光纖通信原理第四章光接收機

1、 l光接收機：模擬和數(shù)字。模擬光接收機，主要用于光接收機：模擬和數(shù)字。模擬光接收機，主要用于光纖光纖CATV系統(tǒng)；數(shù)字光接收機，用于大部分通信系系統(tǒng)；數(shù)字光接收機，用于大部分通信系統(tǒng)。統(tǒng)。l檢測方式：相干和非相干。相干檢測，先將接收的檢測方式：相干和非相干。相干檢測，先將接收的光信號與一個本地振蕩光混頻，再被光電檢測器變換光信號與一個本地振蕩光混頻，再被光電檢測器變換成中頻信號；非相干檢測，常用的非相干檢測是直接成中頻信號；非相干檢測，常用的非相干檢測是直接功率檢測，用光電二極管直接將接收的光信號變換成功率檢測，用光電二極管直接將接收的光信號變換成基帶信號。基帶信號。直接檢測數(shù)字光接收機框圖直

2、接檢測數(shù)字光接收機框圖 數(shù)字光接收機分為光電檢測器、前置放大器、主數(shù)字光接收機分為光電檢測器、前置放大器、主放大器、放大器、AGC電路、均衡器、判決再生和時鐘提取七電路、均衡器、判決再生和時鐘提取七個部分。個部分。光電檢測器：將光信號變成電信號，光解調(diào)；光電檢測器：將光信號變成電信號，光解調(diào)；前置放大器：放大微弱的光電流，低噪聲、寬頻帶，前置放大器：放大微弱的光電流，低噪聲、寬頻帶，輸出輸出mV量級；量級；主放大器：將輸入放大到判決電平，主放大器：將輸入放大到判決電平，P-P值值1-3 V；AGC：控制主放大器增益，使其輸出幅度在一定：控制主放大器增益，使其輸出幅度在一定范圍內(nèi)不受輸入信號幅度

3、的影響；范圍內(nèi)不受輸入信號幅度的影響；均衡濾波器：對主放輸出的失真數(shù)字信號整形，均衡濾波器：對主放輸出的失真數(shù)字信號整形，判決時消除碼間干擾；判決時消除碼間干擾；判決器和時鐘恢復(fù)電路：對信號進行再生。精確判決器和時鐘恢復(fù)電路：對信號進行再生。精確地確定判決時刻，需要從信號碼流中提取準(zhǔn)確的時地確定判決時刻，需要從信號碼流中提取準(zhǔn)確的時鐘作為標(biāo)定，保證收發(fā)一致。鐘作為標(biāo)定，保證收發(fā)一致。 光接收機也可分為三部分：接收機前端：光光接收機也可分為三部分：接收機前端：光檢測器和前置放大器，是光接收機的核心；線性檢測器和前置放大器，是光接收機的核心；線性通道：主放大器、均衡濾波器和自動增益控制；通道：主放

4、大器、均衡濾波器和自動增益控制；判決、再生部分：判決器、譯碼器和時鐘恢復(fù)。判決、再生部分：判決器、譯碼器和時鐘恢復(fù)。 光接收機主要性能指標(biāo)：誤碼率（光接收機主要性能指標(biāo)：誤碼率（BER）、靈）、靈敏度及動態(tài)范圍敏度及動態(tài)范圍 。 誤碼率是碼元被錯誤判決的概率，用在一定的誤碼率是碼元被錯誤判決的概率，用在一定的時間間隔內(nèi)，發(fā)生差錯的碼元數(shù)和在這個時間間隔時間間隔內(nèi)，發(fā)生差錯的碼元數(shù)和在這個時間間隔內(nèi)傳輸?shù)目偞a元數(shù)之比來表示。典型范圍：內(nèi)傳輸?shù)目偞a元數(shù)之比來表示。典型范圍：10-9-10-12 接收機靈敏度定義：在滿足給定的誤碼率指標(biāo)接收機靈敏度定義：在滿足給定的誤碼率指標(biāo)條件下，最低接收的平均光

5、功率條件下，最低接收的平均光功率Pmin。在工程上常用。在工程上常用dBm來表示，即來表示，即min10-310lg10rPS 光接收的動態(tài)范圍：接收機的最低輸入光功率光接收的動態(tài)范圍：接收機的最低輸入光功率（用（用dBm來描述）和最大允許輸入光功率（用來描述）和最大允許輸入光功率（用dBm來描述）之差（來描述）之差（dB）。）。maxmin10 lg(dB)PDPPmax和和Pmin為保證系統(tǒng)誤碼率指標(biāo)條件下，接收機允為保證系統(tǒng)誤碼率指標(biāo)條件下，接收機允許的最大接收光功率和最小接收光功率許的最大接收光功率和最小接收光功率 。 一臺高質(zhì)量的接收機應(yīng)有較寬的動態(tài)范圍，低于一臺高質(zhì)量的接收機應(yīng)有較

6、寬的動態(tài)范圍，低于這個動態(tài)范圍的下限（靈敏度）和高于這個動態(tài)范圍這個動態(tài)范圍的下限（靈敏度）和高于這個動態(tài)范圍的上限（接收機過載功率），判決時將產(chǎn)生過大誤碼。的上限（接收機過載功率），判決時將產(chǎn)生過大誤碼。 放大器在放大信號時也放大噪聲，接收信號太弱時，放大器在放大信號時也放大噪聲，接收信號太弱時，會被噪聲淹沒，放大器必須是低噪聲的。會被噪聲淹沒，放大器必須是低噪聲的。放大器的噪聲主要來源于其內(nèi)部的電阻和有源器件，放大器的噪聲主要來源于其內(nèi)部的電阻和有源器件，與電路結(jié)構(gòu)和有源器件類型有關(guān)。與電路結(jié)構(gòu)和有源器件類型有關(guān)。有源器件：雙極晶體管和場效應(yīng)管。第一級用共射或有源器件：雙極晶體管和場效應(yīng)管

7、。第一級用共射或共源型噪聲低。共源型噪聲低。放大器輸出噪聲主要由前置級決定，只要第一級的增放大器輸出噪聲主要由前置級決定，只要第一級的增益足夠大，以后各級引入的噪聲可略，益足夠大，以后各級引入的噪聲可略，分析時把所有噪聲等效到輸入端。分析時把所有噪聲等效到輸入端。 電阻的熱噪聲和有源器件的噪聲，都是由無限電阻的熱噪聲和有源器件的噪聲，都是由無限多個統(tǒng)計獨立的不規(guī)則電子的運動產(chǎn)生的，它們的多個統(tǒng)計獨立的不規(guī)則電子的運動產(chǎn)生的，它們的總和的統(tǒng)計特性服從正態(tài)分布。放大器噪聲的概率總和的統(tǒng)計特性服從正態(tài)分布。放大器噪聲的概率密度函數(shù)可以表示為高斯函數(shù)密度函數(shù)可以表示為高斯函數(shù) 對隨機噪聲，統(tǒng)計平均值對

8、隨機噪聲，統(tǒng)計平均值m= 0時，上式可寫成時，上式可寫成 221exp22xmf x 221exp22xfx 均值為零的高斯噪聲的均值為零的高斯噪聲的 2代表噪聲電壓或噪聲代表噪聲電壓或噪聲電流的平方的平均值，也是電流的平方的平均值，也是1 電阻的噪聲功率。對電阻的噪聲功率。對于概率密度為高斯函數(shù)的各個隨機噪聲源，它們之于概率密度為高斯函數(shù)的各個隨機噪聲源，它們之和的概率密度也是高斯函數(shù)，而且總噪聲的方差等和的概率密度也是高斯函數(shù)，而且總噪聲的方差等于各個噪聲源的方差之和。于各個噪聲源的方差之和。 在計算放大器的噪聲時，可分別分析各個噪聲在計算放大器的噪聲時，可分別分析各個噪聲源的方差，并認為

9、這些噪聲源都是具有均勻、連續(xù)源的方差，并認為這些噪聲源都是具有均勻、連續(xù)功率譜密度的白噪聲，通過各個噪聲源的功率譜密功率譜密度的白噪聲，通過各個噪聲源的功率譜密度求出放大器輸出的總噪聲。度求出放大器輸出的總噪聲。 is(t)：光電檢測器等效電流源，：光電檢測器等效電流源，in(t):光電檢測光電檢測器的散粒噪聲，器的散粒噪聲，Cd:光電檢測器的結(jié)電容。光電檢測器的結(jié)電容。Rb和和Cs：偏置電阻和偏置電路的雜散電容，偏置電阻和偏置電路的雜散電容，Ra和和Ca：放大：放大器的輸入電阻和電容。器的輸入電阻和電容。 放大器的有源器件會引入噪聲。一般將第一放大器的有源器件會引入噪聲。一般將第一級有源器件

10、的各種噪聲源都等效到輸入端，分兩級有源器件的各種噪聲源都等效到輸入端，分兩種情況：一種是等效為輸入端并聯(lián)的電流噪聲源種情況：一種是等效為輸入端并聯(lián)的電流噪聲源ia,設(shè)它的功率譜密度為設(shè)它的功率譜密度為sI；另一種是等效為輸入端串；另一種是等效為輸入端串聯(lián)的電壓噪聲源聯(lián)的電壓噪聲源ea，設(shè)它的功率譜密度為，設(shè)它的功率譜密度為SE。 帶有熱噪聲的電阻可以有兩種等效方式帶有熱噪聲的電阻可以有兩種等效方式: 一種是等效為一個無噪聲的電阻和一個噪聲電一種是等效為一個無噪聲的電阻和一個噪聲電流源并聯(lián)流源并聯(lián) 。這種等效下并聯(lián)電流噪聲源的功率譜密。這種等效下并聯(lián)電流噪聲源的功率譜密度為度為 k是玻耳茲曼常數(shù)

11、，是玻耳茲曼常數(shù)，K是絕對溫度。是絕對溫度。 另一種等效方式是把帶有噪聲的電阻等效為一另一種等效方式是把帶有噪聲的電阻等效為一個理想的電阻和一個噪聲電壓源串聯(lián)。電壓噪聲源的個理想的電阻和一個噪聲電壓源串聯(lián)。電壓噪聲源的雙邊功率譜密度為雙邊功率譜密度為 2bbd2dIRikKSfR2bbd2dEReSkKRf 放大器輸出噪聲電壓方差的計算步驟：放大器輸出噪聲電壓方差的計算步驟： 對輸入端并聯(lián)電流源，用各噪聲源的功率譜密對輸入端并聯(lián)電流源，用各噪聲源的功率譜密度乘以放大器的功率增益因子，得輸出端功率譜密度乘以放大器的功率增益因子，得輸出端功率譜密度；對輸入端串聯(lián)電壓源，先將其功率譜密度乘以度；對輸

12、入端串聯(lián)電壓源，先將其功率譜密度乘以輸入導(dǎo)納的平方轉(zhuǎn)換成電流源，再乘以放大器功率輸入導(dǎo)納的平方轉(zhuǎn)換成電流源，再乘以放大器功率增益因子，得輸出端功率譜密度；輸出端功率譜密增益因子，得輸出端功率譜密度；輸出端功率譜密度對度對 積分，得輸出端噪聲電壓的方差；積分，得輸出端噪聲電壓的方差；放大器各放大器各噪聲源的概率分布函數(shù)均為高斯函數(shù)，因此，輸出噪聲源的概率分布函數(shù)均為高斯函數(shù)，因此，輸出端總噪聲電壓的方差等于各噪聲源的方差之和。端總噪聲電壓的方差等于各噪聲源的方差之和。放大器輸出噪聲電壓的均方值為放大器輸出噪聲電壓的均方值為 ； ； 放大器的增益因放大器的增益因子，是放大器、均衡濾波器的傳遞函數(shù)，

13、它表示輸子，是放大器、均衡濾波器的傳遞函數(shù)，它表示輸入電流與輸出電壓之間的傳遞關(guān)系，實為轉(zhuǎn)移阻抗，入電流與輸出電壓之間的傳遞關(guān)系，實為轉(zhuǎn)移阻抗，SI、SE分別是第一級放大器等效噪聲電流源和電壓分別是第一級放大器等效噪聲電流源和電壓源的功率譜密度。源的功率譜密度。 可見：可見：偏置電阻偏置電阻Rb越大，電阻的熱噪聲越??；越大，電阻的熱噪聲越小；輸入電阻輸入電阻Rt越大、輸入電容越大、輸入電容Ct越小，串聯(lián)電壓噪越小，串聯(lián)電壓噪聲源對總噪聲的影響越小。聲源對總噪聲的影響越小。 22 222na t2bt2d1d 22ITETkKvSZSZCRRtba/RRRtdsaCCCCTZ 場效應(yīng)管是電壓控制

14、器件，最大特點是輸入阻場效應(yīng)管是電壓控制器件，最大特點是輸入阻抗很高，柵漏電流很小，適合作高阻前置放大器，抗很高，柵漏電流很小，適合作高阻前置放大器，其主要噪聲源有兩個其主要噪聲源有兩個 :l柵漏電流的散粒噪聲柵漏電流的散粒噪聲l溝道熱噪聲溝道熱噪聲 （1）散粒噪聲）散粒噪聲 散粒噪聲功率譜密度為散粒噪聲功率譜密度為0gateISe I C為電子電荷，為電子電荷，Igate是場效應(yīng)管的柵漏電流是場效應(yīng)管的柵漏電流（2）溝道熱噪聲）溝道熱噪聲 場效應(yīng)管的溝道電導(dǎo)在輸出回路（漏極回路）產(chǎn)場效應(yīng)管的溝道電導(dǎo)在輸出回路（漏極回路）產(chǎn)生一個噪聲電流，功率譜密度為生一個噪聲電流，功率譜密度為gm是場效應(yīng)管

15、的跨導(dǎo)；是場效應(yīng)管的跨導(dǎo)； 是器件的數(shù)值系數(shù)，對是器件的數(shù)值系數(shù)，對Si FET， ；對；對GaAs FET，1901 .6 10e outd2dmikK gf0.71.12tnamCvg（3）輸出瑞的總噪聲功率）輸出瑞的總噪聲功率 當(dāng)當(dāng)Rb足夠大時，上式中的第一項可以忽略，因此足夠大時，上式中的第一項可以忽略，因此得到得到 222 22tna0 gate 2bb221d2 d22TTmmCkKkKkKveIZZRggR l散粒噪聲散粒噪聲l基區(qū)電阻的熱噪聲基區(qū)電阻的熱噪聲l分配噪聲分配噪聲（1）散粒噪聲）散粒噪聲 功率譜密度為功率譜密度為Ib是晶體管的基極工作電流是晶體管的基極工作電流（2）

16、基區(qū)電阻的熱噪聲）基區(qū)電阻的熱噪聲 基區(qū)電阻的熱噪聲在輸入端作為串聯(lián)電壓噪聲基區(qū)電阻的熱噪聲在輸入端作為串聯(lián)電壓噪聲源，譜密度為源，譜密度為2a1bbd2de kKrf2a0 bddi e If（3）分配噪聲）分配噪聲 功率譜密度為功率譜密度為 將集電極回路里的噪聲源等效到輸入端，為一將集電極回路里的噪聲源等效到輸入端，為一個串聯(lián)電壓噪聲源，功率譜密度為個串聯(lián)電壓噪聲源，功率譜密度為 對雙極晶體管，有下列關(guān)系存在對雙極晶體管，有下列關(guān)系存在2c0 cddi e If222a20 c20 cddmee Ik K fe Ig0 cme IgkK 22222t20 ctd2Tk K1 Z Ce IR

17、 222bbds2bd22T1kKr Z CCR 2na0 bbd2T2kKv e I Z R2雙極晶體管放大器輸出端的總噪聲功率為雙極晶體管放大器輸出端的總噪聲功率為存在最佳集電極電流使散粒和分配噪聲最小存在最佳集電極電流使散粒和分配噪聲最小 這種前置放大器從頻帶的要求出發(fā)選這種前置放大器從頻帶的要求出發(fā)選擇偏置電阻，使之滿足擇偏置電阻，使之滿足 Rt 的要求。的要求。BW為碼速率所要求的放大器的帶寬為碼速率所要求的放大器的帶寬 。 t12WB C 一般只在碼速率較低的系統(tǒng)中使用一般只在碼速率較低的系統(tǒng)中使用 實際上是電壓并聯(lián)負反饋放大器實際上是電壓并聯(lián)負反饋放大器 當(dāng)考慮其頻率特性時，上截

18、止頻率為當(dāng)考慮其頻率特性時，上截止頻率為 低噪聲比低阻型前置放大器低，帶寬和動態(tài)范低噪聲比低阻型前置放大器低，帶寬和動態(tài)范圍比高阻型前置放大器有很大改善圍比高阻型前置放大器有很大改善it12HfRC設(shè)入射光功率為設(shè)入射光功率為p(t)，那么在時間間隔，那么在時間間隔L內(nèi)產(chǎn)生的平均內(nèi)產(chǎn)生的平均的的“電子電子空穴空穴”對數(shù)對數(shù) 可以用量子效率可以用量子效率 來表示，來表示，為為 0是每秒鐘內(nèi)暗電流產(chǎn)生的電子數(shù)是每秒鐘內(nèi)暗電流產(chǎn)生的電子數(shù) 000d tLtp t th 根據(jù)量子統(tǒng)計規(guī)律，在時間間隔根據(jù)量子統(tǒng)計規(guī)律，在時間間隔L內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)產(chǎn)生m個個“電子電子空穴空穴”對的概率是均值為對的概率是均值為 的

19、泊松分布，的泊松分布，即即也就是光電二極管光生電子也就是光電二極管光生電子空穴對的概率密度函空穴對的概率密度函數(shù)數(shù) 00,!meP m t tLm 假設(shè)整個雪崩過程進行的相當(dāng)快，每一初始假設(shè)整個雪崩過程進行的相當(dāng)快，每一初始的的“電子電子空穴空穴”對倍增出隨機數(shù)為對倍增出隨機數(shù)為gl的二次的二次“電電子子空穴空穴”對（包括初始對（包括初始“電子電子空穴空穴”對本身），對本身），可以得出可以得出gl = n的概率為的概率為 11111prob1111111111!1k nknnlk GnkkGGPgn Gk nk nnk 對于在時間間隔對于在時間間隔(t0, t0+l)內(nèi)入射的光功率，內(nèi)入射的光

20、功率，APD產(chǎn)生的初始產(chǎn)生的初始“電子電子空穴空穴”對是概率密度為泊對是概率密度為泊松分布的隨機變量，而每一個初始的松分布的隨機變量，而每一個初始的“電子電子空穴空穴”對又雪崩倍增成隨機數(shù)為對又雪崩倍增成隨機數(shù)為g的二次的二次“電子電子空穴空穴”對，因此，在時間間隔對，因此，在時間間隔L內(nèi)產(chǎn)生總數(shù)為內(nèi)產(chǎn)生總數(shù)為 個個“電電子子空穴空穴”對的概率為對的概率為 是是N個隨機變量個隨機變量gl的和的概率密度函數(shù)，的和的概率密度函數(shù)，gl是獨立無關(guān)的，因此，是獨立無關(guān)的，因此， 01!NNLnglNlePPgN1NngllPg probprobprob1NnglN PlP PPg 個的卷積 從光電檢測

21、過程實際的概率密度函數(shù)出發(fā)，從光電檢測過程實際的概率密度函數(shù)出發(fā)，通過放大器和光電檢測器概率密度函數(shù)的卷積計通過放大器和光電檢測器概率密度函數(shù)的卷積計算求出總噪聲的概率密度函數(shù)，進而計算接收機算求出總噪聲的概率密度函數(shù)，進而計算接收機的靈敏度的靈敏度 。1. 1. 光接收機中有哪些噪聲？光接收機中有哪些噪聲？2. 2. 在數(shù)字光接收機中，為什么要設(shè)置在數(shù)字光接收機中，為什么要設(shè)置AGCAGC電路？電路？3. 3. 一雙極晶體管前置放大器，一雙極晶體管前置放大器，R Rb b=2 k=2 k，R Rt t=1 k=1 k，C Cd d+C+Cs s=2 pF=2 pF，C Ca a=2 pF=2

22、 pF，I Ib b=10 A=10 A，c c=100=100，環(huán)境，環(huán)境溫度溫度 k=300 Kk=300 K，r rbbbb=50 =50 ，放大器的等效帶寬，放大器的等效帶寬f=100 MHzf=100 MHz， 求輸出端的等效總噪聲功率；求輸出端的等效總噪聲功率； 比較各噪聲源的影響，起支配作用的噪聲比較各噪聲源的影響，起支配作用的噪聲源是什么？源是什么？習(xí)習(xí) 題題 在接收機前端，光電檢測器的噪聲等效為并聯(lián)電在接收機前端，光電檢測器的噪聲等效為并聯(lián)電 流噪聲源，利用光電檢測器噪聲功率譜密度和線性通流噪聲源，利用光電檢測器噪聲功率譜密度和線性通道的轉(zhuǎn)移阻抗，計算出光電檢測器在接收機輸出

23、端的道的轉(zhuǎn)移阻抗，計算出光電檢測器在接收機輸出端的噪聲功率。噪聲功率。2dark2220 d0 d0 dd( )d xie Ige I G F Ge I Gf2ds2220 s0 s0 sd( )d xie Ige I G F Ge I Gf 光電檢測器的噪聲包括散粒噪聲和暗電流噪聲，光電檢測器的噪聲包括散粒噪聲和暗電流噪聲，散粒噪聲和暗電流噪聲的雙邊功率譜密度可表示為散粒噪聲和暗電流噪聲的雙邊功率譜密度可表示為Is和和Id：光生電流和暗電流：光生電流和暗電流對于光電二極管，對于光電二極管，G= 1，則有，則有對于光電二極管和對于光電二極管和APD，輸入端等效的并聯(lián)電流噪，輸入端等效的并聯(lián)電流

24、噪聲源的功率譜密度可分別表示如下聲源的功率譜密度可分別表示如下 對對PD i= 0或或12d s0sdd ieIf2d a rk0ddd ieIf2nd0sidd()d ieIIf2nd20sidd()()d ieIIG F Gf對對APD i = 0或或1Is0和和Is1分別對應(yīng)分別對應(yīng)“0”碼和碼和“1”碼時的光生電流碼時的光生電流 在在放大器和均衡濾波器輸出端放大器和均衡濾波器輸出端APD的噪聲功率的噪聲功率為為 對對“1”碼碼222nd00s0dd()( )( ) 02TVe II G F GZ對 “” 碼222nd10s1dd()( )( )2TVe II G F GZ 若兩個隨機變

25、量的概率分布都是高斯函數(shù)，則它若兩個隨機變量的概率分布都是高斯函數(shù)，則它們之和的概率密度函數(shù)也是高斯函數(shù)，且其方差等于們之和的概率密度函數(shù)也是高斯函數(shù)，且其方差等于兩個隨機變量的方差之和。高斯分布的這一特點使接兩個隨機變量的方差之和。高斯分布的這一特點使接收機靈敏度的計算得到簡化。收機靈敏度的計算得到簡化。22211nznand 在高斯近似下，放大器和均衡濾波器輸出端的總在高斯近似下，放大器和均衡濾波器輸出端的總噪聲的概率密度函數(shù)依然是高斯函數(shù)，且總噪聲功率噪聲的概率密度函數(shù)依然是高斯函數(shù)，且總噪聲功率為為對對“0”碼碼22200nznand對對“1”碼碼已知已知“0”和和“1碼碼”方差，方差

26、，“0”和和“1”碼的高斯分布確碼的高斯分布確定，用靈敏度計算的一般方法，可求一定輸入功率下定，用靈敏度計算的一般方法，可求一定輸入功率下的誤碼率，或據(jù)誤碼率要求，求接收機靈敏度。的誤碼率，或據(jù)誤碼率要求，求接收機靈敏度。 當(dāng)判決電平為當(dāng)判決電平為D時，時，“0”碼誤判為碼誤判為“1”碼的概率碼的概率為為20012001expd22DvvEv對上式進行變量變換，令對上式進行變量變換，令 ，得，得 同樣，同樣，“1”碼誤判為碼誤判為“0”碼的概率為碼的概率為令令 上式變換成上式變換成 00vvx2002011ed2xDvEx21102111expd22Dv vEv11vvx2112101ed2x

27、vDEx 如果接收的隨機脈沖序列中如果接收的隨機脈沖序列中“1”碼出現(xiàn)的概率碼出現(xiàn)的概率等于等于“0”碼出現(xiàn)的概率，總誤碼率為碼出現(xiàn)的概率，總誤碼率為 為使總誤碼率達到最小，一般令為使總誤碼率達到最小，一般令E01=E10，只需只需使使Q值含有信噪比的信息，可由要求的誤碼率來確定，值含有信噪比的信息，可由要求的誤碼率來確定，它和誤碼率的關(guān)系為它和誤碼率的關(guān)系為 01101122BEREE0101DvvDQ221ed2xQBERx 誤碼率與誤碼率與Q值的關(guān)系值的關(guān)系根據(jù)系統(tǒng)要求的誤碼率由圖確定根據(jù)系統(tǒng)要求的誤碼率由圖確定Q值值BER=10-9時，時，Q=6，BER=10-15時，時，Q=7.9(

28、 )( )( )( )()outinTinTVti tZ tiZ td （1）從卷積關(guān)系推導(dǎo)光電檢測器的噪聲功率，并）從卷積關(guān)系推導(dǎo)光電檢測器的噪聲功率，并假設(shè)判決時有最壞的碼元組合假設(shè)判決時有最壞的碼元組合 在判決第在判決第0個元碼的時刻，鄰近碼元都是個元碼的時刻，鄰近碼元都是“1”碼時，鄰碼對第碼時，鄰碼對第0個碼元的噪聲干擾最嚴(yán)重。個碼元的噪聲干擾最嚴(yán)重。 （2）假設(shè)判決時無碼間干擾）假設(shè)判決時無碼間干擾 假設(shè)接收機具有良好的均衡能力，能將輸出波假設(shè)接收機具有良好的均衡能力，能將輸出波形均衡為無碼間干擾的、具有升余弦頻譜的波形。形均衡為無碼間干擾的、具有升余弦頻譜的波形。此此時，放大器和

29、均衡濾波器的傳遞函數(shù)隨輸入波形而變，時，放大器和均衡濾波器的傳遞函數(shù)隨輸入波形而變，可用輸入波形和輸出波形的頻譜來表示可用輸入波形和輸出波形的頻譜來表示 S. D. Personick 引入引入 ,I1 ,I2和和I3 四個積分參四個積分參量來計算光電檢測器和放大器的噪聲，并對輸入為矩量來計算光電檢測器和放大器的噪聲，并對輸入為矩脈沖、高斯脈沖脈沖、高斯脈沖 和指數(shù)脈沖、輸出為升余弦頻譜的和指數(shù)脈沖、輸出為升余弦頻譜的波形的情況，計算了積分參量的值。波形的情況，計算了積分參量的值。 outinTHHH1 1( )( )( )*( )( )outoutinkininHkHkHkHkHk1( )(

30、 )( )*( )( )outoutinininHHIHdHHfB02 B 0( )()( )inininHHH 0()()( )outoutoutHHTH 歸一化頻率歸一化頻率 B是比特速率，是比特速率， 0=2 B，T=1/B是碼元間隔是碼元間隔 2233d2TTIZ221d2TIZTI2和和I3可以簡化放大器噪聲的計算，它們的表達式為可以簡化放大器噪聲的計算，它們的表達式為利用參量利用參量I2和和I3可使放大器的輸出噪聲公式簡化為可使放大器的輸出噪聲公式簡化為2t2na232bt22EIECSkKvSTIS IRTR 22 222na t2bt2d1d 22ITETkKvSZSZCRR定

31、義放大器的噪聲參量定義放大器的噪聲參量z為為22nat232222b0t0022EIEvCSTkKzSIS IReRe Te（3）假設(shè)探測器的暗電流為零）假設(shè)探測器的暗電流為零 （4）假設(shè)光源的消光比）假設(shè)光源的消光比EXT=0，同時將過剩噪聲，同時將過剩噪聲系數(shù)系數(shù)F（G）近似為）近似為22xgFGggx是是APD的過剩噪聲指數(shù)的過剩噪聲指數(shù) 。 APD的雪崩增益存在使靈敏度最高的最佳值的雪崩增益存在使靈敏度最高的最佳值Gopt,聯(lián)立求解靈敏度和聯(lián)立求解靈敏度和Gopt的計算公式，可的計算公式，可得計算靈敏度和最佳雪崩增益的一組計算公式。得計算靈敏度和最佳雪崩增益的一組計算公式。 APD之所

32、以存在之所以存在Gopt是因為是因為APD存在過剩噪存在過剩噪聲。因為聲。因為APD的噪聲功率與的噪聲功率與G2+x成正比，信號功率與成正比，信號功率與G2成正比，隨著成正比，隨著G的增大，噪聲功率的增加快于信號的增大，噪聲功率的增加快于信號功率的增加。當(dāng)功率的增加。當(dāng)G較小時，放大器的噪聲占主導(dǎo)，隨較小時，放大器的噪聲占主導(dǎo)，隨著著G的增加，接收機的靈敏度提高；當(dāng)?shù)脑黾樱邮諜C的靈敏度提高；當(dāng)G增加到一定增加到一定值后，值后，APD的噪聲占主導(dǎo)，繼續(xù)增加的噪聲占主導(dǎo)，繼續(xù)增加G不能提高接收不能提高接收機的靈敏度。因此，機的靈敏度。因此，G存在最佳值。存在最佳值。（1）當(dāng)用）當(dāng)用APD作為檢測

33、器時，得到作為檢測器時，得到式中式中111122112212opt xxxxgQz22221122max12xxxxxxxxhbQz215151 5211 516 12 xIIIxImaxmin2bpT用平均光功率表示接收機的靈敏度，有用平均光功率表示接收機的靈敏度，有 bmax 、bmin ：“1”碼、碼、 “0”碼時輸入光能量。碼時輸入光能量。 511 II2511111 I（2）用）用PIN光電二極管作檢測器光電二極管作檢測器 若用若用PIN光電二極管作檢測器，光電二極管作檢測器， = 1，放大，放大器的噪聲占主導(dǎo)，器的噪聲占主導(dǎo)， PIN的噪聲可以忽略。的噪聲可以忽略。g接收機靈敏度可

34、表示為接收機靈敏度可表示為（3）判決電平的計算公式）判決電平的計算公式消光比為零時消光比為零時最佳判決電平的計算公式最佳判決電平的計算公式 0和和 1：“0”和和“1”碼時總噪聲的標(biāo)準(zhǔn)偏差，碼時總噪聲的標(biāo)準(zhǔn)偏差，bmaxbmin, 1 0。最佳判決電平應(yīng)低于最佳判決電平應(yīng)低于“0”和和“1”電平的中點。電平的中點。 總噪聲的標(biāo)準(zhǔn)偏差總噪聲的標(biāo)準(zhǔn)偏差; 靈敏度誤差靈敏度誤差1dB，較小，較小，偏高，判決電壓偏低。偏高，判決電壓偏低。1 / 2m ax2 Q hbz1 / 2m inQ hpzT05max012111DIb（1）靈敏度與放大器噪聲的關(guān)系）靈敏度與放大器噪聲的關(guān)系 光電二極管作檢測器

35、，散粒噪聲可以忽略，放大器光電二極管作檢測器，散粒噪聲可以忽略，放大器噪聲是影響接收機靈敏度的主要因素。用噪聲是影響接收機靈敏度的主要因素。用APD作檢測器，作檢測器，APD的過剩噪聲也是影響接收機靈敏度的重要因素，放的過剩噪聲也是影響接收機靈敏度的重要因素，放大器噪聲影響相對減小。大器噪聲影響相對減小。bmax與與z的關(guān)系：的關(guān)系： （PIN光電二極管作檢測器）光電二極管作檢測器） （APD作檢測器，最佳雪崩增益）作檢測器，最佳雪崩增益） SiAPD的的x=0.5，bmax z1/6放大器噪聲的大小與最佳雪崩增益有關(guān)，放大器噪聲的大小與最佳雪崩增益有關(guān)，APD非最佳雪非最佳雪崩增益會降低靈敏

36、度。崩增益會降低靈敏度。1/ 2maxbz22maxxxbz（2）接收機靈敏度與比特速率的關(guān)系）接收機靈敏度與比特速率的關(guān)系 z和和Pmin與與T有關(guān)，分析有關(guān)，分析Pmin與與T的關(guān)系，可得靈的關(guān)系，可得靈敏度與比特率的關(guān)系。從物理概念上講，比特率提敏度與比特率的關(guān)系。從物理概念上講，比特率提高，放大器和均衡器帶寬增加，噪聲等效帶寬增加，高，放大器和均衡器帶寬增加，噪聲等效帶寬增加，放大器和光電檢測器噪聲的影響加劇。放大器和光電檢測器噪聲的影響加劇。對比特速率對比特速率較高的系統(tǒng)，接收機靈敏度與比特速率的關(guān)系為：較高的系統(tǒng)，接收機靈敏度與比特速率的關(guān)系為：l l PIN光電二極管作檢測器時，

37、比特率增加倍頻程，光電二極管作檢測器時，比特率增加倍頻程，靈敏度約下降靈敏度約下降4.5 dB；l l APD作檢測器（設(shè)作檢測器（設(shè)x0.5）作檢測器時，且工作在）作檢測器時，且工作在最佳雪崩增益時，比特率增加倍頻程，靈敏度約下最佳雪崩增益時，比特率增加倍頻程，靈敏度約下降降3.5 dB。（3）靈敏度與輸入波形的關(guān)系）靈敏度與輸入波形的關(guān)系 高斯近似的基本出發(fā)點：接收機有良好的均衡高斯近似的基本出發(fā)點：接收機有良好的均衡能力，有與輸入脈沖對應(yīng)的均衡電路。當(dāng)不同寬度、能力，有與輸入脈沖對應(yīng)的均衡電路。當(dāng)不同寬度、不同形狀的光脈沖輸入時，經(jīng)過均衡濾波電路后輸不同形狀的光脈沖輸入時，經(jīng)過均衡濾波電

38、路后輸出都是升余弦譜的波形。因此，出都是升余弦譜的波形。因此，在一定比特率下，在一定比特率下，接收機需要的帶寬是由輸入波形所決定的。輸入脈接收機需要的帶寬是由輸入波形所決定的。輸入脈沖波形越窄，其頻譜越寬，接收機的頻帶就可以窄沖波形越窄，其頻譜越寬，接收機的頻帶就可以窄一些，這樣有利于限制高頻噪聲，提高靈敏度。輸一些，這樣有利于限制高頻噪聲，提高靈敏度。輸入入 脈沖時，放大器的噪聲最小，靈敏度最高；脈沖時，放大器的噪聲最小，靈敏度最高；發(fā)送發(fā)送RZ碼時接收機的靈敏度比碼時接收機的靈敏度比NRZ碼要高。碼要高。 lt（4）消光比對靈敏度的影響）消光比對靈敏度的影響殘余光使消光比不為零殘余光使消光

39、比不為零消光比引起的靈敏度的惡化量消光比引起的靈敏度的惡化量 消光比不為零：消光比不為零：“0”碼時，光源沒有完全熄滅，碼時，光源沒有完全熄滅，調(diào)制脈沖疊加在殘余光上。調(diào)制脈沖疊加在殘余光上。（5）激光器和光纖系統(tǒng)的噪聲對靈敏度的影響）激光器和光纖系統(tǒng)的噪聲對靈敏度的影響 前面僅考慮了接收機的噪聲，前面僅考慮了接收機的噪聲，激光器和光纖系激光器和光纖系統(tǒng)也會產(chǎn)生噪聲，統(tǒng)也會產(chǎn)生噪聲，主要有：主要有：l激光器的量子噪聲激光器的量子噪聲 激光器輸出光場的相位和幅度做隨機布朗運動，激光器輸出光場的相位和幅度做隨機布朗運動，表現(xiàn)為激光器諧振腔內(nèi)光量子數(shù)及其相位的隨機起伏，表現(xiàn)為激光器諧振腔內(nèi)光量子數(shù)及

40、其相位的隨機起伏，是激光器的本征噪聲是激光器的本征噪聲。量子噪聲對相干、模擬光纖通。量子噪聲對相干、模擬光纖通信系統(tǒng)影響大，對直接檢測數(shù)字系統(tǒng)影響可略。信系統(tǒng)影響大，對直接檢測數(shù)字系統(tǒng)影響可略。 l模式分配噪聲模式分配噪聲 在調(diào)制時，多縱模激光器各模式功率的總和不在調(diào)制時，多縱模激光器各模式功率的總和不隨時間變化，但各模式自身功率隨時間變化。經(jīng)光纖隨時間變化，但各模式自身功率隨時間變化。經(jīng)光纖材料色散影響，各模式分開，在材料色散影響，各模式分開，在PD上產(chǎn)生隨機起伏。上產(chǎn)生隨機起伏。這種噪聲對寬帶、長中繼距離系統(tǒng)影響大。這種噪聲對寬帶、長中繼距離系統(tǒng)影響大。l模式噪聲模式噪聲 多模光纖與窄譜線

41、激光器配合時，光纖中各導(dǎo)多模光纖與窄譜線激光器配合時，光纖中各導(dǎo)波模之間將產(chǎn)生明顯的干涉圖樣，波模之間將產(chǎn)生明顯的干涉圖樣，在光纖截面上的功在光纖截面上的功率分布不均勻。因光纖中的各種效應(yīng)及波長起伏，故率分布不均勻。因光纖中的各種效應(yīng)及波長起伏，故干涉圖極不穩(wěn)定、不斷變化。接頭、連接器和光纖受干涉圖極不穩(wěn)定、不斷變化。接頭、連接器和光纖受到隨機擾動，僅使一部分光斑通過。光斑的變化使功到隨機擾動，僅使一部分光斑通過。光斑的變化使功率產(chǎn)生寄生調(diào)幅，形成噪聲。光源相干性越好，光纖率產(chǎn)生寄生調(diào)幅，形成噪聲。光源相干性越好，光纖色散越小，模式噪聲影響越大。色散越小，模式噪聲影響越大。 l反射噪聲反射噪聲

42、 系統(tǒng)耦合機構(gòu)的輸入端、光纖端面和接頭會產(chǎn)系統(tǒng)耦合機構(gòu)的輸入端、光纖端面和接頭會產(chǎn)生反射，反射光反饋到激光器，使激光器輸出功率和生反射，反射光反饋到激光器，使激光器輸出功率和功率譜浮動；在不同反射點之間來回反射，形成多徑功率譜浮動；在不同反射點之間來回反射，形成多徑反射噪聲。反射噪聲。1.1.已知前置放大器有源器件在輸入端的等效噪聲源的已知前置放大器有源器件在輸入端的等效噪聲源的功率譜密度分別為功率譜密度分別為SI=410-24 A2/Hz，SE=410-18 V2/Hz，RtRb=1 k，Ct=2 pF，輸入為全占空的矩形，輸入為全占空的矩形脈沖，輸出為升余弦脈沖脈沖，輸出為升余弦脈沖( =

43、1)，碼速率，碼速率100 Mbit/s ，求求 放大器的噪聲參量放大器的噪聲參量z； 如果將如果將Rb變?yōu)樽優(yōu)?00 k，并設(shè)這時，并設(shè)這時Rt仍近似等于仍近似等于Rb，求，求z的變化；的變化； 若若Ct增加為增加為5 pF，求，求z的變化。的變化。 注：在輸入為全占空的矩形脈沖，輸出為升余弦脈注：在輸入為全占空的矩形脈沖，輸出為升余弦脈沖沖( =1)的情況下，積分參量的情況下，積分參量1=1.13，I1=1.10，I2=1.13，I3=0.174。習(xí)習(xí) 題題（暫不做）（暫不做）2.2.若若Rb=20 k，系統(tǒng)的誤碼率要求達到，系統(tǒng)的誤碼率要求達到10-9，在下面，在下面的三種情況下求接收機

44、的靈敏度（用高斯近似法）：的三種情況下求接收機的靈敏度（用高斯近似法）： =0.85 m，用光電二極管作檢測器，用光電二極管作檢測器， =0.75，Id0，光源的消光比為零；，光源的消光比為零； 用用Si-APD作檢測器，作檢測器， =0.85 m， =0.75，x=0.5，APD工作在最佳雪崩狀態(tài)，工作在最佳雪崩狀態(tài)， Id0，光源的，光源的EXT=0，查表可得，查表可得1=1.13，I1=1.10； 用用InGaAs-APD作檢測器，作檢測器， =1.3 m， =0.75 ，x=0.8，Id0，EXT=0。此題暫不做此題暫不做 一個頻域受限系統(tǒng)，時域響應(yīng)是無限的，其輸一個頻域受限系統(tǒng)，時域

45、響應(yīng)是無限的，其輸出波形有很長的拖尾，使前后碼元在波形上互相重出波形有很長的拖尾，使前后碼元在波形上互相重疊，產(chǎn)生碼間干擾，降低靈敏度。通過設(shè)計具有特疊，產(chǎn)生碼間干擾，降低靈敏度。通過設(shè)計具有特定頻譜的波形，可使頻帶受限系統(tǒng)時域響應(yīng)在其它定頻譜的波形，可使頻帶受限系統(tǒng)時域響應(yīng)在其它碼元時刻的拖尾為零。在光纖通信系統(tǒng)中，輸出波碼元時刻的拖尾為零。在光纖通信系統(tǒng)中，輸出波形一般被均衡成具有升余弦譜。形一般被均衡成具有升余弦譜。 設(shè)發(fā)送脈沖的頻譜為設(shè)發(fā)送脈沖的頻譜為S( ) ，Hof ( )、Ham( )、Heq( )分別是光纖、放大器和均衡網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)，分別是光纖、放大器和均衡網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)，對

46、于任意的輸入波形，只要均衡網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為對于任意的輸入波形，只要均衡網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為 eqofamAHSHH升余弦譜為升余弦譜為1( )1 sin|22TAT10(1)0 |T (1)(1)| |TT (1)|T 按按Heq( )的公式設(shè)計均衡網(wǎng)絡(luò)非常復(fù)雜，一般的公式設(shè)計均衡網(wǎng)絡(luò)非常復(fù)雜，一般是找特性近似的網(wǎng)絡(luò)代替，再由實驗調(diào)整。是找特性近似的網(wǎng)絡(luò)代替，再由實驗調(diào)整。就可在判決時做到無碼間干擾就可在判決時做到無碼間干擾低速光纖通信系統(tǒng)中的可變均衡電路低速光纖通信系統(tǒng)中的可變均衡電路 (a) 原理圖原理圖 (b) 等效電路等效電路 22in121i LRHRLLCi CR Bb/Hvv傳遞函數(shù)

47、傳遞函數(shù)可求出此均衡網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為可求出此均衡網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為根據(jù)系統(tǒng)要求，改變根據(jù)系統(tǒng)要求，改變R、L1、L2和和C的值，可改變的值，可改變網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)。網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)。 對于高比特率光纖傳輸系統(tǒng)，均衡電路的主要對于高比特率光纖傳輸系統(tǒng)，均衡電路的主要任務(wù)是提升高頻。任務(wù)是提升高頻。射極可變均衡電路在射極電阻上射極可變均衡電路在射極電阻上并聯(lián)小電容和阻容回路（并聯(lián)小電容和阻容回路（Rm，一般，一般選取選取n=m+1。mBnB碼有碼有1B2B、3B4B、5B6B、 8B9B、 17B18B等等等。 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

48、，變換為個碼字，變換為4B碼時，共有碼時，共有(24)16個碼字。個碼字。 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個碼個碼字中挑選字中挑選8個碼字來代替?zhèn)€碼字來代替3B碼。設(shè)計者應(yīng)根據(jù)最佳線碼。設(shè)計者應(yīng)根據(jù)最佳線路碼特性的原則來選擇碼表。路碼特性的原則來選擇碼表。 例如：在例如：在3B碼中若有碼中若有2個個“0”，變?yōu)?，變?yōu)?B碼時補碼時補1個個“”；在；在3B碼中若有碼中若有2個個“1”，變?yōu)?，變?yōu)?B碼時補碼時補1個個“0”。而。而000交替使用交替使用0001和和1110；111交替使用交替使用0111和和1000。同時，規(guī)定一些禁止使用的碼字，稱為。同

49、時，規(guī)定一些禁止使用的碼字，稱為禁字，例如禁字，例如0000和和1111。 0111 1111111 0110 1110110 0101 1101101 0100 1100100 0011 1011011 0010 1010010 0001 1001001 0000 10000004B3B3B和和4B的碼字的碼字 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”碼的數(shù)碼的數(shù)目，則目，則WDS為正；如果為正；如果“0”碼的數(shù)目多于碼的數(shù)目多于“1”碼數(shù)碼數(shù)目，目， 則則WDS為負；如果為負；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。 例如：對于例如：對于01

50、11，WDS=+2；對于；對于0001， WDS=-2；對于；對于0011，WDS=0。 以以3B4B為例，應(yīng)選擇為例，應(yīng)選擇WDS=0和和WDS=2的碼字，的碼字， 禁止使用禁止使用WDS=4的碼字。的碼字。 根據(jù)這個規(guī)則編制了一種根據(jù)這個規(guī)則編制了一種3B4B碼表，表中正組和碼表，表中正組和負組交替使用。負組交替使用。 線路碼（線路碼（4B）信號碼（信號碼（3B）模式模式2（負組）（負組）模式模式1（正組）（正組）WDS碼子碼子WDS碼子碼子-20010+211011117-21000+2011111060101001010101501001010011004001100011001130

51、0101001010102-20001+211100011-20100+210110000一種一種3B4B碼表碼表 由于變換為由于變換為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，刪去：的數(shù)目，刪去：000011、110000、001111和和111100。 禁用禁用WDS=4和和6的碼字。根據(jù)這個規(guī)則編制的碼字。根據(jù)這個規(guī)則編制了一種了一種5B6B碼表，正組和負組交替使用。表中正組選碼表，正組和負組交替使用。表中正組選用用20個個WDS=0和和12個個WDS=+2，負組選用，負組選用20個個WDS=0和和12個個WDS=-2。 線路碼（線路碼（6B）信號

52、碼（信號碼（5B）模式模式2（負組）（負組）模式模式1（正組）（正組）WDS碼字碼字WDS碼字碼字-2000101+21110101111131-2001001+21101101111030-2010001+2101101110129011100001110001110028-2000110+21110011101127011010001101001101026011001001100101100125續(xù)表續(xù)表 (1) 碼流中碼流中“0”和和“1”碼的概率相等，連碼的概率相等，連“0”和和連連“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，

53、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，便于在線誤碼檢在碼流中引入一定的冗余碼，便于在線誤碼檢測。測。 mBnB碼的缺點是傳輸輔助信號比較困難。碼的缺點是傳輸輔助信號比較困難。因此，因此，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)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)備中，不宜用這種碼型。備中，不宜用這種碼型。 2 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： 一種是組合邏輯電路，就是把整個編譯碼器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(guī)模專用集都集成在一小塊芯片上，組成一個大規(guī)模專用集成塊，國

54、外設(shè)備大多采用這種方法。成塊，國外設(shè)備大多采用這種方法。 一種是把設(shè)計好的碼表全部存儲到一塊只讀一種是把設(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，國內(nèi)設(shè)備一般采用這種內(nèi)而構(gòu)成，國內(nèi)設(shè)備一般采用這種方法。方法。 以以3B4B碼為例，介紹碼表存儲編碼器的工作原碼為例，介紹碼表存儲編碼器的工作原理。首先把設(shè)計好的碼表存入理。首先把設(shè)計好的碼表存入PROM內(nèi)，待變換的信內(nèi)，待變換的信號碼流通過串號碼流通過串-并變換電路變?yōu)椴⒆儞Q電路變?yōu)?比特一組的碼比特一組的碼b1、b2、b3，并行輸出作為并行輸出作為PROM的地址碼，在地址碼作用下，的地址碼，在地址碼作用下，PROM根據(jù)存儲的

55、碼表，根據(jù)存儲的碼表， 輸出與地址對應(yīng)的并行輸出與地址對應(yīng)的并行4B碼，再經(jīng)過并碼，再經(jīng)過并-串變換電路，讀出已變換的串變換電路，讀出已變換的4B碼流。碼流。 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碼表存儲編碼器原理碼表存儲編碼器原理 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，從時，從A、B分別送出控制信號，通過分別送出控制信號，通過C線線決定組別。決定組別。 譯碼器與編碼器基本相同，只是除去組別控制譯碼器與編碼器基本相同，只是除去組別控制部分。部分。譯碼時，把送來的已變換的譯

56、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，作為比特并聯(lián)為一組，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。 其他的其他的mBnB碼編譯碼電路原理相同，只是電路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。復(fù)雜程度有所區(qū)別而已。 插入碼 插入碼是把輸入二進制原始碼流分成每插入碼是把輸入二進制原始碼流分成每m比比特特(mB)一組，然后在每組一組，然后在每組mB碼末尾按一定規(guī)律插碼末尾按一定規(guī)律插入一個碼，組成入一個碼，組成m+1個碼為一組的線路碼流。根據(jù)個碼為一組的線路碼流。根據(jù)插

57、入碼的規(guī)律，可以分為插入碼的規(guī)律，可以分為mB1C碼、碼、mB1H碼和碼和mB1P碼。碼。 1. 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，把原始碼流分成每碼的編碼原理是，把原始碼流分成每m比特比特(mB)一組，然后在每組一組，然后在每組mB碼的末尾插入碼的末尾插入1比特比特補碼，這個補碼稱為補碼，這個補碼稱為C碼，所以稱為碼，所以稱為mB1C碼。補碼。補碼插在碼插在mB碼的末尾，連碼的末尾，連“0”碼和連碼和連“1”碼的數(shù)目碼的數(shù)目最少。最少。 例如：例如： mB碼為：碼為： 100 110 001 101 mB1C碼為：碼為： 1001 1101 0010 1010

58、C碼的作用是引入冗余碼，可以進行在線誤碼碼的作用是引入冗余碼，可以進行在線誤碼率監(jiān)測；率監(jiān)測； 同時改善了同時改善了“0”碼和碼和“1”碼的分布，有利碼的分布，有利于定時提取。于定時提取。mBCmBCmBCCmB1C碼的結(jié)構(gòu)碼的結(jié)構(gòu) mB1H碼是碼是mB1C碼演變而成的，即在碼演變而成的，即在mB1C碼碼中，扣除部分中，扣除部分C碼，并在相應(yīng)的碼位上插入一個混碼，并在相應(yīng)的碼位上插入一個混合碼合碼(H碼碼)，所以稱為，所以稱為mB1H碼。所插入的碼。所插入的H碼可以碼可以根據(jù)不同用途分為三類：根據(jù)不同用途分為三類： 第一類是第一類是C碼，它是第碼，它是第m位碼的補碼，用于在位碼的補碼，用于在線

59、誤碼率監(jiān)測；線誤碼率監(jiān)測； 第二類是第二類是L碼，用于區(qū)間通信；碼，用于區(qū)間通信； 第三類是第三類是G碼，用于幀同步、公務(wù)、數(shù)據(jù)、監(jiān)碼，用于幀同步、公務(wù)、數(shù)據(jù)、監(jiān)測等信息的傳輸。測等信息的傳輸。 常用的插入碼是常用的插入碼是mB1H碼，有碼，有1B1H碼、碼、4B1H碼碼和和8B1H碼。以碼。以4B1H碼為例，它的優(yōu)點是碼速提高不碼為例，它的優(yōu)點是碼速提高不大，誤碼增值??；可實現(xiàn)在線誤碼檢測、區(qū)間通信和大，誤碼增值小；可實現(xiàn)在線誤碼檢測、區(qū)間通信和輔助信息傳輸。輔助信息傳輸。 缺點是碼流的頻譜特性不如缺點是碼流的頻譜特性不如mBnB碼。但在擾碼碼。但在擾碼后再進行后再進行4B1H變換，可以滿足

60、通信系統(tǒng)的要求。變換，可以滿足通信系統(tǒng)的要求。 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，但碼相似，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個碼內(nèi)個碼內(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 mB1P碼為：碼為：1000 0001 0010 1101 當(dāng)檢測到當(dāng)檢測到m+1個碼內(nèi)個碼內(nèi)“”碼為奇數(shù)時，則認碼為奇數(shù)時，則認為無誤碼。為無誤碼。 (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