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一般為NRZ碼，但是在進行數(shù)字傳輸時要考慮傳輸信道的特點。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，這個過程稱為線路編碼。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碼流中，以盡量減少由于信道干擾效應而引起的差錯。從理論上講，只要包括所引入的冗余度在內(nèi)的信號碼率小于信道容量，就可以實現(xiàn)任何程度的無誤數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸（無誤程度取決于引入冗余度的大小）。

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：1.連“0”控制在三個以下；

2.有+1/0/-1三個電平，極性交替出現(xiàn)；

3.沒有直流分量的漂移。

光纖通信的基本碼型：單極性不歸零碼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HBD3碼型變換設備單極性驅動電路

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

2.能給接收機提供足夠的定時信息；

3.能對光電端機進行不中斷業(yè)務的誤碼檢測；

4.能提供輔助信號和區(qū)間通信信道等。

通過增加線路碼率的冗余度實現(xiàn)。

意義：a.實現(xiàn)不間斷業(yè)務的誤碼監(jiān)測；

b.可與主信號傳送勤務通信；

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

光端機的接口有電接口和光接口之分，電接口碼型應選擇與PCM終端機的接口碼型一致，如AMI，HDB3等，光接口用于光端機和光纜線路的連接，其最適宜采用的仍為二元碼。由于二元碼的缺陷通常對于由電端機輸出的信號碼流，在未對LD調制以前，一般要先擾碼或者進行碼型變換，常用的線路碼型有：加擾二進碼；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)計特性上看不會存在長連“0”或長連“1”碼情況，還可以把直流成分保持在一定的水平。可見它解決了定時信息的提取和基線漂移兩個問題，而且并不增加信號碼率，這一點對于光接口標準化有特殊意義，因此在新一代的光同步傳輸網(wǎng)（SDH）中得到了廣泛的應用。缺點是擾碼后的碼型沒有規(guī)律，不能解決在線檢測誤碼問題。2/5/202361B2B碼

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

2、最大連“0’’連“1”數(shù)僅為2；

3、定時信息豐富，便于不停止

v

業(yè)務的誤碼檢測；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個比特為一個信息組，然后變換為n比特。因為2m＜2n，所以在2n

個字節(jié)中可以找出適合與2m

個輸入字節(jié)相對應的碼。只要適當?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mBnB碼是一種能提高信號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碼組的單個碼字中將“0’’作為-1，“1”作為+1計算出的2/5/20238

代數(shù)和（有些文獻稱之為字數(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”個數(shù)相等，可見只有為偶數(shù)時，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的碼字數(shù)目（0、1各出現(xiàn)四個）為C48＝70，因為26

＜C48

，故而編出的8B零不均等碼字足夠與6B的碼組相對應。同時由于該碼所含0與1的個數(shù)均為偶數(shù)，所以用奇偶校驗進行誤碼檢測比較方便。

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n為奇數(shù)時，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)字和達到平衡，如2B3B、3B4B、5B6B、7B8B等。2/5/2023102．3B4B碼

為了對平衡不均等碼作較詳細的介紹，下面以3B4B碼為例。所謂3B4B碼是將輸入信號碼流每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碼對應？一個好的方案必須符合光纖系統(tǒng)對數(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看，希望選擇d＝0及連0數(shù)少的碼組，所以d=±4的兩組應排除在外。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、負兩個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放入負模式;1011和1101放入正模式。2/5/202313

編碼時，對于3B碼的8種組合，除000、111外其余碼凡含有兩個“0”的，形成4B碼時補一個“1”

，凡含有兩個“1”的，形成4B碼時補一個“0”。

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

遇到碼組的累計數(shù)字和d=±2時，就進行模式轉換，這樣就達到了使傳輸碼流中“0”、“1”碼數(shù)目平衡的目的。模式轉換狀態(tài)如圖所示，圖中S為負模式，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。2/5/202315mBnB編譯碼器

國內(nèi)設備一般采用碼表存儲編碼器即：把設計好的碼表全部存儲到一塊只讀存儲器(PROM)內(nèi)而構成。以3B4B碼為例，碼表存儲編碼器的工作原理示于下圖。首先把設計好的碼表存入PROM內(nèi)，待變換的信號碼流通過串一并變換電路變?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)存儲的碼表，輸出與地址對應的并行4B碼，再經(jīng)過并–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WDS=±2時，從A、B分別送出控制信號，通過C線決定組別。2/5/202316mBnB編譯碼器

待變換的信號碼流→PROM的地址碼→輸出與地址對應的并行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，把送來的已變換的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(qū)別而已。2/5/2023183B4B碼的特點：

1）最大連“0”連“1”數(shù)為4，故定時信息豐富；

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

3）便于實現(xiàn)在線誤碼檢測；

4）變換及反變換電路比較簡單；

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碼簡介

這是近年來在高速光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)中開始應用的一種線路傳輸碼型。它綜合考慮了頻帶利用率和設備復雜性，雖然增加了20％的碼速，卻換取了便于提取定時信息、低頻分量小、可實施監(jiān)測、迅速同步等優(yōu)點。我國已規(guī)定在140Mb/s系統(tǒng)中采用5B6B碼。在實際使用中，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，但程度有所不同，因此如何編制碼表仍是一個重要問題。2/5/202320插入比特碼

插入比特碼是當前我國應用較多的一種線路碼，優(yōu)點是設計靈活，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。

插入比特碼的構造：把輸入的信息序列以m比特為一組，每組后面插入一個冗余比特。這樣組成的線路碼其碼速變換為(m+1)/m，可見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碼稱為奇偶校驗碼，它可以把m位原碼通過末位插入P碼，校正為偶數(shù)碼或奇數(shù)碼。以8B1P為例：圖中的P為偶校驗碼。2/5/2023222．mB1Ci碼

C碼稱為反碼或補碼(Complementary)。若第m位碼為“1”時，C碼編為“0”則稱其為mB1C1碼；若第（m－1）位碼為“1”時，C碼編為“0’’就稱其為mB1C2碼，可見i僅表示補碼的參照碼位置。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mB1Ci碼有以下特點：

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碼有抑制抖動的作用，如果再加擾碼，效果更好；

3）可以實現(xiàn)不中斷業(yè)務的誤碼監(jiān)測（誤碼檢測只針對C碼的監(jiān)督位碼進行）；

4）電路硬件規(guī)模隨著m的增加并不復雜多少。

2/5/2023243．mB1H碼

H碼稱為混合碼（Hybrid），H碼具有多種功用。它實際上是由同步碼、區(qū)間通信、公務、監(jiān)測、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碼進行不中斷業(yè)務的誤碼監(jiān)測。mB1H碼實現(xiàn)了各種信息在同一根光纖中傳送。2/5/202325mB1H碼的基本結構如圖所示

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

2/5/202326

我國采用的有8B1H、4B1H及1B1H碼。下面以8B1H為例詳細說明。8B1H碼：

8B1H碼是對二元信號序列進行(m＋1）/m＝9/8的速率變換，每隔8個比特附加一個冗余比特。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2Mb/s的區(qū)間通信信息（90個話路），兩路數(shù)據(jù)信息，一路監(jiān)測信號和一路公務信號。8B1H碼的幀結構如下圖所示2/5/202327

幀結構中，C碼、F（幀同步）碼與S碼統(tǒng)稱為H碼，圖中各符號表示如下。B為PCM信號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為公務信息；輸入信號碼率：139.264Mb/s線路碼率：139.264Mb/s×9／8＝156.672Mb／s幀長：576比特；幀頻：156.672MHz／576＝272kHz區(qū)間通信速率：272×

8＝2.176Mb／s監(jiān)測用碼速率：272kb／s公務用碼速率：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碼沒有一一對應的碼結構，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實現(xiàn)，現(xiàn)以4B1H碼為例說明

。

4B1H碼是每4個信號碼插入一個H碼，因此變換后碼