《光纤通信》 第6讲_通信系统线路码.ppt
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电缆数字通信系统中常采用的线路码型：
三阶高密度双极性码 HBD3 特点：1. 连“0”控制在三个以下；
2. 有+1/0/-1三个电平，极性交替出现； 3. 没有直流分量的漂移。
原码 0 1 1 0 0 0 1 0
HBD3
光纤通信的基本码型：单极性不归零码 NRZ
单极性归零码 RZ 原码 0 1 1 1 0 0 0 1 0 RZ
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帧结构中，C码、F（帧同步）码与S码统称 为H码，图中各符号表示如下。
B为PCM信号
F 1、2、3、4为帧同步码（1001） S 1、5、8、12、15、19、22、26为区间通信1
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S 2、6、9、13、16、20、23、27为区间通信Ⅱ S 3、7、10、14、17、21、24、28为区间通信Ⅲ S4为数据信息；S11为监控信息；S18为数据信息Ⅱ S25为公务信息； 输入信号码率： 139. 264 Mb/s
例如有信码:
11011001 00100100 11110110 则
8B1C1: 110110010001001001111101101 8B1C2: 110110011001001001111101100
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23
在高速光纤通信系统中，m以取8～10为宜。概括 起来mB1Ci码有以下特点：
4B码，再经过并–串变换电路，读出已变换的 4B码流
。图中 A、B、C三条线为组别控制线，当WDS=±2时 ，从A、B分别送出控制信号，通过C线决定组别。
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mBnB编译码器
待变换的信号码流 → PROM的地址码 → 输出与地 址对应的并行4B码→已变换的 4B码流(C线决定组别)。
这样形成的6个4B 码组都是两个“1”两个 “0”均等码，即两种模 式的公用码；而000用 0100（负模式）和1011 （正模式）交替表示，
111用0010（负模式）和 1101（正模式）交替表 示。
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遇到码组的累计数字和d=±2 时，就进行 模式转换，这样就达到了使传输码流中“0”、 “1”码数目平衡的目的。模式转换状态如图所 示，图中S为负模式，S2为正模式。
这是近年来在高速光纤数字传输系统中开始应 用的一种线路传输码型。它综合考虑了频带利用 率和设备复杂性，虽然增加了 20％的码速，却换 取了便于提取定时信息、低频分量小、可实施监 测、迅速同步等优点。我国已规定在 140 Mb/s系 统中采用5B6B码。
在实际使用中，同样是5B6B码型，按照不同 的组合方式，可以有多种变换方案。不同组合的 5B6B码，虽然都具有上述优点，但程度有所不同 ，因此如何编制码表仍是一个重要问题。
分成正、负两个模式 排列 表中给出的3B4B码， 把d＝0的6组码作两模式的 公用码； 0100和 0010放入 负模式;1011和1101放入正 模式。
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编码时，对于3B码的8种组合，除000、 111外其余码凡含有两个“0”的，形成4B码时 补一个“1” ，凡含有两个“1”的，形成4B码 时补一个“0”。
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光纤通信系统线路码
一般概念
PCM HBD3 码型变换 单极性 驱动电路
电端机
设备
光源 线路码
原则：1.能限制传号“1”的概率，节省发射功率； 2.能给接收机提供足够的定时信息； 3.能对光电端机进行不中断业务的误码检测； 4.能提供辅助信号和区间通信信道等。
通过增加线路码率的冗余度实现。 意义：a.实现不间断业务的误码监测； b.可与主信号传送勤务通信； c.平衡码流，不发生长连“0”或“1”。
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在4B码的16种状态中，如果按字不均等值d分类共有5 种情况，如表所列。
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表中d＝0的有6组，d=±2的各有4组， d=±4的各有1 组，首先从减少同码连续数及基线漂移的角度来看，希望 选择d＝0及连0数少的码组，所以d=±4 的两组应排除在 外。即使让d＝0的6组全部入选，还需从d=±2 的8组中再 选两组。这样凑成的码表中，“1”码和“0”码的分布是不 均匀的，因此最好的方案是d=±2 的组合搭配使用，
线路编码的主要功能之一是，根据香农 (Shannon)信道编码理论，把冗余度引入到信号码 流中，以尽量减少由于信道干扰效应而引起的差 错。从理论上讲，只要包括所引入的冗余度在内 的信号码率小于信道容量，就可以实现任何程度 的无误数字数据传输（无误程度取决于引入冗余 度的大小）。
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光纤通信系统线路码
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mB1H码的基本结构如图所示
图中C为mB中最后一个信号码的补码，S为 多余比特码，可以在特定的mB1H码中按照各
自的帧结构，组成辅助信号插入到S码位中去。 C码和S码位插入的辅助信号统称为H码。
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我国采用的有8B1H、4B1H及1B1H码。下面 以 8B1H为例详细说明。 8B1H 码：
首先把设计好的码表存入prom内待变换的信号码流通过串一幵变换电路变为3比特一组的码b1b2b3幵行输出作为prom的地址码在地址码作用下prom根据存储的码表输出不地址对应的幵4b码再经过幵串变换电路读出已变换的4b码流
第六讲
光纤通信系统线路编码
光纤通信系统线路码
从信源或编码器输出的信号一般为NRZ码， 但是在进行数字传输时要考虑传输信道的特点。 为使终端信息比特与信道相匹配，需要把NRZ码 变换为适合于信道传输的数字信号，这个过程称 为线路编码。
1）可以抑制连“0’’或连“1”数，且有平衡“1”码 和“0”码的作用，还可以抑制功率谱中的高低频成 分，m越小，抑制作用越好；
2） mB1Ci码有抑制抖动的作用，如果再加扰码， 效果更好；
3）可以实现不中断业务的误码监测（误码检测只 针对C码的监督位码进行）；
4）电路硬件规模随着m的增加并不复杂多少。
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插入比特码
插入比特码是当前我国应用较多的一种线路 码，优点是设计灵活，适合于高码率系统，能 传递丰富的辅助信息及中途方便地上下话路。
插入比特码的构造：把输入的信息序列以m 比特为一组，每组后面插入一个冗余比特。这 样组成的线路码其码速变换为(m+1)/m，可见它 确是一种高效率的线路码。根据插入码的用途 不同，可分为下面三种码型：
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mBnB编译码器
译码器与编码器基本相同，只是除去组别 控制部分。译码时，把送来的已变换的4B码流 ，每4比特并联为一组，作为PROM的地址，
然后读出3B码，再经过并–串变换还原为原来
的信号码流。
其他的mBnB码编译码电路原理相同，只 是电路复杂程度有所区别而已。
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二元分组码（mBnB码）
把1B2B码推广到一般就是 mBnB码(m＜n)， 即将输入信息序列(信码流中)以每 m个比特为一 个信息组，然后变换为n比特。因为2m ＜2n，所 以在2n 个字节中可以找出适合与2m 个输入字节 相对应的码。只要适当地选取m、n值，就可以 减小线路传输速率的增高比例，可见mBnB码是 一种能提高信号传输速率的编码方法。
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（2） 1不均等性：m比特码只占用n比特码中不 均等值为±1的码字，当n为奇数时，可采用这 种码，如5B7B码用的是d=-1的码字。5比特码 字的数目为25＝32，7比特码字中d＝－1的数 目有C47=35，满足 25 ＜ C47。由于5B7B码中的 “0”多于“1”，所以这种码型可以节省发射光 功率。
加扰二进码；
1B2B码；
二元分组码（mBnB码）；
插入比特码（mB1P码、mB1C码、mB1H码）；
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加扰二进码
这是最适用的传输线路码型。由于它把信 息序列按一定规则进行扰码，使线路码流中 “0”和“1”码出现的概率相等，所以不仅从统 计特性上看不会存在长连“0”或长连“1”码情 况，还可以把直流成分保持在一定的水平。可 见它解决了定时信息的提取和基线漂移两个问 题，而且并不增加信号码率，这一点对于光接 口标准化有特殊意义，因此在新一代的光同步 传输网（SDH）中得到了广泛的应用。缺点是 扰码后的码型没有规律，不能解决在线检测误 码问题。
（3）平衡不均等码：大多数的mBnB码都属于 平衡不均等码。即需要用两种模式，使若干 n B码字的累积数字和达到平衡，如 2B3B、 3B4B、5B6B、 7B8B等。
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2． 3B4B码 为了对平衡不均等码作较详细的介绍，
下面以3B4B码为例。所谓3B4B码是将输入信 号码流每 3b分成一组，它有23= 8种状态，然 后编成 4b码，有24＝ 16种状态。现列出 3B码 和4B码的状态，如下表所示。如何在 4B码的 16种状态中挑选8种与 3B码对应？一个好的方 案必须符合光纤系统对数字码流的要求。
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光纤通信系统中常用线路码型
wenku.baidu.com
光端机的接口有电接口和光接口之分，电接口 码型应选择与PCM终端机的接口码型一致，如 AMI，HDB3等 ，光接口用于光端机和光缆线路的 连接，其最适宜采用的仍为二元码。由于二元码的 缺陷通常对于由电端机输出的信号码流，在未对 LD调制以前，一般要先扰码或者进行码型变换， 常用的线路码型有：
8B1H 码是对二元信号序列进行(m＋1）/m ＝9/8的速率变换，每隔 8个比特附加一个冗余 比特。利用冗余比特交替地传输C码和插入脉 冲。在 140 Mb／s系统中，插入脉冲可以传送 三个2 Mb/s的区间通信信息（90个话路），两 路数据信息，一路监测信号和一路公务信号。 8B1H码的帧结构如下图所示
1．mBnB码分类
首先介绍字不均等值 d的概念：d是 nB码组的 单个码字中将“0’’作为- 1，“1”作为+ 1计算出 的
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代数和（有些文献称之为字数和WDS）。满足1＜ m＜n的mBnB码有许多种，按字不均等值分类， 有三种情况：
（1） 零不均等性：符合零不均等性的码又叫均等 mBnB码（n≥ m＋ 2），其码组内的“0’’和“1”个 数相等，可见只有为偶数时，才能编出d＝0的均 等码，例如6B8B码，6比特码字的数目为26＝64， 8比特码字中d＝0的码字数目（0、1各出现四个） 为C48＝70，因为26 ＜ C48 ，故而编出的8 B零不均 等码字足够与6B的码组相对应。同时由于该码所 含0与1的个数均为偶数，所以用奇偶校验进行误 码检测比较方便。
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3B4B码的特点： 1）最大连“0”连“1”数为4，故定时信息丰富 ；
2）正、负模式交替出现，“0”、“1”分布均等 ， 有利于减少码流的基线漂移；
3）便于实现在线误码检测； 4）变换及反变换电路比较简单； 5）码速率提高了 33％，主要用于中等速率的 传输系统。
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3. 5B6B码简介
4B码组中共有16组码，未被采用的6组码 称为禁字，可作为误码检测。
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mBnB编译码器
国内设备一般采用码表存储编码器即：
把设计好的码表 全部存储到一块只读存储器 (PROM)内而构成。
以3B4B码为例，码表存储编码器的工作原理示于 下图。首先把设计好的码表存入 PROM内，待变换的 信号码流通过串一并变换电路变为3比特一组的码b1、 b2、b3，并行输出作为PROM的地址码，在地址码作用 下，PROM根据存储的码表，输出与地址对应的并 行
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1B2B码
1B2B码包括CMI码、DMI码和双相码 等等，都是用两个码表示一个信息码，因 此使线路的传输速率增高了一倍。
优点是：1、电路简单；
2、最大连“0’’连“1”数仅为2；
3、定时信息丰富，便于不停止
v
业务的误码检测；
是低速34Mb/s以下系统中常用的线路码型。
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3．mB1H码 H码称为混合码（Hybrid），H码具有多种功
用。它实际上是由同步码、区间通信、公务、 监测、辅助数据信息等插入码和C码混合而成。
C码在8B1H中不仅能抑制相同连码的数目、 增加定时信息、平衡传输信息中“1”和“0’’出 现的概率，还可以利用C码进行不中断业务的误 码监测。mB1H码实现了各种信息在同一根光纤 中传送。
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1．mB1P码
P码称为奇偶校验码，它可以把m位原码通过末位 插入P码，校正为偶数码或奇数码。以8B1P为例：
图中的P为偶校验码。
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2．mB1Ci 码 C码称为反码或补码(Complementary)。若第m
位码为“ 1”时， C码编为“0”则称其为mB1C1码 ；若第（m－1）位码为“1”时，C码编为“0’’就 称其为mB1C2码，可见i仅表示补码的参照码位置 。
三阶高密度双极性码 HBD3 特点：1. 连“0”控制在三个以下；
2. 有+1/0/-1三个电平，极性交替出现； 3. 没有直流分量的漂移。
原码 0 1 1 0 0 0 1 0
HBD3
光纤通信的基本码型：单极性不归零码 NRZ
单极性归零码 RZ 原码 0 1 1 1 0 0 0 1 0 RZ
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帧结构中，C码、F（帧同步）码与S码统称 为H码，图中各符号表示如下。
B为PCM信号
F 1、2、3、4为帧同步码（1001） S 1、5、8、12、15、19、22、26为区间通信1
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S 2、6、9、13、16、20、23、27为区间通信Ⅱ S 3、7、10、14、17、21、24、28为区间通信Ⅲ S4为数据信息；S11为监控信息；S18为数据信息Ⅱ S25为公务信息； 输入信号码率： 139. 264 Mb/s
例如有信码:
11011001 00100100 11110110 则
8B1C1: 110110010001001001111101101 8B1C2: 110110011001001001111101100
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在高速光纤通信系统中，m以取8～10为宜。概括 起来mB1Ci码有以下特点：
4B码，再经过并–串变换电路，读出已变换的 4B码流
。图中 A、B、C三条线为组别控制线，当WDS=±2时 ，从A、B分别送出控制信号，通过C线决定组别。
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mBnB编译码器
待变换的信号码流 → PROM的地址码 → 输出与地 址对应的并行4B码→已变换的 4B码流(C线决定组别)。
这样形成的6个4B 码组都是两个“1”两个 “0”均等码，即两种模 式的公用码；而000用 0100（负模式）和1011 （正模式）交替表示，
111用0010（负模式）和 1101（正模式）交替表 示。
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遇到码组的累计数字和d=±2 时，就进行 模式转换，这样就达到了使传输码流中“0”、 “1”码数目平衡的目的。模式转换状态如图所 示，图中S为负模式，S2为正模式。
这是近年来在高速光纤数字传输系统中开始应 用的一种线路传输码型。它综合考虑了频带利用 率和设备复杂性，虽然增加了 20％的码速，却换 取了便于提取定时信息、低频分量小、可实施监 测、迅速同步等优点。我国已规定在 140 Mb/s系 统中采用5B6B码。
在实际使用中，同样是5B6B码型，按照不同 的组合方式，可以有多种变换方案。不同组合的 5B6B码，虽然都具有上述优点，但程度有所不同 ，因此如何编制码表仍是一个重要问题。
分成正、负两个模式 排列 表中给出的3B4B码， 把d＝0的6组码作两模式的 公用码； 0100和 0010放入 负模式;1011和1101放入正 模式。
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编码时，对于3B码的8种组合，除000、 111外其余码凡含有两个“0”的，形成4B码时 补一个“1” ，凡含有两个“1”的，形成4B码 时补一个“0”。
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光纤通信系统线路码
一般概念
PCM HBD3 码型变换 单极性 驱动电路
电端机
设备
光源 线路码
原则：1.能限制传号“1”的概率，节省发射功率； 2.能给接收机提供足够的定时信息； 3.能对光电端机进行不中断业务的误码检测； 4.能提供辅助信号和区间通信信道等。
通过增加线路码率的冗余度实现。 意义：a.实现不间断业务的误码监测； b.可与主信号传送勤务通信； c.平衡码流，不发生长连“0”或“1”。
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在4B码的16种状态中，如果按字不均等值d分类共有5 种情况，如表所列。
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表中d＝0的有6组，d=±2的各有4组， d=±4的各有1 组，首先从减少同码连续数及基线漂移的角度来看，希望 选择d＝0及连0数少的码组，所以d=±4 的两组应排除在 外。即使让d＝0的6组全部入选，还需从d=±2 的8组中再 选两组。这样凑成的码表中，“1”码和“0”码的分布是不 均匀的，因此最好的方案是d=±2 的组合搭配使用，
线路编码的主要功能之一是，根据香农 (Shannon)信道编码理论，把冗余度引入到信号码 流中，以尽量减少由于信道干扰效应而引起的差 错。从理论上讲，只要包括所引入的冗余度在内 的信号码率小于信道容量，就可以实现任何程度 的无误数字数据传输（无误程度取决于引入冗余 度的大小）。
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光纤通信系统线路码
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mB1H码的基本结构如图所示
图中C为mB中最后一个信号码的补码，S为 多余比特码，可以在特定的mB1H码中按照各
自的帧结构，组成辅助信号插入到S码位中去。 C码和S码位插入的辅助信号统称为H码。
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我国采用的有8B1H、4B1H及1B1H码。下面 以 8B1H为例详细说明。 8B1H 码：
首先把设计好的码表存入prom内待变换的信号码流通过串一幵变换电路变为3比特一组的码b1b2b3幵行输出作为prom的地址码在地址码作用下prom根据存储的码表输出不地址对应的幵4b码再经过幵串变换电路读出已变换的4b码流
第六讲
光纤通信系统线路编码
光纤通信系统线路码
从信源或编码器输出的信号一般为NRZ码， 但是在进行数字传输时要考虑传输信道的特点。 为使终端信息比特与信道相匹配，需要把NRZ码 变换为适合于信道传输的数字信号，这个过程称 为线路编码。
1）可以抑制连“0’’或连“1”数，且有平衡“1”码 和“0”码的作用，还可以抑制功率谱中的高低频成 分，m越小，抑制作用越好；
2） mB1Ci码有抑制抖动的作用，如果再加扰码， 效果更好；
3）可以实现不中断业务的误码监测（误码检测只 针对C码的监督位码进行）；
4）电路硬件规模随着m的增加并不复杂多少。
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插入比特码
插入比特码是当前我国应用较多的一种线路 码，优点是设计灵活，适合于高码率系统，能 传递丰富的辅助信息及中途方便地上下话路。
插入比特码的构造：把输入的信息序列以m 比特为一组，每组后面插入一个冗余比特。这 样组成的线路码其码速变换为(m+1)/m，可见它 确是一种高效率的线路码。根据插入码的用途 不同，可分为下面三种码型：
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mBnB编译码器
译码器与编码器基本相同，只是除去组别 控制部分。译码时，把送来的已变换的4B码流 ，每4比特并联为一组，作为PROM的地址，
然后读出3B码，再经过并–串变换还原为原来
的信号码流。
其他的mBnB码编译码电路原理相同，只 是电路复杂程度有所区别而已。
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二元分组码（mBnB码）
把1B2B码推广到一般就是 mBnB码(m＜n)， 即将输入信息序列(信码流中)以每 m个比特为一 个信息组，然后变换为n比特。因为2m ＜2n，所 以在2n 个字节中可以找出适合与2m 个输入字节 相对应的码。只要适当地选取m、n值，就可以 减小线路传输速率的增高比例，可见mBnB码是 一种能提高信号传输速率的编码方法。
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（2） 1不均等性：m比特码只占用n比特码中不 均等值为±1的码字，当n为奇数时，可采用这 种码，如5B7B码用的是d=-1的码字。5比特码 字的数目为25＝32，7比特码字中d＝－1的数 目有C47=35，满足 25 ＜ C47。由于5B7B码中的 “0”多于“1”，所以这种码型可以节省发射光 功率。
加扰二进码；
1B2B码；
二元分组码（mBnB码）；
插入比特码（mB1P码、mB1C码、mB1H码）；
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加扰二进码
这是最适用的传输线路码型。由于它把信 息序列按一定规则进行扰码，使线路码流中 “0”和“1”码出现的概率相等，所以不仅从统 计特性上看不会存在长连“0”或长连“1”码情 况，还可以把直流成分保持在一定的水平。可 见它解决了定时信息的提取和基线漂移两个问 题，而且并不增加信号码率，这一点对于光接 口标准化有特殊意义，因此在新一代的光同步 传输网（SDH）中得到了广泛的应用。缺点是 扰码后的码型没有规律，不能解决在线检测误 码问题。
（3）平衡不均等码：大多数的mBnB码都属于 平衡不均等码。即需要用两种模式，使若干 n B码字的累积数字和达到平衡，如 2B3B、 3B4B、5B6B、 7B8B等。
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2． 3B4B码 为了对平衡不均等码作较详细的介绍，
下面以3B4B码为例。所谓3B4B码是将输入信 号码流每 3b分成一组，它有23= 8种状态，然 后编成 4b码，有24＝ 16种状态。现列出 3B码 和4B码的状态，如下表所示。如何在 4B码的 16种状态中挑选8种与 3B码对应？一个好的方 案必须符合光纤系统对数字码流的要求。
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光纤通信系统中常用线路码型
wenku.baidu.com
光端机的接口有电接口和光接口之分，电接口 码型应选择与PCM终端机的接口码型一致，如 AMI，HDB3等 ，光接口用于光端机和光缆线路的 连接，其最适宜采用的仍为二元码。由于二元码的 缺陷通常对于由电端机输出的信号码流，在未对 LD调制以前，一般要先扰码或者进行码型变换， 常用的线路码型有：
8B1H 码是对二元信号序列进行(m＋1）/m ＝9/8的速率变换，每隔 8个比特附加一个冗余 比特。利用冗余比特交替地传输C码和插入脉 冲。在 140 Mb／s系统中，插入脉冲可以传送 三个2 Mb/s的区间通信信息（90个话路），两 路数据信息，一路监测信号和一路公务信号。 8B1H码的帧结构如下图所示
1．mBnB码分类
首先介绍字不均等值 d的概念：d是 nB码组的 单个码字中将“0’’作为- 1，“1”作为+ 1计算出 的
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代数和（有些文献称之为字数和WDS）。满足1＜ m＜n的mBnB码有许多种，按字不均等值分类， 有三种情况：
（1） 零不均等性：符合零不均等性的码又叫均等 mBnB码（n≥ m＋ 2），其码组内的“0’’和“1”个 数相等，可见只有为偶数时，才能编出d＝0的均 等码，例如6B8B码，6比特码字的数目为26＝64， 8比特码字中d＝0的码字数目（0、1各出现四个） 为C48＝70，因为26 ＜ C48 ，故而编出的8 B零不均 等码字足够与6B的码组相对应。同时由于该码所 含0与1的个数均为偶数，所以用奇偶校验进行误 码检测比较方便。
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3B4B码的特点： 1）最大连“0”连“1”数为4，故定时信息丰富 ；
2）正、负模式交替出现，“0”、“1”分布均等 ， 有利于减少码流的基线漂移；
3）便于实现在线误码检测； 4）变换及反变换电路比较简单； 5）码速率提高了 33％，主要用于中等速率的 传输系统。
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3. 5B6B码简介
4B码组中共有16组码，未被采用的6组码 称为禁字，可作为误码检测。
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mBnB编译码器
国内设备一般采用码表存储编码器即：
把设计好的码表 全部存储到一块只读存储器 (PROM)内而构成。
以3B4B码为例，码表存储编码器的工作原理示于 下图。首先把设计好的码表存入 PROM内，待变换的 信号码流通过串一并变换电路变为3比特一组的码b1、 b2、b3，并行输出作为PROM的地址码，在地址码作用 下，PROM根据存储的码表，输出与地址对应的并 行
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1B2B码
1B2B码包括CMI码、DMI码和双相码 等等，都是用两个码表示一个信息码，因 此使线路的传输速率增高了一倍。
优点是：1、电路简单；
2、最大连“0’’连“1”数仅为2；
3、定时信息丰富，便于不停止
v
业务的误码检测；
是低速34Mb/s以下系统中常用的线路码型。
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3．mB1H码 H码称为混合码（Hybrid），H码具有多种功
用。它实际上是由同步码、区间通信、公务、 监测、辅助数据信息等插入码和C码混合而成。
C码在8B1H中不仅能抑制相同连码的数目、 增加定时信息、平衡传输信息中“1”和“0’’出 现的概率，还可以利用C码进行不中断业务的误 码监测。mB1H码实现了各种信息在同一根光纤 中传送。
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1．mB1P码
P码称为奇偶校验码，它可以把m位原码通过末位 插入P码，校正为偶数码或奇数码。以8B1P为例：
图中的P为偶校验码。
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2．mB1Ci 码 C码称为反码或补码(Complementary)。若第m
位码为“ 1”时， C码编为“0”则称其为mB1C1码 ；若第（m－1）位码为“1”时，C码编为“0’’就 称其为mB1C2码，可见i仅表示补码的参照码位置 。