第6講-通信系統(tǒng)線路碼1

第六講光纖通信系統(tǒng)線路編碼2/5/20231光纖通信系統(tǒng)線路碼

從信源或編碼器輸出的信號(hào)一般為NRZ碼，但是在進(jìn)行數(shù)字傳輸時(shí)要考慮傳輸信道的特點(diǎn)。為使終端信息比特與信道相匹配，需要把NRZ碼變換為適合于信道傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，這個(gè)過(guò)程稱為線路編碼。線路編碼的主要功能之一是，根據(jù)香農(nóng)(Shannon)信道編碼理論，把冗余度引入到信號(hào)碼流中，以盡量減少由于信道干擾效應(yīng)而引起的差錯(cuò)。從理論上講，只要包括所引入的冗余度在內(nèi)的信號(hào)碼率小于信道容量，就可以實(shí)現(xiàn)任何程度的無(wú)誤數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸（無(wú)誤程度取決于引入冗余度的大?。?。

2/5/20232光纖通信系統(tǒng)線路碼電纜數(shù)字通信系統(tǒng)中常采用的線路碼型：

三階高密度雙極性碼HBD3

特點(diǎn)：1.連“0”控制在三個(gè)以下；

2.有+1/0/-1三個(gè)電平，極性交替出現(xiàn)；

3.沒(méi)有直流分量的漂移。

光纖通信的基本碼型：?jiǎn)螛O性不歸零碼NRZ

單極性歸零碼RZHBD3

01100010原碼RZ

011100010原碼2/5/20233一般概念光纖通信系統(tǒng)線路碼PCM電端機(jī)HBD3碼型變換設(shè)備單極性驅(qū)動(dòng)電路

光源線路碼原則：1.能限制傳號(hào)“1”的概率，節(jié)省發(fā)射功率；

2.能給接收機(jī)提供足夠的定時(shí)信息；

3.能對(duì)光電端機(jī)進(jìn)行不中斷業(yè)務(wù)的誤碼檢測(cè)；

4.能提供輔助信號(hào)和區(qū)間通信信道等。

通過(guò)增加線路碼率的冗余度實(shí)現(xiàn)。

意義：a.實(shí)現(xiàn)不間斷業(yè)務(wù)的誤碼監(jiān)測(cè)；

b.可與主信號(hào)傳送勤務(wù)通信；

c.平衡碼流，不發(fā)生長(zhǎng)連“0”或“1”。2/5/20234光纖通信系統(tǒng)中常用線路碼型

光端機(jī)的接口有電接口和光接口之分，電接口碼型應(yīng)選擇與PCM終端機(jī)的接口碼型一致，如AMI，HDB3等，光接口用于光端機(jī)和光纜線路的連接，其最適宜采用的仍為二元碼。由于二元碼的缺陷通常對(duì)于由電端機(jī)輸出的信號(hào)碼流，在未對(duì)LD調(diào)制以前，一般要先擾碼或者進(jìn)行碼型變換，常用的線路碼型有：加擾二進(jìn)碼；1B2B碼；二元分組碼（mBnB碼）；插入比特碼（mB1P碼、mB1C碼、mB1H碼）；2/5/20235加擾二進(jìn)碼

這是最適用的傳輸線路碼型。由于它把信息序列按一定規(guī)則進(jìn)行擾碼，使線路碼流中“0”和“1”碼出現(xiàn)的概率相等，所以不僅從統(tǒng)計(jì)特性上看不會(huì)存在長(zhǎng)連“0”或長(zhǎng)連“1”碼情況，還可以把直流成分保持在一定的水平?？梢?jiàn)它解決了定時(shí)信息的提取和基線漂移兩個(gè)問(wèn)題，而且并不增加信號(hào)碼率，這一點(diǎn)對(duì)于光接口標(biāo)準(zhǔn)化有特殊意義，因此在新一代的光同步傳輸網(wǎng)（SDH）中得到了廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)是擾碼后的碼型沒(méi)有規(guī)律，不能解決在線檢測(cè)誤碼問(wèn)題。2/5/202361B2B碼

1B2B碼包括CMI碼、DMI碼和雙相碼等等，都是用兩個(gè)碼表示一個(gè)信息碼，因此使線路的傳輸速率增高了一倍。優(yōu)點(diǎn)是：1、電路簡(jiǎn)單；

2、最大連“0’’連“1”數(shù)僅為2；

3、定時(shí)信息豐富，便于不停止

v

業(yè)務(wù)的誤碼檢測(cè)；是低速34Mb/s以下系統(tǒng)中常用的線路碼型。2/5/20237二元分組碼（mBnB碼）

把1B2B碼推廣到一般就是mBnB碼(m＜n)，即將輸入信息序列(信碼流中)以每m個(gè)比特為一個(gè)信息組，然后變換為n比特。因?yàn)?m＜2n，所以在2n

個(gè)字節(jié)中可以找出適合與2m

個(gè)輸入字節(jié)相對(duì)應(yīng)的碼。只要適當(dāng)?shù)剡x取m、n值，就可以減小線路傳輸速率的增高比例，可見(jiàn)mBnB碼是一種能提高信號(hào)傳輸速率的編碼方法。

1．mBnB碼分類首先介紹字不均等值d的概念：d是nB碼組的單個(gè)碼字中將“0’’作為-1，“1”作為+1計(jì)算出的2/5/20238

代數(shù)和（有些文獻(xiàn)稱之為字?jǐn)?shù)和WDS）。滿足1＜m＜n的mBnB碼有許多種，按字不均等值分類，有三種情況：

（1）零不均等性：符合零不均等性的碼又叫均等mBnB碼（n≥m＋2），其碼組內(nèi)的“0’’和“1”個(gè)數(shù)相等，可見(jiàn)只有為偶數(shù)時(shí)，才能編出d＝0的均等碼，例如6B8B碼，6比特碼字的數(shù)目為26＝64，8比特碼字中d＝0的碼字?jǐn)?shù)目（0、1各出現(xiàn)四個(gè)）為C48＝70，因?yàn)?6

＜C48

，故而編出的8B零不均等碼字足夠與6B的碼組相對(duì)應(yīng)。同時(shí)由于該碼所含0與1的個(gè)數(shù)均為偶數(shù)，所以用奇偶校驗(yàn)進(jìn)行誤碼檢測(cè)比較方便。

2/5/20239（2）1不均等性：m比特碼只占用n比特碼中不均等值為±1的碼字，當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，可采用這種碼，如5B7B碼用的是d=-1的碼字。5比特碼字的數(shù)目為25＝32，7比特碼字中d＝－1的數(shù)目有C47=35，滿足25

＜C47。由于5B7B碼中的“0”多于“1”，所以這種碼型可以節(jié)省發(fā)射光功率。

（3）平衡不均等碼：大多數(shù)的mBnB碼都屬于平衡不均等碼。即需要用兩種模式，使若干nB碼字的累積數(shù)字和達(dá)到平衡，如2B3B、3B4B、5B6B、7B8B等。2/5/2023102．3B4B碼

為了對(duì)平衡不均等碼作較詳細(xì)的介紹，下面以3B4B碼為例。所謂3B4B碼是將輸入信號(hào)碼流每3b分成一組，它有23=8種狀態(tài)，然后編成4b碼，有24＝16種狀態(tài)。現(xiàn)列出3B碼和4B碼的狀態(tài)，如下表所示。如何在4B碼的16種狀態(tài)中挑選8種與3B碼對(duì)應(yīng)？一個(gè)好的方案必須符合光纖系統(tǒng)對(duì)數(shù)字碼流的要求。2/5/202311

在4B碼的16種狀態(tài)中，如果按字不均等值d分類共有5種情況，如表所列。2/5/202312

表中d＝0的有6組，d=±2的各有4組，d=±4的各有1組，首先從減少同碼連續(xù)數(shù)及基線漂移的角度來(lái)看，希望選擇d＝0及連0數(shù)少的碼組，所以d=±4的兩組應(yīng)排除在外。即使讓d＝0的6組全部入選，還需從d=±2的8組中再選兩組。這樣湊成的碼表中，“1”碼和“0”碼的分布是不均勻的，因此最好的方案是d=±2的組合搭配使用，

分成正、負(fù)兩個(gè)模式排列表中給出的3B4B碼，把d＝0的6組碼作兩模式的公用碼；0100和0010放入負(fù)模式;1011和1101放入正模式。2/5/202313

編碼時(shí)，對(duì)于3B碼的8種組合，除000、111外其余碼凡含有兩個(gè)“0”的，形成4B碼時(shí)補(bǔ)一個(gè)“1”

，凡含有兩個(gè)“1”的，形成4B碼時(shí)補(bǔ)一個(gè)“0”。

這樣形成的6個(gè)4B碼組都是兩個(gè)“1”兩個(gè)“0”均等碼，即兩種模式的公用碼；而000用0100（負(fù)模式）和1011（正模式）交替表示，111用0010（負(fù)模式）和1101（正模式）交替表示。2/5/202314

遇到碼組的累計(jì)數(shù)字和d=±2時(shí)，就進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，這樣就達(dá)到了使傳輸碼流中“0”、“1”碼數(shù)目平衡的目的。模式轉(zhuǎn)換狀態(tài)如圖所示，圖中S為負(fù)模式，S2為正模式。

4B碼組中共有16組碼，未被采用的6組碼稱為禁字，可作為誤碼檢測(cè)。2/5/202315mBnB編譯碼器

國(guó)內(nèi)設(shè)備一般采用碼表存儲(chǔ)編碼器即：把設(shè)計(jì)好的碼表全部存儲(chǔ)到一塊只讀存儲(chǔ)器(PROM)內(nèi)而構(gòu)成。以3B4B碼為例，碼表存儲(chǔ)編碼器的工作原理示于下圖。首先把設(shè)計(jì)好的碼表存入PROM內(nèi)，待變換的信號(hào)碼流通過(guò)串一并變換電路變?yōu)?比特一組的碼b1、b2、b3，并行輸出作為PROM的地址碼，在地址碼作用下，PROM根據(jù)存儲(chǔ)的碼表，輸出與地址對(duì)應(yīng)的并行4B碼，再經(jīng)過(guò)并–串變換電路，讀出已變換的4B碼流。圖中A、B、C三條線為組別控制線，當(dāng)WDS=±2時(shí)，從A、B分別送出控制信號(hào)，通過(guò)C線決定組別。2/5/202316mBnB編譯碼器

待變換的信號(hào)碼流→PROM的地址碼→輸出與地址對(duì)應(yīng)的并行4B碼→已變換的4B碼流(C線決定組別)。2/5/202317mBnB編譯碼器

譯碼器與編碼器基本相同，只是除去組別控制部分。譯碼時(shí)，把送來(lái)的已變換的4B碼流，每4比特并聯(lián)為一組，作為PROM的地址，然后讀出3B碼，再經(jīng)過(guò)并–串變換還原為原來(lái)的信號(hào)碼流。

其他的mBnB碼編譯碼電路原理相同，只是電路復(fù)雜程度有所區(qū)別而已。2/5/2023183B4B碼的特點(diǎn)：

1）最大連“0”連“1”數(shù)為4，故定時(shí)信息豐富；

2）正、負(fù)模式交替出現(xiàn)，“0”、“1”分布均等，有利于減少碼流的基線漂移；

3）便于實(shí)現(xiàn)在線誤碼檢測(cè)；

4）變換及反變換電路比較簡(jiǎn)單；

5）碼速率提高了33％，主要用于中等速率的傳輸系統(tǒng)。2/5/2023193.5B6B碼簡(jiǎn)介

這是近年來(lái)在高速光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)中開始應(yīng)用的一種線路傳輸碼型。它綜合考慮了頻帶利用率和設(shè)備復(fù)雜性，雖然增加了20％的碼速，卻換取了便于提取定時(shí)信息、低頻分量小、可實(shí)施監(jiān)測(cè)、迅速同步等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)已規(guī)定在140Mb/s系統(tǒng)中采用5B6B碼。在實(shí)際使用中，同樣是5B6B碼型，按照不同的組合方式，可以有多種變換方案。不同組合的5B6B碼，雖然都具有上述優(yōu)點(diǎn)，但程度有所不同，因此如何編制碼表仍是一個(gè)重要問(wèn)題。2/5/202320插入比特碼

插入比特碼是當(dāng)前我國(guó)應(yīng)用較多的一種線路碼，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)靈活，適合于高碼率系統(tǒng)，能傳遞豐富的輔助信息及中途方便地上下話路。

插入比特碼的構(gòu)造：把輸入的信息序列以m比特為一組，每組后面插入一個(gè)冗余比特。這樣組成的線路碼其碼速變換為(m+1)/m，可見(jiàn)它確是一種高效率的線路碼。根據(jù)插入碼的用途不同，可分為下面三種碼型：2/5/2023211．mB1P碼

P碼稱為奇偶校驗(yàn)碼，它可以把m位原碼通過(guò)末位插入P碼，校正為偶數(shù)碼或奇數(shù)碼。以8B1P為例：圖中的P為偶校驗(yàn)碼。2/5/2023222．mB1Ci碼

C碼稱為反碼或補(bǔ)碼(Complementary)。若第m位碼為“1”時(shí)，C碼編為“0”則稱其為mB1C1碼；若第（m－1）位碼為“1”時(shí)，C碼編為“0’’就稱其為mB1C2碼，可見(jiàn)i僅表示補(bǔ)碼的參照碼位置。例如有信碼:

110110010010010011110110則8B1C1:1101100100010010011111011018B1C2:1101100110010010011111011002/5/202323

在高速光纖通信系統(tǒng)中，m以取8～10為宜。概括起來(lái)mB1Ci碼有以下特點(diǎn)：

1）可以抑制連“0’’或連“1”數(shù)，且有平衡“1”碼和“0”碼的作用，還可以抑制功率譜中的高低頻成分，m越小，抑制作用越好；

2）mB1Ci碼有抑制抖動(dòng)的作用，如果再加擾碼，效果更好；

3）可以實(shí)現(xiàn)不中斷業(yè)務(wù)的誤碼監(jiān)測(cè)（誤碼檢測(cè)只針對(duì)C碼的監(jiān)督位碼進(jìn)行）；

4）電路硬件規(guī)模隨著m的增加并不復(fù)雜多少。

2/5/2023243．mB1H碼

H碼稱為混合碼（Hybrid），H碼具有多種功用。它實(shí)際上是由同步碼、區(qū)間通信、公務(wù)、監(jiān)測(cè)、輔助數(shù)據(jù)信息等插入碼和C碼混合而成。

C碼在8B1H中不僅能抑制相同連碼的數(shù)目、增加定時(shí)信息、平衡傳輸信息中“1”和“0’’出現(xiàn)的概率，還可以利用C碼進(jìn)行不中斷業(yè)務(wù)的誤碼監(jiān)測(cè)。mB1H碼實(shí)現(xiàn)了各種信息在同一根光纖中傳送。2/5/202325mB1H碼的基本結(jié)構(gòu)如圖所示

圖中C為mB中最后一個(gè)信號(hào)碼的補(bǔ)碼，S為多余比特碼，可以在特定的mB1H碼中按照各自的幀結(jié)構(gòu)，組成輔助信號(hào)插入到S碼位中去。C碼和S碼位插入的輔助信號(hào)統(tǒng)稱為H碼。

2/5/202326

我國(guó)采用的有8B1H、4B1H及1B1H碼。下面以8B1H為例詳細(xì)說(shuō)明。8B1H碼：

8B1H碼是對(duì)二元信號(hào)序列進(jìn)行(m＋1）/m＝9/8的速率變換，每隔8個(gè)比特附加一個(gè)冗余比特。利用冗余比特交替地傳輸C碼和插入脈沖。在140Mb／s系統(tǒng)中，插入脈沖可以傳送三個(gè)2Mb/s的區(qū)間通信信息（90個(gè)話路），兩路數(shù)據(jù)信息，一路監(jiān)測(cè)信號(hào)和一路公務(wù)信號(hào)。8B1H碼的幀結(jié)構(gòu)如下圖所示2/5/202327

幀結(jié)構(gòu)中，C碼、F（幀同步）碼與S碼統(tǒng)稱為H碼，圖中各符號(hào)表示如下。B為PCM信號(hào)F1、2、3、4為幀同步碼（1001）S1、5、8、12、15、19、22、26為區(qū)間通信12/5/202328S2、6、9、13、16、20、23、27為區(qū)間通信ⅡS3、7、10、14、17、21、24、28為區(qū)間通信ⅢS4為數(shù)據(jù)信息；S11為監(jiān)控信息；S18為數(shù)據(jù)信息ⅡS25為公務(wù)信息；輸入信號(hào)碼率：139.264Mb/s線路碼率：139.264Mb/s×9／8＝156.672Mb／s幀長(zhǎng)：576比特；幀頻：156.672MHz／576＝272kHz區(qū)間通信速率：272×

8＝2.176Mb／s監(jiān)測(cè)用碼速率：272kb／s公務(wù)用碼速率：272kb／s數(shù)據(jù)速率：272kb／s×2供用戶選用2/5/202329mB1H編譯碼器—編碼器

與mBnB碼不同，mB1H碼沒(méi)有一一對(duì)應(yīng)的碼結(jié)構(gòu)，所以mB1H碼的變換不能采用碼表法，一般都采用緩存插入法來(lái)實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)以4B1H碼為例說(shuō)明

。

4B1H碼是每4個(gè)信號(hào)碼插入一個(gè)H碼，因此變換后碼