子，價(jià)帶上填滿電子。價(jià)帶上填滿電子。 稱為費(fèi)米能級(jí)，用來描述半導(dǎo)稱為費(fèi)米能級(jí)，用來描述半導(dǎo)體中各能級(jí)被電子占據(jù)的狀態(tài)。體中各能級(jí)被電子占據(jù)的狀態(tài)。 在費(fèi)米能級(jí)，被電在費(fèi)米能級(jí)，被電子占據(jù)和空穴占據(jù)的概率相同。子占據(jù)和空穴占據(jù)的概率相同。 fB1( )1exp() /EP EETkBkfE圖圖 3-7 3-7 半導(dǎo)體的能帶和電子分布半導(dǎo)體的能帶和電子分布(a) (a) 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 (b) N(b) N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體

9、 (c) P(c) P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在通常室溫下在通常室溫下: : 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體能帶中的電子和空穴時(shí)成對(duì)產(chǎn)生的。能帶中的電子和空穴時(shí)成對(duì)產(chǎn)生的。 N N型半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的電子多于價(jià)帶中的空穴，但型半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的電子多于價(jià)帶中的空穴，但仍少于價(jià)帶中的電子。仍少于價(jià)帶中的電子。 P P型型半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的電子少于價(jià)帶中的空穴，也半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的電子少于價(jià)帶中的空穴，也少于價(jià)帶中的電子。少于價(jià)帶中的電子。 上述上述半導(dǎo)體都是半導(dǎo)體都是大多數(shù)電子占據(jù)低能級(jí)位置，沒大多數(shù)電子占據(jù)低能級(jí)位置，沒有形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，不能對(duì)光產(chǎn)生放大作用。有形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，不能對(duì)光產(chǎn)生放大作用。（4 4）電激勵(lì)）

10、電激勵(lì) 其作用是使半導(dǎo)體其作用是使半導(dǎo)體PNPN結(jié)產(chǎn)生一個(gè)增益區(qū)，使其結(jié)產(chǎn)生一個(gè)增益區(qū)，使其中的導(dǎo)帶電子數(shù)遠(yuǎn)大于價(jià)帶電子數(shù)，形成粒子數(shù)中的導(dǎo)帶電子數(shù)遠(yuǎn)大于價(jià)帶電子數(shù)，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)，成為光放大的媒質(zhì)。反轉(zhuǎn)狀態(tài)，成為光放大的媒質(zhì)。 PNPN結(jié)未加電壓時(shí)的特點(diǎn)結(jié)未加電壓時(shí)的特點(diǎn) 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成自建電場擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成自建電場 在自建電場作用下產(chǎn)生在自建電場作用下產(chǎn)生內(nèi)部電場產(chǎn)生與擴(kuò)散相反內(nèi)部電場產(chǎn)生與擴(kuò)散相反方向的漂移運(yùn)動(dòng)方向的漂移運(yùn)動(dòng) 兩種運(yùn)動(dòng)處于平衡狀態(tài)兩種運(yùn)動(dòng)處于平衡狀態(tài), ,直到直到P P區(qū)和區(qū)和N N區(qū)的區(qū)的 相同相同, ,結(jié)果能帶發(fā)生傾斜，見圖結(jié)果能帶發(fā)生傾斜，見圖3-8(b)3-8(b

11、)。fE PNPN結(jié)加正向電壓時(shí)的特點(diǎn)結(jié)加正向電壓時(shí)的特點(diǎn) 在在PNPN結(jié)上施加正向電壓，產(chǎn)生與內(nèi)部電場相結(jié)上施加正向電壓，產(chǎn)生與內(nèi)部電場相反方向的外加電場，結(jié)果能帶傾斜減小，擴(kuò)散反方向的外加電場，結(jié)果能帶傾斜減小，擴(kuò)散增強(qiáng)，增強(qiáng)，見圖見圖3-8(c) 3-8(c) 。 電子運(yùn)動(dòng)方向與電場方向相反，便使電子運(yùn)動(dòng)方向與電場方向相反，便使N N區(qū)的電子區(qū)的電子向向P P區(qū)運(yùn)動(dòng)，區(qū)運(yùn)動(dòng)，P P區(qū)的空穴向區(qū)的空穴向N N區(qū)運(yùn)動(dòng)，最后在區(qū)運(yùn)動(dòng)，最后在PNPN結(jié)結(jié)形成一個(gè)特殊的增益區(qū)。增益區(qū)的導(dǎo)帶主要是電形成一個(gè)特殊的增益區(qū)。增益區(qū)的導(dǎo)帶主要是電子，價(jià)帶主要是空穴，結(jié)果獲得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。子，價(jià)帶主要是空

12、穴，結(jié)果獲得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。 圖圖 3-83-8PNPN結(jié)的能帶和電結(jié)的能帶和電子分布子分布(a)(a)P P - N- N結(jié)內(nèi)載流子結(jié)內(nèi)載流子運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)(b)(b) 零偏壓時(shí)零偏壓時(shí)P - NP - N結(jié)的能結(jié)的能帶帶圖圖(c)(c) 正向偏壓下正向偏壓下P - NP - N結(jié)能結(jié)能帶圖帶圖 （5 5）光學(xué)諧振腔）光學(xué)諧振腔 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是產(chǎn)生受激輻射的必要條件，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是產(chǎn)生受激輻射的必要條件，但還不能產(chǎn)生激光。只有把激活物質(zhì)置于光學(xué)諧振但還不能產(chǎn)生激光。只有把激活物質(zhì)置于光學(xué)諧振腔中，對(duì)光的頻率和方向進(jìn)行選擇，才能獲得連續(xù)腔中，對(duì)光的頻率和方向進(jìn)行選擇，才能獲得連續(xù)的光放大和激光振

13、蕩輸出。的光放大和激光振蕩輸出。 前、后鏡面之間夾有處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的前、后鏡面之間夾有處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的PNPN結(jié)半導(dǎo)體材料，構(gòu)成了光學(xué)諧振腔。結(jié)半導(dǎo)體材料，構(gòu)成了光學(xué)諧振腔。 其作用是使軸向（垂直于鏡面方向）運(yùn)動(dòng)的光其作用是使軸向（垂直于鏡面方向）運(yùn)動(dòng)的光子在腔內(nèi)來回多次反射形成光振蕩，并激勵(lì)已處于子在腔內(nèi)來回多次反射形成光振蕩，并激勵(lì)已處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的半導(dǎo)體材料，不斷地產(chǎn)生受激輻射，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的半導(dǎo)體材料，不斷地產(chǎn)生受激輻射，使放出的光子數(shù)目雪崩式地增加。使放出的光子數(shù)目雪崩式地增加。 3.2.2.3 LD3.2.2.3 LD的類型結(jié)構(gòu)的類型結(jié)構(gòu)（1 1）同質(zhì)結(jié)）同質(zhì)結(jié)LDLD 由同

14、一種半導(dǎo)體材料經(jīng)不同摻雜構(gòu)成單層由同一種半導(dǎo)體材料經(jīng)不同摻雜構(gòu)成單層PNPN結(jié)，結(jié)，稱為同質(zhì)結(jié)稱為同質(zhì)結(jié)LDLD。 例如：砷化鎵（例如：砷化鎵（GaAsGaAs）同質(zhì)結(jié)）同質(zhì)結(jié)LDLD。圖圖3-9 GaAs3-9 GaAs同質(zhì)結(jié)同質(zhì)結(jié)LDLD結(jié)構(gòu)示結(jié)構(gòu)示意圖意圖（2 2）異質(zhì)結(jié)）異質(zhì)結(jié)LDLD 由不同的半導(dǎo)體材料經(jīng)摻雜構(gòu)成單層由不同的半導(dǎo)體材料經(jīng)摻雜構(gòu)成單層PNPN結(jié)或多結(jié)或多層層PNPN結(jié)。前者稱為單異質(zhì)結(jié)結(jié)。前者稱為單異質(zhì)結(jié)LDLD，后者稱為多，后者稱為多異質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)LDLD。 例如：例如： GaAlAs/GaAsGaAlAs/GaAs單異質(zhì)結(jié)單異質(zhì)結(jié)LDLD，發(fā)光波長為，發(fā)光波長為0.8

15、5m0.85m。 InGaAsP/InPInGaAsP/InP雙異質(zhì)結(jié)雙異質(zhì)結(jié)LDLD，發(fā)光波長為，發(fā)光波長為1.31m1.31m或或 1.55m1.55m，損耗小。，損耗小。 圖圖3-10 3-10 異質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)LDLD結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖（3 3）量子阱）量子阱LDLD 量子阱量子阱LDLD是由兩種不同半導(dǎo)體的薄層材料交替是由兩種不同半導(dǎo)體的薄層材料交替堆疊構(gòu)成的，其中一種是寬帶隙半導(dǎo)體材料（如堆疊構(gòu)成的，其中一種是寬帶隙半導(dǎo)體材料（如GaAlAsGaAlAs），另一種是窄帶隙半導(dǎo)體材料（如），另一種是窄帶隙半導(dǎo)體材料（如GaAsGaAs）。）。夾在兩層寬帶隙半導(dǎo)體材料之間的窄帶隙半導(dǎo)體材

16、夾在兩層寬帶隙半導(dǎo)體材料之間的窄帶隙半導(dǎo)體材料起著載流子（電子和空穴）陷阱的作用，稱為量料起著載流子（電子和空穴）陷阱的作用，稱為量子阱，構(gòu)成有源層。子阱，構(gòu)成有源層。 量子阱量子阱LDLD可分為單量子阱、多量子阱以及其他可分為單量子阱、多量子阱以及其他結(jié)構(gòu)量子阱。結(jié)構(gòu)量子阱。3.2.2.4 LD3.2.2.4 LD的主要特性的主要特性（1 1）LDLD的伏安特性（的伏安特性（I I- -V V 特性）特性） LDLD在正向偏置電壓下工作，通常其導(dǎo)通電壓小于在正向偏置電壓下工作，通常其導(dǎo)通電壓小于1V1V。當(dāng)偏置電壓小于導(dǎo)通電壓時(shí)，當(dāng)偏置電壓小于導(dǎo)通電壓時(shí)，LDLD沒有電流產(chǎn)生；當(dāng)沒有電流產(chǎn)生

17、；當(dāng)偏置電壓大于導(dǎo)通電壓時(shí)，偏置電壓大于導(dǎo)通電壓時(shí)，LDLD有電流產(chǎn)生。有電流產(chǎn)生。 圖圖3-11 3-11 LDLD的伏安特性曲線的伏安特性曲線（2 2）LDLD的輸出光功率特性（的輸出光功率特性（P P- -I I 特性）特性） （a a）溫度不變時(shí)的）溫度不變時(shí)的P P- -I I特性特性 （b b）溫度變化時(shí)的）溫度變化時(shí)的P P- -I I特性特性 圖圖3-12 LD3-12 LD的輸出光功率特性曲線的輸出光功率特性曲線 特性分析：特性分析： I Ithth稱為閾值電流，當(dāng)稱為閾值電流，當(dāng)I I I Ithth時(shí)，時(shí)，P P隨隨I I增大而急劇上升，在該區(qū)域內(nèi)增大而急劇上升，在該區(qū)域

18、內(nèi)LDLD發(fā)出激光（受激輻射光）。發(fā)出激光（受激輻射光）。 通常，通常，I Ithth的大小在幾十一百多毫安范圍內(nèi)。的大小在幾十一百多毫安范圍內(nèi)。 溫度越高，則溫度越高，則I Ithth越大，且曲線斜率越小，輸出越大，且曲線斜率越小，輸出光功率明顯下降。光功率明顯下降。 溫度足夠大時(shí)，溫度足夠大時(shí)，LDLD將停止激射。將停止激射。 I Ithth 隨器件工作溫度變化的關(guān)系為隨器件工作溫度變化的關(guān)系為 由由P P- -I I特性曲線可以定義以下特性曲線可以定義以下兩個(gè)特性參數(shù)兩個(gè)特性參數(shù)： 微分量子效率微分量子效率 d d 通常取通常取P P/I I0.8mW/10mA0.8mW/10mA為宜。

19、為宜。 00thTTeIIIhPeeIhP/)/(d注入電子數(shù)的增量輸出光子數(shù)的增量 功率轉(zhuǎn)換效率功率轉(zhuǎn)換效率 p p 工作中選用工作中選用LDLD的準(zhǔn)則：的準(zhǔn)則： 選擇選擇I Ithth小的器件，以增加溫度穩(wěn)定性。小的器件，以增加溫度穩(wěn)定性。 選擇選擇I Ithth附近附近P P5050 W W的器件，以增大消光比。的器件，以增大消光比。 選擇選擇P P- -I I特性比較直的器件特性比較直的器件, ,以防止功率自脈動(dòng)現(xiàn)以防止功率自脈動(dòng)現(xiàn)象。象。IVPp消耗電功率輸出光功率（3 3）LDLD的光譜特性的光譜特性 LDLD發(fā)出的激光有單模和多模之區(qū)別：發(fā)出的激光有單模和多模之區(qū)別： 單模激光是

20、指單模激光是指LDLD發(fā)出的激光是發(fā)出的激光是單縱模單縱模，其光譜只，其光譜只有有1 1根譜線，譜線峰值波長根譜線，譜線峰值波長0 0稱為中心波長，譜線稱為中心波長，譜線寬度寬度0.1nmcc1 1 即需即需 2110ccRc2111loglogs nQs mPQP討論：討論： 若若s s2 2 = = s s1 1，則需，則需 當(dāng)當(dāng)n n m m時(shí)，必定滿足上式。時(shí)，必定滿足上式。 表明當(dāng)輸入、輸出碼速率相等時(shí)，為了保證有冗表明當(dāng)輸入、輸出碼速率相等時(shí)，為了保證有冗余度，必須使輸出碼符號(hào)數(shù)增加。余度，必須使輸出碼符號(hào)數(shù)增加。 PmPQnQ1log1log 若若n n = = m m，則需，則

21、需 故得故得s s2 2 s s1 1。 表明當(dāng)輸入、輸出碼符號(hào)數(shù)相等時(shí)，為了保證有表明當(dāng)輸入、輸出碼符號(hào)數(shù)相等時(shí)，為了保證有冗余度，必須使輸出碼速率增加。由于光纖線路碼冗余度，必須使輸出碼速率增加。由于光纖線路碼型是兩電平信號(hào)（型是兩電平信號(hào)（n n= =m m=2=2），故需要提高輸出碼速率），故需要提高輸出碼速率才能獲得冗余度。才能獲得冗余度。 PPsQQs1log1log12（4 4）字變換碼：）字變換碼：m mB Bn nB B碼（碼（n nm m） m mB Bn nB B碼的構(gòu)造方法碼的構(gòu)造方法 將輸入二進(jìn)制碼每將輸入二進(jìn)制碼每m m比特分成一組作為一個(gè)碼字，比特分成一組作為一個(gè)

22、碼字，在不改變每組時(shí)間寬度的條件下，根據(jù)一定的規(guī)則在不改變每組時(shí)間寬度的條件下，根據(jù)一定的規(guī)則將其變換成將其變換成n n比特一組的新碼輸出，則新碼速率是比特一組的新碼輸出，則新碼速率是原碼速率的原碼速率的n n/ /m m倍。倍。 二進(jìn)制二進(jìn)制m mB B碼有碼有2 2m m個(gè)碼字，個(gè)碼字，n nB B碼則有碼則有2 2n n個(gè)碼字。構(gòu)個(gè)碼字。構(gòu)建建m mB Bn nB B碼，就是要從碼，就是要從n nB B碼的碼的2 2n n個(gè)碼字中挑選出個(gè)碼字中挑選出2 2m m個(gè)個(gè)碼字使用，剩下碼字使用，剩下(2(2n n-2-2m m) )個(gè)碼字不使用。個(gè)碼字不使用。 取舍碼字的參考規(guī)則是：盡量選用取

23、舍碼字的參考規(guī)則是：盡量選用“碼字?jǐn)?shù)碼碼字?jǐn)?shù)碼和和”（WDSWDS）絕對(duì)值最小的碼字，而禁用）絕對(duì)值最小的碼字，而禁用“碼字?jǐn)?shù)碼字?jǐn)?shù)碼和碼和”絕對(duì)值最大的碼字。絕對(duì)值最大的碼字。例：兩種例：兩種1B2B1B2B碼碼 和一種和一種2B3B2B3B碼碼輸入輸入1B1B輸出輸出2B2B方案一方案一方案二方案二模式模式1 1模式模式2 20 001010101同左同左1 1101000001111表表3-3 3-3 兩種兩種1B2B1B2B碼碼輸入輸入2 B2 B輸出輸出3B3B模式模式1 1模式模式2 20000001001同左同左0101010010同左同左1010100100同左同左111111

24、0110000000表表3-4 3-4 兩種兩種1B2B1B2B碼碼 m mB Bn nB B碼的特點(diǎn)碼的特點(diǎn) 電平躍變?cè)龆?，最長連電平躍變?cè)龆?，最長連“0”0”數(shù)少，便于提取定數(shù)少，便于提取定時(shí)信息和恢復(fù)基線。時(shí)信息和恢復(fù)基線。 禁字碼可供差錯(cuò)檢測(cè)使用。禁字碼可供差錯(cuò)檢測(cè)使用。 引入了一定的冗余碼，但這些冗余碼的比特值都引入了一定的冗余碼，但這些冗余碼的比特值都是固定的，不能用來傳送輔助信息。是固定的，不能用來傳送輔助信息。（5 5）插入碼型）插入碼型 m mB1PB1P碼碼 將輸入二進(jìn)制碼每將輸入二進(jìn)制碼每m m比特分為一組，在不改變每組比特分為一組，在不改變每組時(shí)間寬度的條件下，每組末尾

25、插入一位奇偶校驗(yàn)碼時(shí)間寬度的條件下，每組末尾插入一位奇偶校驗(yàn)碼（稱為（稱為P P碼），即構(gòu)成碼），即構(gòu)成m mB1PB1P碼。碼。 插入插入P P碼的規(guī)則是：碼的規(guī)則是： 偶偶1 1奇奇0 0規(guī)則：當(dāng)規(guī)則：當(dāng)該組碼元內(nèi)該組碼元內(nèi)“1”1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)（包括全（包括全0 0），則末尾插入碼為），則末尾插入碼為“1”1”；當(dāng)該組碼元；當(dāng)該組碼元內(nèi)內(nèi)“1”1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，則末尾插入碼為的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，則末尾插入碼為“0”0”。 偶偶0 0奇奇1 1規(guī)則：當(dāng)規(guī)則：當(dāng)該組碼元內(nèi)該組碼元內(nèi)“1”1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)（包括全（包括全0 0），則末尾插入碼為），則末尾插入碼為“

26、0”0”；當(dāng)該組碼元；當(dāng)該組碼元內(nèi)內(nèi)“1”1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，則末尾插入碼為的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，則末尾插入碼為“1”1”。例：二進(jìn)制碼例：二進(jìn)制碼“10000 00000 01111 11111”10000 00000 01111 11111”， 其其5B1P5B1P碼為碼為 “10000100000 000000000001 101111011111 111111111110 0”（偶（偶1 1奇奇0 0） 或或“10000100001 100000000000 001111011110 011111111111 1”（偶（偶0 0奇奇1 1） m mB1PB1P碼特點(diǎn)：碼特點(diǎn)： m mB1PB

27、1P碼速率是原來二進(jìn)制碼速率的碼速率是原來二進(jìn)制碼速率的( (m m + 1)/+ 1)/m m倍。倍。 當(dāng)當(dāng)m m為奇數(shù)時(shí)，則最長連為奇數(shù)時(shí)，則最長連“0”0”或連或連“1”1”數(shù)為數(shù)為2 2m m；當(dāng)當(dāng)m m為偶數(shù)時(shí)，則最長連為偶數(shù)時(shí)，則最長連“0”0”數(shù)為數(shù)為2 2m m，但無法減少，但無法減少連連“1”1”數(shù)。數(shù)。 例如例如4B1P4B1P碼碼“10000000011111111111”10000000011111111111”，其最長連，其最長連“0”0”數(shù)為數(shù)為2 2m m = 8= 8，而連，而連“1”1”數(shù)則為數(shù)則為11118 8。 只能檢測(cè)只能檢測(cè)1 1個(gè)誤碼，出現(xiàn)雙數(shù)誤碼時(shí)

28、無法檢出。個(gè)誤碼，出現(xiàn)雙數(shù)誤碼時(shí)無法檢出。 m mB1CB1C碼碼 將輸入二進(jìn)制碼每將輸入二進(jìn)制碼每m m比特分為一組，在不改變每比特分為一組，在不改變每組時(shí)間寬度的條件下，每組末尾插入該組內(nèi)任一碼組時(shí)間寬度的條件下，每組末尾插入該組內(nèi)任一碼元（通常為最末位碼元）的補(bǔ)碼（稱為元（通常為最末位碼元）的補(bǔ)碼（稱為C C碼），即碼），即構(gòu)成構(gòu)成m mB1CB1C碼。碼。 例如：二進(jìn)制碼例如：二進(jìn)制碼“11010 11111”11010 11111”，其，其5B1C5B1C碼為碼為“11010110101 111111111110 0”（黃色數(shù)字為（黃色數(shù)字為C C碼）。碼）。m mB1CB1C碼的特

29、點(diǎn)：碼的特點(diǎn)： m mB1CB1C碼速率是原來二進(jìn)制碼速率的碼速率是原來二進(jìn)制碼速率的( (m m+1)/+1)/m m倍。倍。 插入最末位碼元的補(bǔ)碼時(shí)，最長連插入最末位碼元的補(bǔ)碼時(shí)，最長連“0”0”或連或連“1”1”數(shù)為數(shù)為m m+1+1。 可以檢測(cè)可以檢測(cè)1 1個(gè)相關(guān)碼元的誤碼。個(gè)相關(guān)碼元的誤碼。 m mB1HB1H碼（光纖通信中使用較多）碼（光纖通信中使用較多） 將輸入二進(jìn)制碼每將輸入二進(jìn)制碼每m m比特分為一組，在每組時(shí)間寬比特分為一組，在每組時(shí)間寬度內(nèi)，按照一定的要求分別插入補(bǔ)碼度內(nèi)，按照一定的要求分別插入補(bǔ)碼C C、幀碼、幀碼F F、公、公務(wù)（電話信道）碼務(wù)（電話信道）碼S SC

30、C、監(jiān)控碼、監(jiān)控碼M M、數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)碼D D和區(qū)間通和區(qū)間通信碼信碼S S等（這些碼統(tǒng)稱為等（這些碼統(tǒng)稱為H H碼），即構(gòu)成碼），即構(gòu)成m mB1HB1H碼。碼。m mB1HB1H碼速率是原來二進(jìn)制碼速率的碼速率是原來二進(jìn)制碼速率的( (m m+1)/+1)/m m倍。倍?！纠?-13-1】 4B1H 4B1H碼（用于國產(chǎn)碼（用于國產(chǎn)GD34HGD34H型光端機(jī)）型光端機(jī)） 幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu) ：一幀由：一幀由1616個(gè)子幀組成，每一個(gè)子幀含有個(gè)子幀組成，每一個(gè)子幀含有10bit10bit。其中。其中B B是主通道通信碼，每個(gè)子幀內(nèi)有是主通道通信碼，每個(gè)子幀內(nèi)有8 8 bitbit的的B B碼；

31、碼；C C1 1、C C2 2、C C1616分別為其前緊鄰分別為其前緊鄰B B碼的碼的補(bǔ)碼，統(tǒng)稱為補(bǔ)碼，統(tǒng)稱為C C碼；碼；H H1 1、H H2 2、H H1616統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為H H碼。碼。圖圖3-31 4B1H3-31 4B1H碼的幀結(jié)構(gòu)碼的幀結(jié)構(gòu) H H碼的用途分別為碼的用途分別為C C碼的用途分別為碼的用途分別為*1,3,5,7,9,11,13,152,4,6,8,10,12,14,16iCiCCi為奇數(shù)時(shí)為偶數(shù)時(shí)C C* *稱為區(qū)間通信選擇碼。當(dāng)只用稱為區(qū)間通信選擇碼。當(dāng)只用3030條話路時(shí)，條話路時(shí)，C C* *用用C C代代替；當(dāng)需用替；當(dāng)需用2 23030條話路時(shí)，條話路時(shí)，

32、C C* *用區(qū)間通信碼代替，即用區(qū)間通信碼代替，即CC2 2 C C4 4 C C6 6 C C8 8 C C1010 C C1212 C C1414 C C1616 分別取為分別取為SS1 1 S S3 3 S S4 4 S S6 6 S S7 7 S S9 9 S S1010 S S1212 。4B1H4B1H碼的特點(diǎn)碼的特點(diǎn)： 4B1H4B1H碼總速率等于輸入二進(jìn)制碼速率（即碼總速率等于輸入二進(jìn)制碼速率（即PCMPCM三次三次群速率）群速率）4B1H4B1H碼速率增大倍數(shù)，即為碼速率增大倍數(shù)，即為34368kb/s34368kb/s5/4=42960kb/s5/4=42960kb/s

33、1 1幀長為幀長為10bit10bit16=160bit16=160bit，每個(gè)碼元速率為，每個(gè)碼元速率為42960kb/s42960kb/s160=268.5kb/s160=268.5kb/s 1 1幀內(nèi)主通道通信碼（幀內(nèi)主通道通信碼（B B碼）共有碼）共有480480路，總速率為路，總速率為268.5kb/s268.5kb/s8 816=34368kb/s16=34368kb/s 1 1幀內(nèi)冗余碼速率分別為幀內(nèi)冗余碼速率分別為 最長連最長連“0”0”或連或連“1”1”數(shù)為數(shù)為 1 3 4 6 7 9 10 1212341230268.5kb/s 82148kb/s268.5kb/s 410

34、74kb/s164296kb/s30268.5kb/s82148kb/s2 30268.5kb/scSFF F FCDDMS 、 、路區(qū)間通信碼總速率為幀碼總速率為（路區(qū)間通信時(shí)）補(bǔ)碼 總速率為（路區(qū)間通信時(shí)）、 碼速率各為1030202 30（路區(qū)間通信時(shí)）（路區(qū)間通信時(shí)）【例例3-23-2】 8B1H 8B1H碼（用于國產(chǎn)碼（用于國產(chǎn)GD140HGD140H型光端機(jī)）型光端機(jī)） 幀結(jié)構(gòu)：幀結(jié)構(gòu)：一幀由一幀由3232個(gè)子幀組成，每一個(gè)子幀含個(gè)子幀組成，每一個(gè)子幀含有有1818比特。其中比特。其中B B是主通道通信碼，每個(gè)子幀內(nèi)有是主通道通信碼，每個(gè)子幀內(nèi)有16 16 比特的比特的B B碼；碼

35、；C C為其前緊鄰為其前緊鄰B B碼的補(bǔ)碼；碼的補(bǔ)碼；H H1 1, , H H2 2, , H, , H3232統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為H H碼。碼。圖圖3-32 8B1H3-32 8B1H碼的幀結(jié)構(gòu)碼的幀結(jié)構(gòu) 8B1H8B1H碼的特點(diǎn)：碼的特點(diǎn)： 8B1H8B1H碼速率等于輸入二進(jìn)制碼速率（即碼速率等于輸入二進(jìn)制碼速率（即PCMPCM四次群四次群速率）速率）8B1H8B1H碼速率增大倍數(shù)，即為碼速率增大倍數(shù)，即為139264kb/s139264kb/s9/8=156672kb/s9/8=156672kb/s 1 1幀長為幀長為18bit18bit32=576bit32=576bit，每個(gè)碼元速率為，每

36、個(gè)碼元速率為 156672kb/s156672kb/s576=272kb/s576=272kb/s。 1 1幀內(nèi)主通道通信碼（幀內(nèi)主通道通信碼（B B）共有）共有19201920路，總速率為路，總速率為 272kb/s272kb/s161632=139264kb/s32=139264kb/s。 1 1幀內(nèi)冗余碼速率分別為幀內(nèi)冗余碼速率分別為 區(qū)間通信總共區(qū)間通信總共9090路。路。 最長連最長連“0”0”或連或連“1”1”數(shù)為數(shù)為1818（即兩相鄰（即兩相鄰C C碼之間碼之間的碼元個(gè)數(shù)的碼元個(gè)數(shù)+ +前前C C碼）。碼）。 1234123 30272kb/s 8 36528kb/s272kb/

37、s 41088kb/s272kb/s 328704kb/s272kb/scFF F FCDDMS 路區(qū)間通信碼總速率為幀碼總速率為補(bǔ)碼 總速率為、碼速率各為【例例3-43-4】插入型插入型5B6B5B6B碼（用于碼（用于34 Mb/s, 140 Mb/s34 Mb/s, 140 Mb/s） 為了傳送輔助信息，需要在為了傳送輔助信息，需要在5B6B5B6B碼基礎(chǔ)上另外插碼基礎(chǔ)上另外插入冗余碼，這種改進(jìn)型的入冗余碼，這種改進(jìn)型的5B6B5B6B碼稱為插入型碼稱為插入型5B6B5B6B碼。碼。 幀結(jié)構(gòu)：幀結(jié)構(gòu)：一幀由一幀由2 2個(gè)子幀組成，每個(gè)子幀含有個(gè)子幀組成，每個(gè)子幀含有6060個(gè)個(gè)6 6比特，

38、每個(gè)比特，每個(gè)6 6比特都是比特都是5B6B5B6B型。其中，型。其中，I I是主通道通是主通道通信碼，每個(gè)子幀內(nèi)有信碼，每個(gè)子幀內(nèi)有5858個(gè)個(gè)I I碼；碼；F F1 1和和F F2 2為插入幀碼，為插入幀碼，供同步使用；供同步使用；OHOH1 1和和OHOH2 2為插入頂端信號(hào)，用來傳送監(jiān)為插入頂端信號(hào)，用來傳送監(jiān)控信息?？匦畔ⅰD圖3-34 3-34 插入型插入型5B6B5B6B碼的幀結(jié)構(gòu)碼的幀結(jié)構(gòu) 插入型插入型5B6B5B6B碼的主要參數(shù)如下：碼的主要參數(shù)如下： 插入型插入型5B6B5B6B碼總速率等于輸入二進(jìn)制碼速率（即碼總速率等于輸入二進(jìn)制碼速率（即PCMPCM三次群速率）乘以插入

39、型三次群速率）乘以插入型5B6B5B6B碼速率增大倍數(shù)，碼速率增大倍數(shù)，即為即為 34.368 Mb/s34.368 Mb/s6/56/560/58 = 42.663 724 Mb/s60/58 = 42.663 724 Mb/s 1 1幀長為幀長為6 bit6 bit60602 = 720 bit2 = 720 bit，每個(gè)碼元速率，每個(gè)碼元速率為為42 663.72 4 kb/s42 663.72 4 kb/s720 = 59.255 kb/s720 = 59.255 kb/s。 1 1幀內(nèi)主通道通信碼（幀內(nèi)主通道通信碼（B B）總速率為）總速率為59.255 kb/s 59.255 kb

40、/s (5 (5 58 58 2) = 34.368 Mb/s 2) = 34.368 Mb/s共有共有480480路。路。 1 1幀內(nèi)冗余碼速率分別為：幀內(nèi)冗余碼速率分別為： 頂端信號(hào)頂端信號(hào)OHOH1 1和和OHOH2 2的總速率為的總速率為 59.255 kb/s 59.255 kb/s (6 (6 2) = 711.06 kb/s 2) = 711.06 kb/s； 幀信號(hào)幀信號(hào)F F1 1和和F F2 2的總速率為的總速率為 59.255 kb/s 59.255 kb/s (6 (6 2) = 711.06 kb/s 2) = 711.06 kb/s； 所有所有I I碼的碼的1 1個(gè)冗余比特的總速率為個(gè)冗余比特的總速率為59.255 kb/s 59.255 kb/s (1 (1 58 58 2) = 6873.58 kb/s 2) = 6873.58 kb/s。3.3.3 HDB33.3.3 HDB3碼輸入電路碼輸入電路3.3.3.1 HDB33.3.3.1 HDB3