光纖通信課件

光纖通信課件第一頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

圖4.14數(shù)字光接收機(jī)方框圖光檢測(cè)器偏壓控制前置放大器AGC電路均衡器判決器時(shí)鐘提取再生碼流主放大器光信號(hào)第二頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日1.光檢測(cè)器

光檢測(cè)器是光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，其性能特別是響應(yīng)度和噪聲直接影響光接收機(jī)的靈敏度。

對(duì)光檢測(cè)器的要求如下：(1)波長(zhǎng)響應(yīng)要和光纖低損耗窗口(0.85μm、1.31μm和1.55μm)兼容；(2)響應(yīng)度要高，在一定的接收光功率下，能產(chǎn)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(hào)；(4)性能穩(wěn)定，可靠性高，壽命長(zhǎng)，功耗和體積小。目前，適合于光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用的光檢測(cè)器有PIN光電二極管和雪崩光電二極管(APD)。第三頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日2.放大器前置放大器應(yīng)是低噪聲放大器，它的噪聲對(duì)光接收機(jī)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(參看4.2.2節(jié))。

主放大器一般是多級(jí)放大器，它的作用是：

（1）提供足夠的增益（2）并通過(guò)它實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制(AGC)，使輸入光信號(hào)在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電信號(hào)保持恒定。

主放大器和AGC決定著光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。第四頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日3.均衡和再生

均衡的目的：

?對(duì)經(jīng)光纖傳輸、光/電轉(zhuǎn)換和放大后已產(chǎn)生畸變(失真)的電信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。?使輸出信號(hào)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。

再生電路包括：判決電路和時(shí)鐘提取電路

再生電路功能：從放大器輸出的信號(hào)與噪聲混合的波形中提取碼元時(shí)鐘，并逐個(gè)地對(duì)碼元波形進(jìn)行取樣判決，以得到原發(fā)送的碼流。第五頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

4.光電集成接收機(jī)圖4.14中除光檢測(cè)器以外的所有元件都是標(biāo)準(zhǔn)的電子器件，很容易用標(biāo)準(zhǔn)的集成電路(IC)技術(shù)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(shù)都能夠使集成電路的工作帶寬超過(guò)2GHz，甚至達(dá)到10GHz。為了適合高傳輸速率的需求，人們一直在努力開(kāi)發(fā)單片光接收機(jī)，即用“光電集成電路(OEIC)技術(shù)”在同一芯片上集成包括光檢測(cè)器在內(nèi)的全部元件。第六頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)于工作在1.3~1.6μm波長(zhǎng)的系統(tǒng)，人們需要基于InP的OEIC接收機(jī)。在1991年試驗(yàn)成功的單路InGaAsOEIC接收機(jī)，其運(yùn)行速率達(dá)5Gb/s。InGaAsOEIC接收機(jī)也可以用混合法實(shí)現(xiàn)。如圖4.15所示，電元件集成在GaAs基片上，而光檢測(cè)器集成在InP基片上，兩個(gè)部分通過(guò)接觸片連接在一起。第七頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4.15光電集成接收機(jī)第八頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日4.2光檢測(cè)器

在耗盡層形成漂移電流。內(nèi)部電場(chǎng)的作用，電子向N區(qū)運(yùn)動(dòng)，空穴向P區(qū)運(yùn)動(dòng)4.2.1光電二極管工作原理

光電二極管(PD)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的功能，是由半導(dǎo)體PN結(jié)的光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。電子和空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)PN結(jié)界面內(nèi)部電場(chǎng)漂移運(yùn)動(dòng)能帶傾斜如果光子的能量大于或等于帶隙(hf≥Eg)當(dāng)入射光作用在PN結(jié)時(shí)發(fā)生受激吸收第九頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日在耗盡層兩側(cè)是沒(méi)有電場(chǎng)的中性區(qū)，由于熱運(yùn)動(dòng)，部分光生電子和空穴通過(guò)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)可能進(jìn)入耗盡層，然后在電場(chǎng)作用下，形成和漂移電流相同方向的擴(kuò)散電流。漂移電流分量和擴(kuò)散電流分量的總和即為光生電流。當(dāng)與P層和N層連接的電路開(kāi)路時(shí)，便在兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種效應(yīng)稱為光電效應(yīng)。當(dāng)連接的電路閉合時(shí)，N區(qū)過(guò)剩的電子通過(guò)外部電路流向P區(qū)。同樣，P區(qū)的空穴流向N區(qū)，便形成了光生電流。當(dāng)入射光變化時(shí)，光生電流隨之作線性變化，從而把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。這種由PN結(jié)構(gòu)成，在入射光作用下，由于受激吸收過(guò)程產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)的運(yùn)動(dòng)，在閉合電路中形成光生電流的器件，就是簡(jiǎn)單的光電二極管(PD)。第十頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日第十一頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日如圖3.19(b)所示，光電二極管通常要施加適當(dāng)?shù)姆聪蚱珘海康氖窃黾雍谋M層的寬度，縮小耗盡層兩側(cè)中性區(qū)的寬度，從而減小光生電流中的擴(kuò)散分量。由于載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)比漂移運(yùn)動(dòng)慢得多，所以減小擴(kuò)散分量的比例便可顯著提高響應(yīng)速度。但是提高反向偏壓，加寬耗盡層，又會(huì)增加載流子漂移的渡越時(shí)間，使響應(yīng)速度減慢。為了解決這一矛盾，就需要改進(jìn)PN結(jié)光電二極管的結(jié)構(gòu)。第十二頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

4.2.2PIN光電二極管

PIN光電二極管的產(chǎn)生

由于PN結(jié)耗盡層只有幾微米，大部分入射光被中性區(qū)吸收，因而光電轉(zhuǎn)換效率低，響應(yīng)速度慢。為改善器件的特性，在PN結(jié)中間設(shè)置一層摻雜濃度很低的本征半導(dǎo)體(稱為I)，這種結(jié)構(gòu)便是常用的PIN光電二極管。第十三頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日PIN光電二極管的工作原理和結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3.20和圖3.21。中間的I層是N型摻雜濃度很低的本征半導(dǎo)體，用Π(N)表示；兩側(cè)是摻雜濃度很高的P型和N型半導(dǎo)體，用P+和N+表示。I層很厚，吸收系數(shù)很小，入射光很容易進(jìn)入材料內(nèi)部被充分吸收而產(chǎn)生大量電子-空穴對(duì)，因而大幅度提高了光電轉(zhuǎn)換效率。兩側(cè)P+層和N+層很薄，吸收入射光的比例很小，I層幾乎占據(jù)整個(gè)耗盡層，因而光生電流中漂移分量占支配地位，從而大大提高了響應(yīng)速度。另外，可通過(guò)控制耗盡層的寬度ω，來(lái)改變器件的響應(yīng)速度。第十四頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日第十五頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3.21PIN光電二極管結(jié)構(gòu)第十六頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日式中，hf為光子能量，e為電子電荷。(3.13)(3.14)PIN光電二極管具有如下主要特性：(一)量子效率和光譜特性。

光電轉(zhuǎn)換效率用量子效率η或響應(yīng)度ρ表示。量子效率η的定義為一次光生電子-空穴對(duì)和入射光子數(shù)的比值響應(yīng)度的定義為一次光生電流IP和入射光功率P0的比值第十七頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日式中，α(λ)和ω分別為I層的吸收系數(shù)和厚度。由式(3.15)可以看到，當(dāng)α(λ)ω>>1時(shí)，η→1，所以為提高量子效率η，I層的厚度ω要足夠大。（1）量子效率和響應(yīng)度取決于材料的特性和器件的結(jié)構(gòu)。假設(shè)器件表面反射率為零，P層和N層對(duì)量子效率的貢獻(xiàn)可以忽略，在工作電壓下，I層全部耗盡，那么PIN光電二極管的量子效率可以近似表示為(3.15)第十八頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

（2）

量子效率的光譜特性取決于半導(dǎo)體材料的吸收光譜α(λ)，對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)的限制由式(3.6)確定，即λc=hc/Eg。圖3.22示出量子效率η和響應(yīng)度ρ的光譜特性，由圖可見(jiàn)，Si適用于0.8~0.9μm波段，Ge和InGaAs適用于1.3~1.6μm波段。響應(yīng)度一般為0.5~0.6(A/W)。第十九頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3-22PIN光電二極管響應(yīng)度、量子效應(yīng)率與波長(zhǎng)的關(guān)系第二十頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日(二)響應(yīng)時(shí)間和頻率特性。光電二極管對(duì)高速調(diào)制光信號(hào)的響應(yīng)能力用脈沖響應(yīng)時(shí)間τ或截止頻率fc(帶寬B)表示。對(duì)于數(shù)字脈沖調(diào)制信號(hào)，把光生電流脈沖前沿由最大幅度的10%上升到90%，或后沿由90%下降到10%的時(shí)間，分別定義為脈沖上升時(shí)間τr和脈沖下降時(shí)間τf。當(dāng)光電二極管具有單一時(shí)間常數(shù)τ0時(shí)，其脈沖前沿和脈沖后沿相同，且接近指數(shù)函數(shù)exp(t/τ0)和exp(-t/τ0)，由此得到脈沖響應(yīng)時(shí)間τ=τr=τf=2.2τ0

(3.16)第二十一頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)于幅度一定，頻率為ω=2πf的正弦調(diào)制信號(hào)，用光生電流I(ω)下降3dB的頻率定義為截止頻率fc。當(dāng)光電二極管具有單一時(shí)間常數(shù)τ0時(shí)，（3.17）PIN光電二極管響應(yīng)時(shí)間或頻率特性主要由光生載流子在耗盡層的渡越時(shí)間τd和包括光電二極管在內(nèi)的檢測(cè)電路RC常數(shù)所確定。第二十二頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)調(diào)制頻率ω與渡越時(shí)間τd的倒數(shù)可以相比時(shí)，耗盡層(I層)對(duì)量子效率η(ω)的貢獻(xiàn)可以表示為(3.18)

由η(ω)/η(0)=得到由渡越時(shí)間τd限制的截止頻率（3.19）式中，渡越時(shí)間τd=ω/vs，ω為耗盡層寬度，vs為載流子渡越速度，比例于電場(chǎng)強(qiáng)度。由式(3.19)和式(3.18)可以看出，減小耗盡層寬度ω，可以減小渡越時(shí)間τd，從而提高截止頻率fc，但是同時(shí)要降低量子效率η。第二十三頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3.23內(nèi)量子效率和帶寬的關(guān)系第二十四頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

由電路RC時(shí)間常數(shù)限制的截止頻率

式中，Rt為光電二極管的串聯(lián)電阻和負(fù)載電阻的總和，Cd為結(jié)電容Cj和管殼分布電容的總和。式中，ε為材料介電常數(shù)，A為結(jié)面積，w為耗盡層寬度。(3.20)(3.21)第二十五頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

(三)噪聲。

噪聲影響光接收機(jī)的靈敏度。

噪聲包括散粒噪聲(ShotNoise)(由信號(hào)電流和暗電流產(chǎn)生)熱噪聲(由負(fù)載電阻和后繼放大器輸入電阻產(chǎn)生)（1）均方散粒噪聲電流〈i2sh〉=2e(IP+Id)B(3.22)e為電子電荷，B為放大器帶寬，IP和Id分別為信號(hào)電流和暗電流。

2eIPB稱為量子噪聲(由于入射光子和所形成的電子-空穴對(duì)都具有離散性和隨機(jī)性而產(chǎn)生)

2eIdB是暗電流產(chǎn)生的噪聲。

暗電流是器件在反偏壓條件下，沒(méi)有入射光時(shí)產(chǎn)生的反向直流電流。第二十六頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日（1）均方熱噪聲電流式中，k=1.38×10-23J/K為波爾茲曼常數(shù)，T為等效噪聲溫度，R為等效電阻，是負(fù)載電阻和放大器輸入電阻并聯(lián)的結(jié)果。因此，光電二極管的總均方噪聲電流為〈i2〉=2e(IP+Id)B+(3.24)(3.23)〈i2T〉=第二十七頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

4.2.3雪崩光電二極管(APD)光電二極管輸出電流

I和反偏壓U的關(guān)系示于圖3.24。隨著反向偏壓的增加，開(kāi)始光電流基本保持不變。當(dāng)反向偏壓增加到一定數(shù)值時(shí)，光電流急劇增加，最后器件被擊穿，這個(gè)電壓稱為擊穿電壓UB。

APD就是根據(jù)這種特性設(shè)計(jì)的器件。根據(jù)光電效應(yīng)，當(dāng)光入射到PN結(jié)時(shí)，光子被吸收而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。

第二十八頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日如果電壓增加到使電場(chǎng)達(dá)到200kV/cm以上，初始電子(一次電子)在高電場(chǎng)區(qū)獲得足夠能量而加速運(yùn)動(dòng)。高速運(yùn)動(dòng)的電子和晶格原子相碰撞，使晶格原子電離，產(chǎn)生新的電子-空穴對(duì)。新產(chǎn)生的二次電子再次和原子碰撞。如此多次碰撞，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，致使載流子雪崩式倍增，見(jiàn)圖3.25。

所以這種器件就稱為雪崩光電二極管(APD)。第二十九頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3.24光電二極管輸出電流I和反向偏壓U的關(guān)系

第三十頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3.25APD載流子雪崩式倍增示意圖(只畫(huà)出電子）第三十一頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3.26APD結(jié)構(gòu)圖圖3.26示出的N+PΠP+結(jié)構(gòu)被稱為拉通型APD。第三十二頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日APD的響應(yīng)度比PIN增加了g倍。U為反向偏壓，UB為擊穿電壓，n為與材料特性和入射光波長(zhǎng)有關(guān)的常數(shù)，R為體電阻。當(dāng)U≈UB時(shí)，RIo/UB<<1，上式可簡(jiǎn)化為對(duì)APD特性新引入的參數(shù)是倍增因子和附加噪聲指數(shù)倍增因子

倍增因子g(一次光生電流產(chǎn)生的平均增益的倍數(shù))定義為APD輸出光電流Io和一次光生電流IP的比值。(3.25)(3.26)(3.27)第三十三頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

2.過(guò)剩噪聲因子雪崩效應(yīng)不僅對(duì)信號(hào)電流而且對(duì)噪聲電流同樣起放大作用。APD的均方量子噪聲電流為〈i2q〉=2eIPBg2(3.26a)這是對(duì)噪聲電流直接放大產(chǎn)生的，并未引入新的噪聲成分。引入新的噪聲成分，并表示為附加噪聲因子F。F(>1)是雪崩效應(yīng)的隨機(jī)性引起噪聲增加的倍數(shù)，設(shè)F=gx，APD的均方量子噪聲電流應(yīng)為〈i2q〉=2eIPBg2+x(3.26b)式中，x為附加噪聲指數(shù)。

第三十四頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日同理，APD暗電流產(chǎn)生的均方噪聲電流應(yīng)為〈i2d〉=2eIdBg2+x(3.27)

附加噪聲指數(shù)x與器件所用材料和制造工藝有關(guān)Si-APD的x=0.3~0.5，Ge-APD的x=0.8~1.0，InGaAs-APD的x=0.5~0.7。當(dāng)式(3.26)和式(3.27)的g=1時(shí)，得到的結(jié)果和PIN相同第三十五頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

4.2.4光電二極管一般性能和應(yīng)用表3.3和表3.4列出半導(dǎo)體光電二極管(PIN和APD)的一般性能。

APD是有增益的光電二極管，在光接收機(jī)靈敏度要求較高的場(chǎng)合，采用APD有利于延長(zhǎng)系統(tǒng)的傳輸距離。

靈敏度要求不高的場(chǎng)合，一般采用PIN-PD。第三十六頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日-5~-15-5~-15工作電壓/V1~20.5~1結(jié)電容Cj/pF0.2~12~10響應(yīng)時(shí)間2~50.1~1暗電流Id/nA0.6(1.3)0.4(0.85)響應(yīng)度1.0~1.60.4~1.0波長(zhǎng)響應(yīng)InGaAs-PINSi-PIN表3.3PIN光電二極管一般特性第三十七頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日0.5~0.70.3~0.4附加噪聲指數(shù)x20~3030~100倍增因子g40~6050~100工作電壓/V<0.51~2結(jié)電容Cj/pF0.1~0.30.2~0.5響應(yīng)時(shí)間10~200.1~1暗電流Id/nA05~0.70.5響應(yīng)度1~1.650.4~1.0波長(zhǎng)響應(yīng)InGaAs-APDSi-APD表3.4雪崩光電二極管（APD）一般性能第三十八頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日4.3光接收機(jī)的特性4.3.1噪聲特性

光接收機(jī)的噪聲有兩部分：

外部電磁干擾產(chǎn)生

這部分噪聲的危害可以通過(guò)屏蔽或?yàn)V波加以消除；

內(nèi)部產(chǎn)生這部分噪聲是在信號(hào)檢測(cè)和放大過(guò)程中引入的隨機(jī)噪聲，只能通過(guò)器件的選擇和電路的設(shè)計(jì)與制造盡可能減小，一般不可能完全消除。第三十九頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日我們要討論的噪聲是指內(nèi)部產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲。光接收機(jī)噪聲的主要來(lái)源是:光檢測(cè)器的噪聲和前置放大器的噪聲。因?yàn)榍爸眉?jí)輸入的是微弱信號(hào)，其噪聲對(duì)輸出信噪比影響很大，而主放大器輸入的是經(jīng)前置級(jí)放大的信號(hào)，只要前置級(jí)增益足夠大，主放大器引入的噪聲就可以忽略。第四十頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4.16光接收機(jī)的噪聲等效模型第四十一頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4.16示出光接收機(jī)的噪聲等效模型，由光檢測(cè)器和放大器兩部分組成。

〈iq2〉光檢測(cè)器的量子噪聲產(chǎn)生的均方噪聲電流(等效噪聲功率)

，相應(yīng)的功率譜密度表示為Sq

〈id2〉光檢測(cè)器的暗電流噪聲產(chǎn)生的均方噪聲電流(等效噪聲功率)，其相應(yīng)的功率譜密度Sdip

光檢測(cè)器的輸出光生電流R光檢測(cè)器的偏置電阻C光檢測(cè)器的電容(結(jié)電容和其他電容)

第四十二頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日放大器分解為:

理想放大器

等效噪聲電流源〈i02〉相應(yīng)的功率譜密度SI等效噪聲電壓源〈u02〉，相應(yīng)的功率譜密度SERin放大器的輸入電阻。

第四十三頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

折合到電放大器輸入端的噪聲主要包括光檢測(cè)器產(chǎn)生的量子噪聲、暗電流噪聲和電阻熱噪聲及放大器產(chǎn)生的噪聲。它們的電流均方值分別為其中，為一次光生信號(hào)電流，Id為暗電流。第四十四頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日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(jì)算。常用三種類型前置放大電路示于圖4.17，

這樣，折合到放大器輸入端的均方噪聲電流為第四十五頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

圖4.17光接收機(jī)的前置級(jí)放大電路(a)雙極型晶體管；(b)場(chǎng)效應(yīng)管；(c)跨阻型第四十六頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日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(diǎn)是輸入阻抗低，電路時(shí)間常數(shù)RC小于信號(hào)脈沖寬度T，因而碼間干擾小，適用于高速率傳輸系統(tǒng)。(2)場(chǎng)效應(yīng)管前置放大器的主要特點(diǎn)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(tǒng)。(3)跨阻型前置放大器最大的優(yōu)點(diǎn)是改善了帶寬特性和動(dòng)態(tài)范圍，并具有良好的噪聲特性。第四十七頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

4.3.2誤碼率

由于噪聲的存在，放大器輸出的是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，其取樣值是隨機(jī)變量，因此在判決時(shí)可能發(fā)生誤判，把發(fā)射的“0”碼誤判為“1”碼，或把“1”碼誤判為“0”碼。光接收機(jī)對(duì)碼元誤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(zhǎng)時(shí)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)的比值來(lái)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(shù)來(lái)計(jì)算。如圖4.18所示，I1是“1”碼的電流，I0是“0”碼的電流。Im是“１”碼的平均電流，而“0”碼的平均電流為0。D為判決門(mén)限值，一般取D=Im

/2。第四十八頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4.18計(jì)算誤碼率的示意圖第四十九頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日在“１”碼時(shí)，如果在取樣時(shí)刻帶有噪聲的電流I1<D，則可能被誤判為“0”碼；在“0”碼時(shí)，如果在取樣時(shí)刻帶有噪聲的電流I0>D，則可能被誤判為“１”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(jī)輸出噪聲的概率分布十分復(fù)雜，一般假設(shè)噪聲電流(或電壓)的瞬時(shí)值服從高斯分布，其概率密度函數(shù)為:式中x是代表噪聲這一高斯隨機(jī)變量的取值，其均值為零，方差為σ2。(4.8)第五十頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日在已知光檢測(cè)器和前置放大器的噪聲功率，并假設(shè)了噪聲的概率分布后，現(xiàn)在可以分別計(jì)算“0”碼和“１”碼的誤碼率了。在發(fā)“0”碼時(shí)，平均噪聲功率N0=NA，NA為前置放大器的平均噪聲功率。這時(shí)沒(méi)有光信號(hào)輸入，光檢測(cè)器的平均噪聲功率ND=0(略去暗電流)。由式(4.8)得到發(fā)“0”碼的條件下噪聲的概率密度函數(shù)為:(4.9)第五十一頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)誤碼率的定義，把“0”碼誤判為“1”碼的概率，應(yīng)等于I0值超過(guò)D值的概率，即式中x=I0/在發(fā)“1”碼時(shí)，平均噪聲功率N1=NA+ND。ND是在放大器輸出端光檢測(cè)器的平均噪聲功率。這時(shí)噪聲電流的幅度為I1-Im，判決門(mén)限值仍為D，則只要取樣值Im-I1>Im-D或I1-Im<D-Im，就可能把“１”碼誤判為“0”碼。(4.10a)(I0>D)(4.10b)第五十二頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日式中y=(I1-Im)/。

“0”碼和“1”碼的誤碼率一般是不相等的，但對(duì)于“0”碼和“1”碼等概率的碼流而言，一般認(rèn)為Pe,01=Pe,10時(shí)，可以使誤碼率達(dá)到最小。(4.11a)(Im-I1)>(Im-D)(4.11b)把“1”碼誤判為“0”碼的概率為：第五十三頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日因此，總誤碼率(BER)可以表示為：(4.12)式中Q=(4.13a)Q=(4.13b)第五十四頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日Q稱為超擾比，含有信噪比的概念。它還表示在對(duì)“0”碼進(jìn)行取樣判決時(shí)，判決門(mén)限值D超過(guò)放大器平均噪聲電流的倍數(shù)。由此可見(jiàn)，只要知道Q值，就可根據(jù)式(4.12)的積分求出誤碼率，結(jié)果示于圖4.19。例如：Q=6,BER≈10-9，Q≈7，BER=10-12。第五十五頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4.19誤碼率和Q的關(guān)系第五十六頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日Pr=10lg(4.14)

4.3.3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，在保證通信質(zhì)量(限定誤碼率或信噪比)的條件下，光接收機(jī)所需的最小平均接收光功率〈P〉min，并以dBm為單位。由定義得到

靈敏度表示光接收機(jī)調(diào)整到最佳狀態(tài)時(shí)，能夠接收微弱光信號(hào)的能力。

提高靈敏度意味著能夠接收更微弱的光信號(hào)。第五十七頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

1.理想光接收機(jī)的靈敏度假設(shè)光檢測(cè)器的暗電流為零，放大器完全沒(méi)有噪聲，系統(tǒng)可以檢測(cè)出單個(gè)光子形成的電子-空穴對(duì)所產(chǎn)生的光電流，這種接收機(jī)稱為理想光接收機(jī)。

它的靈敏度只受到光檢測(cè)器的量子噪聲的限制，因?yàn)榱孔釉肼暿前殡S光信號(hào)的隨機(jī)噪聲，只要有光信號(hào)輸入，就有量子噪聲存在。

第五十八頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日首先考慮理想光接收機(jī)的誤碼率。當(dāng)光檢測(cè)器沒(méi)有光輸入時(shí)，放大器就完全沒(méi)有電流輸出，因此“0”碼誤判為“１”碼的概率為0，即Pe,01=0。產(chǎn)生誤碼的惟一可能就是當(dāng)一個(gè)光脈沖輸入時(shí)，光檢測(cè)器沒(méi)有產(chǎn)生光電流，放大器沒(méi)有電流輸出。這個(gè)概率，即“1”碼誤判為“0”碼的概率Pe,10=exp(-n)，n為一個(gè)碼元的平均光子數(shù)。

當(dāng)“0”碼和“1”碼等概率出現(xiàn)時(shí)，誤碼率為：n為一個(gè)碼元平均光子數(shù)Pe=(4.15)

Pe,01+Pe,10=exp(-n)第五十九頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日現(xiàn)在考慮理想光接收機(jī)的靈敏度。設(shè)傳輸?shù)氖欠菤w零碼(NRZ)，每個(gè)光脈沖最小平均光能量為Ed，碼元寬度為T(mén)b，一個(gè)碼元平均光子數(shù)為n，那么光接收機(jī)所需最小平均接收功率為:式中，因子2是“0”碼和“1”碼功率平均的結(jié)果，h=6.628×10-34J·s為普朗克常數(shù)，f=c/λ，f、λ分別為光頻率和光波長(zhǎng)，c為真空中的光速,η為光/電轉(zhuǎn)換時(shí)的量子效率。利用Tb=1/fb，fb為傳輸速率〈P〉min=（4.16）第六十頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日Pr=10lg(4.17)

對(duì)于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)，一般要求誤碼率，根據(jù)式(4.15)得到n≥21。

這表明至少要有21個(gè)光子產(chǎn)生的光電流，才能保證判決時(shí)誤碼率小于或等于10-9。設(shè)η=0.7，并把相關(guān)的常數(shù)代入式(4.17)，計(jì)算出的不同λ和不同fb的Pr值列于表4.1。這是光接收機(jī)可能達(dá)到的最高靈敏度，這個(gè)極限值是由量子噪聲決定的，所以稱為量子極限。由表4.1我們明顯看到了靈敏度與光波長(zhǎng)和傳輸速率的關(guān)系。把這些關(guān)系代入式(4.16)，得到理想光接收機(jī)靈敏度:第六十一頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日-65.7-59.2-71.1-63.8靈敏度pr/dB度f(wàn)b/(Mb.s-1)1.551.31波長(zhǎng)/m表4.1理想光接收機(jī)的接收機(jī)第六十二頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

2.實(shí)際光接收機(jī)的靈敏度影響實(shí)際光接收機(jī)靈敏度的因素很多，計(jì)算也十分復(fù)雜，這里只作簡(jiǎn)要介紹。利用誤碼率的公式(4.12)、(4.13)可以計(jì)算最小平均接收光功率。為此，應(yīng)建立超擾比Q與入射光功率的關(guān)系。在發(fā)“0”碼的情況下，入射信號(hào)的光功率P0=0，輸出光電流I0=0。在發(fā)“1”碼的情況下，入射信號(hào)的光功率P1和光電流Ip1的關(guān)系為式中，g為APD倍增因子(對(duì)于PINPD，g=1)，ρ為光檢測(cè)器的響應(yīng)度，〈P〉=(P1+P0)/2為“0”碼和“１”碼的平均光功率。（4.18）Ip1=gρP1=2gρ〈P〉第六十三頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

Q=(4.19)式中，N0和N1分別為傳輸“0”碼和“1”碼時(shí)的平均噪聲功率。如前所述，在略去暗電流的情況下，（4.20）在放大器輸出端“１”碼的平均電流Im=I1A，A為放大器增益，利用式(4.13)和式(4.18)得到給定Q值，便得到限定誤碼率的最小平均接收光功率第六十四頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日N0=NAN1=NA+ND式中，NA是前置放大器的平均噪聲功率，如式(4.4)~式(4.7)所示；ND是在放大器輸出端光檢測(cè)器的平均噪聲功率，，為均方量子噪聲電流，如式(3.22)和式(3.26)所示。對(duì)于PIN光電二極管，ND<<NA，g=1，式(4.20)可以簡(jiǎn)化為

式中nA=NA/A2是折合到輸入端的放大器噪聲功率?！碢〉min=(4.21)第六十五頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日設(shè)PIN-PD光接收機(jī)的工作參數(shù)如下：光波長(zhǎng)λ=0.85μm，傳輸速率fb=8.448Mb/s，光電二極管響應(yīng)度ρ=0.4，互阻抗前置放大器(FET)的nA≈10-18。要求誤碼率Pe=10-9，即Q=6，由式(4.21)計(jì)算得到〈P〉min=1.5×10-8W，Pr=-48.2dBm。這樣計(jì)算光接收機(jī)的靈敏度是一種粗略的方法，其中沒(méi)有考慮下列因素：波形引起的碼間干擾的影響；均衡器頻率特性的影響；光檢測(cè)器暗電流和信號(hào)含直流光的影響。第六十六頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4.20示出典型短波長(zhǎng)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1×10-9，假設(shè)光檢測(cè)器量子效率η=0.5，附加噪聲系數(shù)x=0.4，暗電流Id=1nA，滾降因子β=1，相對(duì)脈沖展寬σ/T=0.3。由圖可見(jiàn)，在限定誤碼率的條件下，決定光接收機(jī)靈敏度的主要因素是：?

傳輸速率和光檢測(cè)器

?前置放大器的噪聲特性作為例子，圖4.21示出一個(gè)長(zhǎng)波長(zhǎng)系統(tǒng)的實(shí)測(cè)誤碼率和平均接收光功率的關(guān)系。第六十七頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4.20典型短波長(zhǎng)光接收機(jī)靈敏度與傳輸速率的關(guān)系的關(guān)系第六十八頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日4.21實(shí)測(cè)誤碼率與平均接收光功率第六十九頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日A=(4.22)4.3.4自動(dòng)增益控制和動(dòng)態(tài)范圍放大器是一個(gè)普通的寬帶高增益放大器，由于前置放大器輸出信號(hào)幅度較大，所以主放大器的噪聲通常不必考慮。主放大器一般由多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)構(gòu)成，其功能是提供足夠的增益A，以滿足判決所需的電平Im。Im=Ip1A，利用式(4.18)得到式中，g為APD倍增因子，ρ為光檢測(cè)器的響應(yīng)度，〈P〉為“0”碼和“1”碼的平均光功率。主放大器的另一個(gè)功能是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制(AGC)，使光接收機(jī)具有一定的動(dòng)態(tài)范圍，以保證在入射光強(qiáng)度變化時(shí)輸出電流基本恒定。第七十頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

DR=10lg(4.23)

對(duì)于APD光接收機(jī)，AGC控制光檢測(cè)器的偏壓和放大器的輸出；對(duì)于PIN光接收機(jī)，AGC只控制放大器的輸出。動(dòng)態(tài)范圍(DR)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〈P〉max和所需最小平均接收光功率〈P〉min的比值，用dB表示。根據(jù)定義動(dòng)態(tài)范圍是光接收機(jī)性能的另一個(gè)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(dòng)態(tài)范圍一般應(yīng)大于15dB。由于使用條件不同，輸入光接收機(jī)的光信號(hào)大小要發(fā)生變化，為實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)范圍，采用AGC是十分有必要的。AGC一般采用直流運(yùn)算放大器構(gòu)成的反饋控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。第七十一頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日4.4線路編碼在光纖通信系統(tǒng)中，從電端機(jī)輸出的是適合于電纜傳輸?shù)碾p極性碼。光源不可能發(fā)射負(fù)光脈沖，因此必須進(jìn)行碼型變換，以適合于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸?shù)囊?。?shù)字光纖通信系統(tǒng)普遍采用二進(jìn)制二電平碼，即“有光脈沖”表示“１”碼，“無(wú)光脈沖”表示“0”碼。第七十二頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日簡(jiǎn)單的二電平碼會(huì)帶來(lái)如下問(wèn)題：

?在碼流中，出現(xiàn)“１”碼和“0”碼的個(gè)數(shù)是隨機(jī)變化的，因而直流分量也會(huì)發(fā)生隨機(jī)波動(dòng)(基線漂移)，給光接收機(jī)的判決帶來(lái)困難。

?在隨機(jī)碼流中，容易出現(xiàn)長(zhǎng)串連“１”碼或長(zhǎng)串連“0”碼，這樣可能造成位同步信息丟失，給定時(shí)提取造成困難或產(chǎn)生較大的定時(shí)誤差。

?不能實(shí)現(xiàn)在線(不中斷業(yè)務(wù))的誤碼檢測(cè)，不利于長(zhǎng)途通信系統(tǒng)的維護(hù)。第七十三頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對(duì)線路碼型的主要要求是保證傳輸?shù)耐该餍?，具體要求有：

(1)能限制信號(hào)帶寬，減小功率譜中的高低頻分量。這樣就可以減小基線漂移、提高輸出功率的穩(wěn)定性和減小碼間干擾，有利于提高光接收機(jī)的靈敏度。(2)能給光接收機(jī)提供足夠的定時(shí)信息。因而應(yīng)盡可能減少連“１”碼和連“0”碼的數(shù)目，使“1”碼和“0”碼的分布均勻，保證定時(shí)信息豐富。(3)能提供一定的冗余碼，用于平衡碼流、誤碼監(jiān)測(cè)和公務(wù)通信。但對(duì)高速光纖通信系統(tǒng)，應(yīng)適當(dāng)減少冗余碼，以免占用過(guò)大的帶寬。第七十四頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

4.4.1擾碼為了保證傳輸?shù)耐该餍?，在系統(tǒng)光發(fā)射機(jī)的調(diào)制器前，需要附加一個(gè)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)序列。相應(yīng)地，在光接收機(jī)的判決器之后，附加一個(gè)解擾器，以恢復(fù)原始序列。擾碼與解擾可由反饋移位寄存器和對(duì)應(yīng)的前饋移位寄存器實(shí)現(xiàn)。擾碼改變了“１”碼與“0”碼的分布，從而改善了碼流的一些特性。例如：擾碼前：1100000011000…擾碼后：1101110110011…第七十五頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日①不能完全控制長(zhǎng)串連“１”和長(zhǎng)串連“0”序列的出現(xiàn)②沒(méi)有引入冗余，不能進(jìn)行在線誤碼監(jiān)測(cè)；③信號(hào)頻譜中接近于直流的分量較大，不能解決基線漂移。因?yàn)閿_碼不能完全滿足光纖通信對(duì)線路碼型的要求，所以許多光纖通信設(shè)備除采用擾碼外還采用其它類型的線路編碼。擾碼有下列缺點(diǎn)：第七十六頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

4.4.2mBnB碼

mBnB碼是把輸入的二進(jìn)制原始碼流進(jìn)行分組，每組有m個(gè)二進(jìn)制碼，記為mB，稱為一個(gè)碼字，然后把一個(gè)碼字變換為n個(gè)二進(jìn)制碼，記為nB，并在同一個(gè)時(shí)隙內(nèi)輸出。這種碼型是把mB變換為nB，所以稱為mBnB碼，其中m和n都是正整數(shù)，n>m，一般選取n=m+1。mBnB碼有1B2B、3B4B、5B6B、8B9B、17B18B等等。

第七十七頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日1.mBnB碼編碼原理最簡(jiǎn)單的mBnB碼是1B2B碼，即曼徹斯特碼，這就是把原碼的“０”變換為“01”，把“1”變換為“10”。因此最大的連“０”和連“１”的數(shù)目不會(huì)超過(guò)兩個(gè)，例如1001和0110。但是在相同時(shí)隙內(nèi)，傳輸1比特變?yōu)閭鬏?比特，碼速提高了1倍。第七十八頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日以3B4B碼為例，輸入的原始碼流3B碼，共有(23)8個(gè)碼字，變換為4B碼時(shí)，共有(24)16個(gè)碼字，見(jiàn)表4.2。為保證信息的完整傳輸，必須從4B碼的16個(gè)碼字中挑選8個(gè)碼字來(lái)代替3B碼。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)最佳線路碼特性的原則來(lái)選擇碼表。例如：在3B碼中有2個(gè)“0”，變?yōu)?B碼時(shí)補(bǔ)1個(gè)“１”；在3B碼中有2個(gè)“1”，變?yōu)?B碼時(shí)補(bǔ)1個(gè)“0”。而000用0001和1110交替使用；111用0111和1000交替使用。同時(shí)，規(guī)定一些禁止使用的碼字，稱為禁字，例如0000和1111。第七十九頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日01111111111011011101100101110110101001100100001110110110010101001000011001001000010000004B3B

表4.23B和4B的碼字

第八十頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日作為普遍規(guī)則，引入“碼字?jǐn)?shù)字和”(WDS)來(lái)描述碼字的均勻性，并以WDS的最佳選擇來(lái)保證線路碼的傳輸特性。所謂“碼字?jǐn)?shù)字和”，是在nB碼的碼字中，用“-1”代表“0”碼，用“+1”代表“１”碼，整個(gè)碼字的代數(shù)和即為WDS。如果整個(gè)碼字“１”碼的數(shù)目多于“0”碼，則WDS為正；如果“0”碼的數(shù)目多于“1”碼，則WDS為負(fù)；如果“0”碼和“1”碼的數(shù)目相等，則WDS為0。例如：對(duì)于0111，WDS=+2；對(duì)于0001，WDS=-2；對(duì)于0011，WDS=0。第八十一頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

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(yīng)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(jù)這個(gè)規(guī)則編制的一種3B4B碼表，表中正組和負(fù)組交替使用。第八十二頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日線路碼（4B）信號(hào)碼（3B）模式2（負(fù)組）模式1（正組）WDS碼子WDS碼子-20010+211011117-21000+20111110601010010101015010010100110040011000110011300101001010102-20001+211100011-20100+210110000

表4.3一種3B4B碼表第八十三頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日我國(guó)3次群和4次群光纖通信系統(tǒng)最常用的線路碼型是5B6B碼，其編碼規(guī)則如下：

5B碼共有(25)32個(gè)碼字，變換6B碼時(shí)共有(26)64個(gè)碼字，其中WDS=0有20個(gè)，WDS=±2有15個(gè)，WDS=-2有15個(gè)，共有50個(gè)|WDS|最小的碼字可供選擇。由于變換為6B碼時(shí)只需32個(gè)碼字，為減少連“１”和連“0”的數(shù)目，刪去：000011、110000、001111和111100。當(dāng)然禁用WDS=±4和±6的碼字。表4.4示出根據(jù)這個(gè)規(guī)則編制的一種5B6B碼表，正組和負(fù)組交替使用。表中正組選用20個(gè)WDS=0和12個(gè)WDS=+2，負(fù)組選用20個(gè)WDS=0和12個(gè)WDS=-2。第八十四頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日第八十五頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日線路碼（6B）信號(hào)碼（5B）模式2（負(fù)組）模式1（正組）WDS碼子WDS碼子-2000101+21110101111131-2001001+21101101111030-2010001+2101101110129011100001110001110028-2000110+21110011101127011010001101001101026011001001100101100125續(xù)表第八十六頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日mBnB碼是一種分組碼，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)傳輸特性的要求確定某種碼表。mBnB碼的特點(diǎn)是：

(1)碼流中“0”和“1”碼的概率相等，連“0”和連“1”的數(shù)目較少，定時(shí)信息豐富。(2)高低頻分量較小，信號(hào)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(cè)。

mBnB碼的缺點(diǎn)是傳輸輔助信號(hào)比較困難。因此，在要求傳輸輔助信號(hào)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。第八十七頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

2.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(gè)編譯碼器都集成在一小塊芯片上，組成一個(gè)大規(guī)模專用集成塊，國(guó)外設(shè)備大多采用這種方法。

?一種是把設(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，國(guó)內(nèi)設(shè)備一般采用這種方法。以3B4B碼為例，碼表存儲(chǔ)編碼器的工作原理示于圖4.22。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-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。第八十八頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4.22碼表存儲(chǔ)編碼器原理第八十九頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D中A、B、C三條線為組別控制控制線，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。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信號(hào)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。第九十頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

4.4.3插入碼插入碼是把輸入二進(jìn)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(guī)律插入一個(gè)碼，組成m+1個(gè)碼為一組的線路碼流。根據(jù)插入碼的規(guī)律，可以分為mB1C碼、mB1H碼和mB1P碼。

第九十一頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日1.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(bǔ)碼，這個(gè)補(bǔ)碼稱為C碼，所以稱為mB1C碼。補(bǔ)碼插在mB碼的末尾，連“0”碼和連“1”碼的數(shù)目最少。mB1C碼的結(jié)構(gòu)如圖4.23所示，例如：mB碼為：100110001101……mB1C碼為：1001110100101010……C碼的作用是引入冗余碼，可以進(jìn)行在線誤碼率監(jiān)測(cè)；同時(shí)改善了“0”碼和“1”碼的分布，有利于定時(shí)提取。第九十二頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日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(yīng)的碼位上插入一個(gè)混合碼(H碼)，所以稱為mB1H碼。所插入的H碼可以根據(jù)不同用途分為三類：第一類是C碼，它是第m位碼的補(bǔ)碼，用于在線誤碼率監(jiān)測(cè)；第二類是L碼，用于區(qū)間通信；第三類是G碼，用于幀同步、公務(wù)、數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)等信息的傳輸。第九十三頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

圖4.23mB1C碼的結(jié)構(gòu)第九十四頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日常用的插入碼是mB1H碼，有1B1H碼、4B1H碼和8B1H碼。以4B1H碼為例，它的優(yōu)點(diǎn)是碼速提高不大，誤碼增值??；可以實(shí)現(xiàn)在線誤碼檢測(cè)、區(qū)間通信和輔助信息傳輸。

缺點(diǎn)是碼流的頻譜特性不如mBnB碼。但在擾碼后再進(jìn)行4B1H變換，可以滿足通信系統(tǒng)的要求。

第九十五頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日在mB1P碼中，P碼稱為奇偶校驗(yàn)碼，其作用和C碼相似，但P碼有以下兩種情況：(1)P碼為奇校驗(yàn)碼時(shí)，其插入規(guī)律是使m+1個(gè)碼內(nèi)“1”碼的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，例如：mB碼為：100000001110……mB1P碼為：1000000100101101……當(dāng)檢測(cè)得m+1個(gè)碼內(nèi)“１”碼為奇數(shù)時(shí)，則認(rèn)為無(wú)誤碼。第九十六頁(yè)，共一百一十一頁(yè)，2022年，8月28日

(2)P碼為偶校驗(yàn)碼時(shí)，其插入規(guī)律是使m+1個(gè)碼內(nèi)“１”碼的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，例如：