1、 第第 4 章章 光端機光端機 4.1 光發射機光發射機 4.2 光接收機光接收機 4.3 線路編碼線路編碼第第 4 章光端機章光端機4.1光發射機光發射機 數字光發射機數字光發射機的功能功能是把電端機輸出的數字基帶電信號轉換為光信號，并用耦合技術有效注入光纖線路，電/光轉換是用承載信息的數字電信號對光源進行調制來實現的。調制分為直接調制直接調制和外調制外調制兩種方式。受調制的光源特性參數有功率功率、 幅度幅度、頻率頻率和相位相位。目前技術上成熟并在實際光纖通信系統得到廣泛應用的是直接光強直接光強(功率功率)調制調制。 圖4.1示出激光器(LD)和發光二極管(LED)直接光強數字調制原理，對L

2、D施加了偏置電流Ib。由圖可見，當激光器的驅動電流大于閾值電流Ith時，輸出光功率P和驅動電流I基本上是線性關系，輸出光功率和輸入電流成正比，所以輸出光信號反映輸入電信號。 圖 4.1直接光強數字調制原理 (a) LED數字調制原理； (b) LD的數字調制原理 4.1.1光發射機基本組成光發射機基本組成 數字光發射機的方框圖如圖4.2所示，主要有光源和電路兩部分。光源是實現電/光轉換的關鍵器件，在很大程度上決定著光發射機的性能。電路的設計應以光源為依據，使輸出光信號準確反映輸入電信號。 1. 光源光源 對通信用光源的要求如下： (1) 發射的光波長應和光纖低損耗“窗口”一致，即中心波長應在0

3、.85 m、 1.31 m和1.55 m附近。光譜單色性要好， 即譜線寬度要窄， 以減小光纖色散對帶寬的限制。 返回返回 (2) 電/光轉換效率要高，即要求在足夠低的驅動電流下， 有足夠大而穩定的輸出光功率，且線性良好。發射光束的方向性要好，即遠場的輻射角要小，以利于提高光源與光纖之間的耦合效率。 (3) 允許的調制速率要高或響應速度要快， 以滿足系統的大傳輸容量的要求。 (4) 器件應能在常溫下以連續波方式工作， 要求溫度穩定性好， 可靠性高，壽命長。 (5) 此外，要求器件體積小，重量輕，安裝使用方便，價格便宜。 以上各項中，調制速率調制速率、譜線寬度譜線寬度、輸出光功率輸出光功率和光束方

4、光束方向性向性，直接影響光纖通信系統的傳輸容量傳輸容量和傳輸距離傳輸距離，是光源最重要的技術指標。目前，不同類型的半導體激光器(LD)和發光二極管(LED)可以滿足不同應用場合的要求。 2. 調制電路和控制電路調制電路和控制電路 直接光強調制的數字光發射機主要電路有調制電路、控制電路和線路編碼電路，采用激光器作光源時，還有偏置電路。 對調制電路和控制電路的要求如下： (1) 輸出光脈沖的通斷比(全“1”碼平均光功率和全“0”碼平均光功率的比值，或消光比的倒數)應大于10，以保證足夠的光接收信噪比。 (2) 輸出光脈沖的寬度應遠大于開通延遲(電光延遲)時間， 光脈沖的上升時間、下降時間和開通延遲

5、時間應足夠短，以便在高速率調制下，輸出的光脈沖能準確再現輸入電脈沖的波形。 (3) 對激光器應施加足夠的偏置電流，以便抑制在較高速率調制下可能出現的張弛振蕩，保證發射機正常工作。 (4) 應采用自動功率控制(APC)和自動溫度控制(ATC)， 以保證輸出光功率有足夠的穩定性。 3. 線路編碼電路線路編碼電路 線路編碼之所以必要，是因為電端機輸出的數字信號是適合電纜傳輸的雙極性碼，而光源不能發射負脈沖，所以要變換為適合于光纖傳輸的單極性碼，線路編碼的其它原因見4.3節所述。 4.1.2調制特性調制特性 半導體激光器是光纖通信的理想光源，但在高速脈沖調制下，其瞬態特性仍會出現許多復雜現象，如常見的

6、電光延遲電光延遲、 張弛振蕩張弛振蕩和自脈動自脈動現象。這種特性嚴重限制系統傳輸速率和通信質量，因此在電路的設計時要給予充分考慮。 1. 電光延遲和弛張振蕩現象電光延遲和弛張振蕩現象 半導體激光器在高速脈沖調制下，輸出光脈沖和注入電流脈沖之間存在一個初始延遲時間，稱為電光延遲時間電光延遲時間td，其數量級一般為ns。當電流脈沖注入激光器后，輸出光脈沖會出現幅度逐漸衰減的振蕩， 稱為弛張振蕩弛張振蕩，其振蕩頻率fr(=r/2)一般為0.52 GHz。這些特性與激光器有源區的電子自發復合壽命和諧振腔內光子壽命以及注入電流初始偏差量有關。 圖 4.3 光脈沖瞬態響應波形 弛張振蕩和電光延遲的后果是限

7、制調制速率弛張振蕩和電光延遲的后果是限制調制速率。當最高調制頻率接近弛張振蕩頻率時，波形失真嚴重，會使光接收機在抽樣判決時增加誤碼率，因此實際使用的最高調制頻率應低于張弛振蕩頻率。 電光延遲要產生碼型效應。當電光延遲時間td與數字調制的碼元持續時間T/2為相同數量級時，會使“0”碼過后的第一個“1碼的脈沖寬度變窄，幅度減小，嚴重時可能使單個“”碼丟失， 這種現象稱為“碼型效應碼型效應”。 如圖4.4，在兩個接連出現的“1”碼中，第一個脈沖到來前，有較長的連“0”碼， 由于電光延遲時間長和光脈沖上升時間的影響，因此脈沖變小。第二個脈沖到來時，由于第一個脈沖的電子復合尚未完全消失，有源區電子密度較

8、高，因此電光延遲時間短， 脈沖較大。 圖4.4 碼型效應（a) 、(b)碼效應波形；（c）改善后波形電脈沖光脈沖2 ns5 ns2 ns(a)(b)(c)12 “碼型效應”的特點是， 在脈沖序列中較長的連“0”碼后出現的“1”碼，其脈沖明顯變小，而且連“0”碼數目越多，調制速率越高，這種效應越明顯。用適當的“過調制”補償方法， 可以消除碼型效應，見圖4.4(c)所示。 為了進一步了解激光器的調制特性，應求出LD速率方程組的瞬態解。由此得到的弛張振蕩頻率r及其幅度衰減時間o和電光延遲時間td的表達式為： 21)1(1thphspjjwjjthspo2thspdjjjln 式中，o是張弛振蕩幅度衰

9、減到初始值的1/e的時間，j和jth分別為注入電流密度和閾值電流密度。sp和ph分別為電子自發復合壽命和諧振腔內光子壽命。在典型的激光器中，sp10-9s,ph10-12s，即sp ph。由式(4.1)式(4.3)可以看到： (1)弛張振蕩頻率r隨sp、ph的減小而增加，隨j的增加而增加。這個振蕩頻率決定了LD的最高調制頻率。 (2)弛張振蕩幅度衰減時間o與sp為相同數量級，并隨j的增加而減小。 (2) 電光延遲時間td與sp為相同數量級，并隨j的增加而減小(jjth)。 由此可見，增加注入電流j，有利于提高張弛振蕩頻率r，減小其幅度衰減時間o，以及減小電光延遲時間td，因此對LD施加偏置電流

10、是非常必要的。 2. 自脈動現象自脈動現象 某些激光器在脈沖調制甚至直流驅動下，當注入電流達到某個范圍時，輸出光脈沖出現持續等幅的高頻振蕩，這種現象稱為自脈動現象，如圖4.5所示。 自脈動頻率可達2GHz，嚴重影響LD的高速調制特性。 電脈沖光脈沖圖4.5 激光器自脈沖動現象 自脈動現象是激光器內部不均勻增益或不均勻吸收產生的， 往往和LD的P - I曲線的非線性有關，自脈動發生的區域和P - I曲線扭折區域相對應。因此在選擇激光器時應特別注意。 4.1.3調制電路和自動功率控制調制電路和自動功率控制 數字信號調制電路應采用電流開關電路電流開關電路， 最常用的是差差分電流開關電路分電流開關電路

11、。 圖4.6示出由三極管組成的共發射極驅動電路，數字信號Uin從三極管V的基極輸入，通過集電極的電流驅動LED。數字信號“0”碼和“1”碼對應于V的截止和飽和狀態，電流的大小根據對輸出光信號幅度的要求確定。這種驅動電路適用于10 Mb/s以下的低速率系統，更高速率系統應采用差分電流開關電路。 圖 4.6 共發射極驅動電路 UCR2LEDC1R1UinV 圖4.7是常用的射極耦合驅動電路，適合于激光器系統使用。電流源為由V1和V2組成的差分開關電路，它提供了恒定的偏置電流。在V2基極上施加直流參考電壓UB， V2集電極的電壓取決于LD的正向電壓，數字電信號Uin從V1基極輸入。 當信號為“0”碼

12、時，V1基極電位比UB高而搶先導通，V2截止， LD不發光；反之，當信號為“”碼時，V1基極電位比UB低， V2搶先導通，驅動LD發光。V1和V2處于輪流截止和非飽和導通狀態，有利于提高調制速率。當三極管截止頻率fr4.5 GHz時，這種電路的調制速率可達300 Mb/s。射極耦合電路為恒流源，電流噪聲小，這種電路的缺點是動態范圍小，功耗較大。 圖 4.7 射極耦合LD驅動電路圖 V2V1Ib電流源Io UEUinLDUB 由于溫度變化和工作時間加長，LD的輸出光功率會發生變化。為保證輸出光功率的穩定， 必須改進電路設計。圖4.8是利用反饋電流使輸出光功率穩定的LD驅動電路，其主體和圖4.7相

13、同，只是由V3支路為LD提供的偏置電流Ib受到激光器背向輸出光平均功率和輸入數字信號均值Uin的控制。把PD檢測器的輸出監測電壓UPD、信號參考電壓Uin和直流參考電壓UR施加到運算放大器A1的反相輸入端，經放大后，控制V3基極電壓和偏置電流Ib，其控制過程如下： PLDUPD(UPD+ +UR)UA1IbPLD inU 在反饋電路中引入信號參考電壓的目的，是使LD的偏置電流Ib不受碼流中“0”碼和“1”碼比例變化的影響。 4.8 反饋穩定LD驅動電路V2V1電流源IoUin UV3A1CIbRf信號參考UR輸出監測PD檢測器LDUB1UA1UinUPD 一個更加完善的自動功率控制(APC)電

14、路如圖4.9所示。從LD背向輸出的光功率，經PD檢測器檢測、運算放大器A1放大后送到比較器A3的反相輸入端。同時，輸入信號參考電壓和直流參考電壓經A2比較放大后，送到A3的同相輸入端。A3和V3組成直流恒流源調節LD的偏流，使輸出光功率穩定。 圖 4.9 APC電路原理 V2V1信號參考UinA1A2A3PD直流參考 U UV3IbLD 4.1.4溫度特性和自動溫度控制溫度特性和自動溫度控制 1. 激光器的溫度特性激光器的溫度特性 激光器的溫度特性在3.1節已經討論過，溫度對激光器輸出光功率的影響主要通過閾值電流閾值電流Ith和外微分量子效率量子效率d產生。圖4.10 (a)和(b)分別示出溫

15、度通過閾值電流和外微分量子效率引起的輸出光脈沖的變化：溫度升高，閾值電流增加，外微分量子效率減小，輸出光脈沖幅度下降。 圖 4.10溫度引起的光輸出的變化(a) 閾值電流變化引起的光輸出的變化； (b) 外微分量子效率變化引起的光輸出的變化 即使環境溫度不變，由于調制電流的作用，引起激光器結區溫度的變化，因而使輸出光脈沖的形狀發生變化，這種效這種效應稱為應稱為“結發熱效應結發熱效應”。如圖4.11所示，設t=0時電脈沖到來， 注入電流為I1，由于電流的熱效應，在脈沖持續時間里，結區的溫度隨時間t而升高，激光器的閾值電流隨t而增大，使輸出光脈沖的幅度隨t而減小。當t=T時電流脈沖過后，注入電流從

16、I1減小到I0，電流散發的熱量減少，結區溫度隨t而降低，閾值電流減小，使輸出光脈沖的幅度增大。“結發熱效應”將引起調制失真。 與調制速率對激光器瞬態特性的影響相反，低調制速率的“結發熱效應”更加明顯。這是因為隨著調制速率的提高，碼元時間間隔縮短，使結區溫度來不及發生變化。 圖 4.11 結發熱效應 電流脈沖光脈沖t0t TI1I0 2. 自動溫度控制自動溫度控制 半導體光源的輸出特性受溫度影響很大，特別是長波長半導體激光器對溫度更加敏感。為保證輸出特性的穩定，對激光器進行溫度控制是十分必要的。 溫度控制裝置一般由致冷器致冷器、熱敏電阻熱敏電阻和控制電路控制電路組成， 圖4.12示出溫度控制裝置

17、的方框圖。致冷器的冷端和激光器的熱沉接觸，熱敏電阻作為傳感器，探測激光器結區的溫度，并把它傳遞給控制電路，通過控制電路改變致冷量，使激光器輸出特性保持恒定。 圖 4.12 溫度控制方框圖 激光器致冷器熱敏電阻控制電路熱導 目前，微致冷大多采用半導體致冷器，它是利用半導體材料的珀爾帖珀爾帖效應制成的電偶來實現致冷的。用若干對電偶串聯或并聯組成的溫差電功能器件，溫度控制范圍可達 3040 。為提高致冷效率和溫度控制精度，把致冷器和熱敏電阻封裝在激光器管殼內，溫度控制精度可達0.5 ，從而使激光器輸出平均功率和發射波長保持恒定，避免調制失真。 圖4.13示出自動溫度控制(ATC)電路原理圖。由R1、

18、R2、 R3和熱敏電阻RT組成“換能”電橋，通過電橋把溫度的變化轉換為電量的變化。運算放大器A的差動輸入端跨接在電橋的對端，用以改變三極管V的基極電流。 在設定溫度(例如20 )時，調節R3使電橋平衡，A、B兩點沒有電位差，傳輸到運算放大器A的信號為零，流過致冷器TEC的電流也為零。當環境溫度升高時，LD的管芯和熱沉溫度也升高，使具有負溫度系數的熱敏電阻RT的阻值減小，電橋失去平衡。這時B點的電位低于A點的電位，運算放大器A的輸出電壓升高，V的基極電流增大，致冷器TEC的電流也增大 致冷端溫度降低，熱沉和管芯的溫度也降低，因而保持溫度恒定。這個控制過程可以表示如下： T(環境)T(LD、熱沉)

19、RTI(致冷器)T(LD) 4.13 ATC電路原理 AR4TECtRTLDPIN24681357 UR1R2R3BA UV4.2 光接收機光接收機 4.2.1光接收機基本組成光接收機基本組成 直接強度調制、直接檢測方式的數字光接收機主要包括光光檢測器檢測器、前置放大器前置放大器、主放大器主放大器、均衡器均衡器、 時鐘提取電路時鐘提取電路、取樣判決器取樣判決器以及自動增益控制自動增益控制(AGC)電路電路。 1. 光檢測器光檢測器 光檢測器是光接收機實現光/電轉換的關鍵器件，其性能特別是響應度和噪聲直接影響光接收機的靈敏度。對光檢測器的要求如下： (1) 波長響應要和光纖低損耗窗口(0.85

20、m、 1.31 m和1.55 m)兼容； 圖 4.14 數字光接收機方框圖 光檢測器偏壓控制前置放大器AGC電路均衡器判決器時鐘提取再生碼流主放大器光信號 (2) 響應度要高， 在一定的接收光功率下， 能產生最大的光電流； (3) 噪聲要盡可能低， 能接收極微弱的光信號； (4) 性能穩定， 可靠性高， 壽命長， 功耗和體積小。 目前， 適合于光纖通信系統應用的光檢測器有PIN光電二極管和雪崩光電二極管(APD)。 2. 放大器放大器 前置放大器應是低噪聲放大器，它的噪聲對光接收機的靈敏度影響很大。前放的噪聲取決于放大器的類型，目前有三種類型的前放可供選擇。 主放大器一般是多級放大器，它的作用

21、是提供足夠的增益， 并通過它實現自動增益控制(AGC)，以使輸入光信號在一定范圍內變化時， 輸出電信號保持恒定。主放大器和AGC決定著光接收機的動態范圍。 3. 均衡和再生均衡和再生 均衡均衡的目的是對經光纖傳輸、光/電轉換和放大后已產生畸變(失真)的電信號進行補償，使輸出信號的波形適合于判決(一般用具有升余弦譜的碼元脈沖波形)，以消除碼間干擾，減 小誤碼率。 再生再生電路包括判決電路和時鐘提取電路，它的功能是從放大器輸出的信號與噪聲混合的波形中提取碼元時鐘，并逐個地對碼元波形進行取樣判決，以得到原發送的碼流。 4. 光電集成接收機光電集成接收機 圖4.14中除光檢測器以外的所有元件都是標準的

22、電子器件， 很容易用標準的集成電路(IC)技術將它們集成在同一芯片上。 不論是硅(Si)還是砷化鎵(GaAs)IC技術都能夠使集成電路的工作帶寬超過2 GHz，甚至達到10 GHz。 為了適合高傳輸速率的需求，人們一直在努力開發單片光接收機，即用“光電集成電路(OEIC)技術”在同一芯片上集成包括光檢測器在內的全部元件。 這樣的完全集成對于GaAs接收機(即工作在短波長的接收機)是比較容易的，而且早已得到實現。 然而，對于工作在1.31.6 m波長的系統，人們需要基于InP的OEIC接收機。在1991年試驗成功的單路InGaAs OEIC接收機，其運行速率達5 Gb/s。 InGaAs OEI

23、C接收機也可以用混合法實現。如圖4.15所示， 電元件集成在GaAs基片上，而光檢測器集成在InP基片上，兩個部分通過接觸片連接在一起。 圖 4.15 光電集成接收機 光檢測器電路部分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 光接收機的噪聲有兩部分：一部分是外部電磁干擾產生的， 這部分噪聲的危害可以通過屏蔽或濾波加以消除；另一部分是內部產生的，這部分噪聲是在信號檢測和放大過程中引入的隨機噪聲，只能通過器件的選擇和電路的設計與制造盡可能減小， 一般不可能完全消除。我們下面要討論的噪聲是指內部產生的隨機噪聲。 光接收機噪聲的主要來源是光檢測器的噪聲光檢測器的噪聲和

24、前置放大器前置放大器的噪聲的噪聲。因為前置級輸入的是微弱信號，其噪聲對輸出信噪比影響很大，而主放大器輸入的是經前置級放大的信號，只要前置級增益足夠大，主放大器引入的噪聲就可以忽略。 圖4.16示出光接收機的噪聲等效模型， 由光檢測器和放大器兩部分組成。圖中i2q和i2d分別為光檢測器的量子噪聲和暗電流噪聲產生的均方噪聲電流(等效噪聲功率)， 其相應的功率譜密度分別表示為Sq和Sd。ip、R和C分別為光檢測器的輸出光生電流、偏置電阻和電容(結電容和其他電容)。放大器分解為理想放大器和等效噪聲電流源i20和電壓源u20，其相應的功率譜密度分別表示為SI和SE，Rin是放大器的輸入電阻。 圖 4.1

25、6 光接收機的噪聲等效模型 放大器Rin0SISECRSddSqqip放大器光電檢測器0 放大器噪聲特性取決于所采用的前置放大器類型， 根據放大器噪聲等效電路和晶體管理論可以計算。常用三種類型前置放大電路示于圖4.17， 三種類型前置放大器的比較： (1) 雙極型晶體管前置放大器的主要特點是輸入阻抗低， 電路時間常數RC小于信號脈沖寬度T，因而碼間干擾小，適用于高速率傳輸系統。 (2) 場效應管前置放大器的主要特點是輸入阻抗高， 噪聲小，高頻特性較差，適用于低速率傳輸系統。 (3) 跨阻型前置放大器最大的優點是改善了帶寬特性和動態范圍，并具有良好的噪聲特性。 圖 4.17光接收機的前置級放大電

26、路(a) 雙極型晶體管； (b) 場效應管； (c) 跨阻型 偏壓(a)偏壓(b)偏壓(c)Rf 4.2.3誤碼率誤碼率 由于噪聲的存在，放大器輸出的是一個隨機過程， 其取樣值是隨機變量，因此在判決時可能發生誤判，把發射的“0”碼誤判為“1”碼，或把“1”碼誤判為“0”碼。光接收機對碼元誤光接收機對碼元誤判的概率稱為誤碼率判的概率稱為誤碼率(在二元制的情況下，等于誤比特率，BER)， 用較長時間間隔內，在傳輸的碼流中，誤判的碼元數和接收的總碼元數的比值來表示。 碼元被誤判的概率， 可以用噪聲電流(壓)的概率密度函數來計算。如圖4.18所示，I1是“1”碼的電流，I0是“0”碼的電流。 Im是“

27、”碼的平均電流，而“0”碼的平均電流為0。D為判決門限值，一般取D=Im/2。圖 4.18 計算誤碼率的示意圖 tIsImI1(t)I0(t)判決門限D0 在“”碼時，如果在取樣時刻帶有噪聲的電流I1D，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小，而且要知道噪聲的概率分布。 光接收機輸出噪聲的概率分布十分復雜，一般假設噪聲電流(或電壓)的瞬時值服從高斯分布，其概率密度函數為2exp21)(22xxf 式中x是代表噪聲這一高斯隨機變量的取值， 其均值為零，方差為2。 2exp21)(02000NINIf 在已知光檢測器和前置放大器的噪聲功率，并假設了噪聲的概率分布后， 現在可以

28、分別計算“0”碼和“”碼的誤碼率了。 在發“0”碼時， 平均噪聲功率N0=NA，NA為前置放大器的平均噪聲功率。 這時沒有光信號輸入，光檢測器的平均噪聲功率ND=0(略去暗電流)。由式(4.8)得到發“0”碼的條件下噪聲的概率密度函數為 根據誤碼率的定義，把“0”碼誤判為“1”碼的概率， 應等于I0值超過D值的概率，即00200012exp21,dININPDedxxxND2exp210/2式中x=I0/0N 在發“1”碼時，平均噪聲功率N1=NA+ND。ND是在放大器輸出端光檢測器的平均噪聲功率。這時噪聲電流的幅度為I1-Im，判決門限值仍為D，則只要取樣值Im-I1Im-D或I1-Imm，

29、一般選取n=m+1。mBnB碼有1B2B、3B4B、5B6B、 8B9B、 17B18B等等。 1. mBnB碼編碼原理碼編碼原理 最簡單的mBnB碼是1B2B碼，即曼徹斯特碼，這就是把原碼的“”變換為“01”， 把“1”變換為“10”。 因此最大的連“”和連“”的數目不會超過兩個，例如1001和0110。但是在相同時隙內，傳輸1比特變為傳輸2比特， 碼速提高了1倍。 以3B4B碼為例，輸入的原始碼流3B碼，共有(23)8個碼字， 變換為4B碼時， 共有(24)16個碼字，見表4.2。為保證信息的完整傳輸，必須從4B碼的16個碼字中挑選8個碼字來代替3B碼。 設計者應根據最佳線路碼特性的原則來

30、選擇碼表。例如：在3B碼中有2個“0”，變為4B碼時補1個“”；在3B碼中有2個“1”， 變為4B碼時補1個“0”。而000用0001和1110交替使用； 111用0111和1000交替使用。同時，規定一些禁止使用的碼字， 稱為禁字，例如0000和1111。 表 4.23B和4B的碼字 作為普遍規則，引入“碼字數字和”(WDS)來描述碼字的均勻性，并以WDS的最佳選擇來保證線路碼的傳輸特性。所謂“碼字數字和”，是在nB碼的碼字中，用“-1”代表“0”碼， 用“+1”代表“”碼，整個碼字的代數和即為WDS。 如果整個碼字“”碼的數目多于“0”碼，則WDS為正；如果“0”碼的數目多于“1”碼， 則

31、WDS為負；如果“0”碼和“1”碼的數目相等，則WDS為0。例如：對于0111，WDS=+2；對于0001， WDS=-2；對于0011，WDS=0。 nB碼的選擇原則是：盡可能選擇|WDS|最小的碼字， 禁止使用|WDS|最大的碼字。以3B4B為例，應選擇WDS=0和WDS=2的碼字， 禁止使用WDS=4的碼字。表4.3 示出根據這個規則編制的一種3B4B碼表，表中正組和負組交替使用。 表表 4.3 一種一種3B4B碼表碼表 我國3次群和4次群光纖通信系統最常用的線路碼型是5B6B碼，其編碼規則如下： 5B碼共有(25)32個碼字，變換6B碼時共有(26)64個碼字，其中WDS=0有20個，

32、WDS=2有15個，WDS=-2有15個，共有50個|WDS|最小的碼字可供選擇。由于變換為6B碼時只需32個碼字，為減少連“”和連“0”的數目， 刪去： 000011、 110000、 001111和111100。當然禁用WDS=4和6的碼字。 表4.4示出根據這個規則編制的一種5B6B碼表，正組和負組交替使用。 表中正組選用20個WDS=0和12個WDS=+2，負組選用20個WDS=0和12個WDS=-2。 mBnB碼是一種分組碼，設計者可以根據傳輸特性的要求確定某種碼表。mBnB碼的特點是： (1) 碼流中“0”和“1”碼的概率相等， 連“0”和連“1”的數目較少，定時信息豐富。 (2)

33、 高低頻分量較小，信號頻譜特性較好，基線漂移小。 (3) 在碼流中引入一定的冗余碼， 便于在線誤碼檢測。 mBnB碼的缺點是傳輸輔助信號比較困難。因此，在要求傳輸輔助信號或有一定數量的區間通信的設備中，不宜用這種碼型。 2. 編譯碼器編譯碼器 有兩種編譯碼電路：一種是組合邏輯電路，就是把整個編譯碼器都集成在一小塊芯片上，組成一個大規模專用集成塊， 國外設備大多采用這種方法；另一種是把設計好的碼表全部存儲到一塊只讀存儲器(PROM)內而構成，國內設備一般采用這種方法。 以3B4B碼為例，碼表存儲編碼器的工作原理示于圖4.22。 首先把設計好的碼表存入PROM內，待變換的信號碼流通過串 - 并變換

34、電路變為3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根據存儲的碼表， 輸出與地址對應的并行4B碼，再經過并 - 串變換電路，讀出已變換的4B碼流。 圖 4.22 碼表存儲編碼器原理 并串PROMB1B2B3B4b1b2b3串并組別變換ABC變前時鐘已變換的輸出4B碼流變換時鐘待變換輸入信號碼流 圖中A、B、C三條線為組別控制控制線組別控制控制線，當WDS=2時， 從A、B分別送出控制信號， 通過C線決定組別。 譯碼器與編碼器基本相同，只是除去組別控制部分。 譯碼時，把送來的已變換的4B信號碼流，每4比特并聯為一組， 作為PROM的地址，然后讀出3B碼，

35、再經過并 - 串變換還原為原來的信號碼流。 其他的mBnB碼編譯碼電路原理相同，只是電路復雜程度有所區別而已。 4.3.3插入碼插入碼 插入碼是把輸入二進制原始碼流分成每m比特(mB)-一組，然后在每組mB碼末尾按一定規律插入一個碼，組成m+1個碼為一組的線路碼流。 根據插入碼的規律，可以分為mB1C碼、mB1H碼和mB1P碼。 1. 插入碼的編碼原理插入碼的編碼原理 mB1C碼的編碼原理是，把原始碼流分成每m比特(mB)一組， 然后在每組mB碼的末尾插入1比特補碼，這個補碼稱為C碼， 所以稱為mB1C碼。補碼插在mB碼的末尾，連“0”碼和連“1”碼的數目最少。 mB1C碼的結構如圖4.23所

36、示，例如： mB碼為：100 110 001 101 mB1C碼為： 1001 1101 0010 1010 C碼的作用是引入冗余碼，可以進行在線誤碼率監測； 同時改善了“0”碼和“1”碼的分布，有利于定時提取。 mB1H碼是mB1C碼演變而成的，即在mB1C碼中，扣除部分C碼，并在相應的碼位上插入一個混合碼(H碼)，所以稱為mB1H碼。所插入的H碼可以根據不同用途分為三類：第一類是C碼，它是第m位碼的補碼，用于在線誤碼率監測；第二類是L碼，用于區間通信；第三類是G碼，用于幀同步、公務、數據、監測等信息的傳輸。 常用的插入碼是mB1H碼，有1B1H碼、4B1H碼和8B1H碼。以4B1H碼為例，