1、 4.2.1光接收機(jī)基本組成光接收機(jī)基本組成 對于直接強(qiáng)度調(diào)制的光信號，采用直接檢測方直接強(qiáng)度調(diào)制的光信號，采用直接檢測方式的數(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，主要包括光光檢測器、前置放大器、主放大器、均衡器、檢測器、前置放大器、主放大器、均衡器、 時鐘提時鐘提取電路、取樣判決器以及自動增益控制取電路、取樣判決器以及自動增益控制(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 對光檢測器的要求如下：對光檢測器的要求如下： (1) 波長響應(yīng)要和光纖低損耗

2、窗口波長響應(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；能接收極微弱的光信號； (4) 性能穩(wěn)定，性能穩(wěn)定， 可靠性高，可靠性高， 壽命長，壽命長， 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)用的光檢測器有適合于光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用的光檢測器有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，它的噪聲對前置放大器應(yīng)是低噪聲放大器，它的噪聲對光接收機(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放大器，它的作用是提主放大器一般是多級放大器，它的作用是提供足夠的增益，供足夠的增益， 并通過它實現(xiàn)自動增益控制并通過它實現(xiàn)自動增益控制(AGC)，以使輸入光信號在一定范圍內(nèi)變化時，以使輸入光信號在一定范圍內(nèi)變化時， 輸出電信號保持恒定。主放大器和輸出電信號保持恒定。主放大器和AGC決定著光決定著光接收機(jī)的動態(tài)范圍。接收機(jī)的動態(tài)范圍。 3. 均衡和再生均衡和再生 均衡均衡的目的是對經(jīng)光纖傳輸、光的目的是對經(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)的電信號進(jìn)行補(bǔ)償，使輸出信號的電信號進(jìn)行補(bǔ)償，使輸出信號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鐘提取電路，它的功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(jìn)行取樣判決，以得到元時鐘，并逐個地對碼元波形進(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器在內(nèi)的全部元件。包括光檢測器在內(nèi)的全部元件。 這樣的完全集成對于這樣的完全集成對于GaAs接接收機(jī)收機(jī)(即工作在短波長的接收機(jī)即工作在短波長的接收機(jī))是比較容易的，而且早已得到是比較容易的，而且早已得到實現(xiàn)。實現(xiàn)。 然而，對于工作在然而，對于工作在1.31.6 m波長的系統(tǒng)，人們需要基波長的系統(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)也可以用混合法實現(xiàn)。如圖接收機(jī)也可以用混合法實現(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，而光檢測器集成在基片上，而光檢測器集成在InP基片上，兩基片上，兩個部分通過接觸片連接在一起。個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檢測和放大過程中引入的隨機(jī)噪聲，只能通過在信號檢測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)計與制造盡可能減小，器件的選擇和電路的設(shè)計與制造盡可能減小， 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器的噪聲和前置主要來源是光檢測器的噪聲和前置放大器的噪聲放大器的噪聲。l因為前置級輸入的是微弱信號，其噪聲對輸出信噪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(jīng)前置級放大的信比影響很大，而主放大器輸入的是經(jīng)前置級放大的信號，只號，只要前置級增益足夠大，主放大器引入的噪聲就要前置級增益足夠大，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放大器光電檢測器0圖中圖中i2q和和i2d分別為光檢測器的量子噪聲和暗電流噪分

8、別為光檢測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分別為光檢測器的輸出光生電流、偏置電阻和電容分別為光檢測器的輸出光生電流、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算。常根據(jù)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， 電路時間常數(shù)電路時間常數(shù)RC小于信號脈沖寬度小于信號脈沖寬度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) 場效應(yīng)管前置放大器場效應(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態(tài)范圍，并具有良好的噪聲特

10、性。特性和動態(tài)范圍，并具有良好的噪聲特性。 圖圖 4.17光接收機(jī)的前置級放大電路光接收機(jī)的前置級放大電路(a) 雙極型晶體管；雙極型晶體管； (b) 場效應(yīng)管；場效應(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隨機(jī)過程，由于噪聲的存在，放大器輸出的是一個隨機(jī)過程， 其取樣值是隨機(jī)變量，因此在判決時可能發(fā)生誤判，其取樣值是隨機(jī)變量，因此在判決時可能發(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)對碼元誤判的概率稱為誤碼率光接收機(jī)對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)， 用較長時間間隔內(nèi)，用較長時間間隔內(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 計算誤碼率的示意圖計算誤碼率的示意圖 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)來計的概率密度函數(shù)來計算。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，如果在取樣時刻帶有噪聲的電碼時，如果在取樣時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，碼時， 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，平均噪聲功率碼時，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是在放大器輸出端光檢測

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。它還表示在對在對“0”碼進(jìn)行取樣判決時，判決門限值碼進(jìn)行取樣判決時，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，能夠靈敏度表示光接收機(jī)調(diào)整到最佳狀態(tài)時，能夠接收微弱光信號的能力。提高靈敏度意味著能夠接接收微弱光信號的能力。

15、提高靈敏度意味著能夠接收更微弱的光信號。收更微弱的光信號。)(10)(lg103mindBmWPPr圖圖4.20示出典型短波長光接收機(jī)靈敏度與傳輸速率示出典型短波長光接收機(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)光檢測器量子效率測器量子效率=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， 相對脈沖展寬相對脈沖展寬/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器、前置放大傳輸速率

16、和光檢測器、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自動增益控制和動態(tài)范圍自動增益控制和動態(tài)范圍 放大器是一個普通的寬帶高增益放大器，放大器是一個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幅度較大，所以主放大器的噪聲通置放大器輸出信

17、號幅度較大，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放大器級聯(lián)構(gòu)成，主放大器一般由多級放大器級聯(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，為光檢測器的響應(yīng)度，為光檢測器的響應(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主放大器的另一個功能是實現(xiàn)自動增益控制主放大器的另一個功能是實現(xiàn)自動增益控制(AGC)，使光接收機(jī)具有一定的動態(tài)范圍，以保證在入射光強(qiáng)使光接收機(jī)具有一定的動態(tài)范圍，以保證在入射光強(qiáng)度變化時輸出電流基本恒定

18、。度變化時輸出電流基本恒定。動態(tài)范圍動態(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動態(tài)范圍是光接收機(jī)性能的另一個重要指標(biāo)，它表動態(tài)范圍是光接收機(jī)性能的另一個重要指標(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)的光信號大小要

19、由于使用條件不同，輸入光接收機(jī)的光信號大小要發(fā)生變化，為實現(xiàn)寬動態(tài)范圍，采用發(fā)生變化，為實現(xiàn)寬動態(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現(xiàn)。對于來實現(xiàn)。對于APD光接收機(jī)，光接收機(jī)，AGC控制光檢測器的偏控制光檢測器的偏壓和放大器的輸出；壓和放大器的輸出； 對于對于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。但是簡單的碼。但是簡單的二電平碼會帶來如下問題：二電平碼會帶來如下問題： (1) 在碼流中，出現(xiàn)在碼流中，出現(xiàn)“”碼和碼和“0”碼的個數(shù)是隨機(jī)變化碼的個數(shù)是隨機(jī)變化的，的， 因而因而直流分量也會發(fā)生隨機(jī)波動直流分量也會發(fā)生隨機(jī)波動(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)長串在隨機(jī)碼流中，容易出現(xiàn)長串連連“”碼或長串連碼或長串連“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，給定時提取造成困難給定時提取造成困難或產(chǎn)生較大的定時誤差或產(chǎn)生較大的定時誤差。 (3) 不能實現(xiàn)在線不能實現(xiàn)在線(不中斷業(yè)務(wù)不中斷業(yè)

21、務(wù))的誤碼檢測的誤碼檢測， 不利于長途通不利于長途通信系統(tǒng)的維護(hù)。信系統(tǒng)的維護(hù)。 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對線路碼型的主要要求是保證數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對線路碼型的主要要求是保證傳輸?shù)耐该餍裕唧w要求有：傳輸?shù)耐该餍裕唧w要求有： (1) 能限制信號帶寬，能限制信號帶寬，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)提供足夠的定時信息提供足夠的定時信息。 (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)測和公務(wù)通信。測和公務(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連目的是抑制線路碼中的長連“0” 和長連和長連“1” ，便于從線路信號中提取時鐘信號。，便于從線路信號中提取時鐘信號。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， 需要附加一個需要附加一個擾碼器擾碼器，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，附加一個解列。相應(yīng)地，在光接收機(jī)的判決器之后，附加一個解擾器，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應(yīng)的前饋移位和對應(yīng)的前饋移位寄

23、存器實現(xiàn)。寄存器實現(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”長度，保證接收機(jī)能提長度，保證接收機(jī)能提取到位定時信號。取到位定時信號。 2、使加擾后的信號頻譜更能適合基帶傳輸。、使加擾后的信號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、長串連不能完全控制長串連“”和長串連和長串連“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；不能進(jìn)行在線誤碼監(jiān)測； 信號頻譜中接近于直流的分量較大，信號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。 因為擾碼不能完全滿足光纖通信對線路碼型的要求，因為擾碼不能完全滿足光纖通信對線路碼型的要求， 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個二進(jìn)制碼

25、，記為個二進(jìn)制碼，記為mB，稱為一個碼字，然后，稱為一個碼字，然后把一個碼字變換為把一個碼字變換為n個二進(jìn)制碼，記為個二進(jìn)制碼，記為nB，并，并在同一在同一個時隙內(nèi)輸出個時隙內(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個碼字，個碼字， 變換為變換為4B碼時，碼時， 共有共有(24)16個碼字，見表個碼

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個碼字中個碼字中挑選挑選8個碼字來代替?zhèn)€碼字來代替3B碼。碼。 l設(shè)計者應(yīng)根據(jù)最佳線路碼特性的原則來選擇碼表。設(shè)計者應(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個個“0”，變?yōu)椋優(yōu)?B碼時補(bǔ)碼時補(bǔ)1個個“”；在；在3B碼中有碼中有2個個“1”， 變?yōu)樽優(yōu)?B碼時補(bǔ)碼時補(bǔ)1個個“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，規(guī)定一些禁止使用的碼字，交替使用。同時，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，整個碼字的代碼，整個碼字的代數(shù)和即為數(shù)和即為WDS。 n如果整個碼字如果整個碼字“”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：對于例如：對于0111，WDS=+2；對于；對于0001， WDS=-2；對于；對于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個碼字，變換個碼字，變換6B碼時共有碼時共有(26)64個碼個碼字，其中字，其中WDS=0有有20個，個，WDS=2有有15個，個，WDS=-2有有15個個，共有，共有50個個|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碼時只需碼時只需32個碼字，為減少連個碼字，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)這個規(guī)則編制的一種示出根據(jù)這個規(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個個WDS=0和和12個個WDS=+2，負(fù)組選用負(fù)組選用20個個WDS=0和和12個個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，定時信息豐富。的數(shù)目較少，定時信息豐富。(2)高低頻分量較小，信號頻譜特性較好，基線漂高低頻分量較小，信號頻譜特性較好，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。測。 umBnB碼的缺點(diǎn)是傳輸輔助信號比較困難。因此，碼的缺點(diǎn)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(shù)在要求傳輸輔助信號或有一定數(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，就是把整個編譯碼器都，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(guī)模專用集集成在一小塊芯片上，組成一個大規(guī)模專用集成塊；成塊；另一種是把另一種是把設(shè)計好的碼表全部存儲到一塊只讀設(shè)計好的碼表全部存儲到一塊只讀存儲器存儲器(PROM)內(nèi)而構(gòu)成。內(nèi)而構(gòu)成。 圖圖 4.22 碼表存儲編碼器原理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，時， 從從A、B分別送出控制信號，分別送出控制信號， 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，把送來的已變換的譯碼時，把送來的已變換的4B信號碼流，每信號碼流，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碼流。串變換還原為原來的信號碼流。 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)律插入一個碼，組成碼末尾按一定規(guī)律插入一個碼，組成m+1個碼個碼為一

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；是引入冗余碼，可以進(jìn)行在線誤碼率監(jiān)測；同時改善了同時改善了“0”碼和碼和“1”碼的分布，有利于定時提碼的分布，有利于定時提取。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。 幀長幀長 = 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碼稱為奇偶校驗碼，碼稱為奇偶校驗碼， 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碼為奇校驗碼時，其插入規(guī)律是使碼為奇校驗碼時，其插入規(guī)律是使m+1個碼個碼內(nèi)內(nèi)“1”碼的個數(shù)為奇數(shù)碼的個數(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)檢測得當(dāng)檢測得m+1個碼內(nèi)個碼內(nèi)“”碼為奇數(shù)時，則認(rèn)為碼為奇數(shù)時，則認(rèn)為無誤碼。無誤碼。 (2) P碼為偶校驗碼時，其插入規(guī)律是使碼為偶校驗碼時，其插入規(guī)律是使m+1個碼個碼內(nèi)內(nèi)“”碼的個數(shù)為偶數(shù)碼的個數(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)檢測得當(dāng)檢測得m+1個碼內(nèi)個碼內(nèi)“”碼為偶數(shù)時，則碼為偶數(shù)時，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碼沒有一一對應(yīng)的碼結(jié)構(gòu)，碼沒有一一對應(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