第六講光纖通信系統線路編碼2/5/20231光纖通信系統線路碼

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的數字信號，這個過程稱為線路編碼。線路編碼的主要功能之一是，根據香農(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的信號碼率小于信道容量，就可以實現任何程度的無誤數字數據傳輸（無誤程度取決于引入冗余度的大?。?/p>

2/5/20232光纖通信系統線路碼電纜數字通信系統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；

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，節省發射功率；

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務的誤碼檢測；

4.能提供輔助信號和區間通信信道等。

通過增加線路碼率的冗余度實現。

意義：a.實現不間斷業務的誤碼監測；

b.可與主信號傳送勤務通信；

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

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則進行擾碼，使線路碼流中“0”和“1”碼出現的概率相等，所以不僅從統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?？梢娝鉀Q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（SDH）中得到了廣泛的應用。缺點是擾碼后的碼型沒有規律，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。優點是：1、電路簡單；

2、最大連“0’’連“1”數僅為2；

3、定時信息豐富，便于不停止

v

業務的誤碼檢測；是低速34Mb/s以下系統中常用的線路碼型。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

個字節中可以找出適合與2m

個輸入字節相對應的碼。只要適當地選取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

代數和（有些文獻稱之為字數和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），其碼組內的“0’’和“1”個數相等，可見只有為偶數時，才能編出d＝0的均等碼，例如6B8B碼，6比特碼字的數目為26＝64，8比特碼字中d＝0的碼字數目（0、1各出現四個）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的個數均為偶數，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比特碼字的數目為25＝32，7比特碼字中d＝－1的數目有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省發射光功率。

（3）平衡不均等碼：大多數的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，然后編成4b碼，有24＝16種狀態?，F列出3B碼和4B碼的狀態，如下表所示。如何在4B碼的16種狀態中挑選8種與3B碼對應？一個好的方案必須符合光纖系統對數字碼流的要求。2/5/202311

在4B碼的16種狀態中，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數及基線漂移的角度來看，希望選擇d＝0及連0數少的碼組，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”碼數目平衡的目的。模式轉換狀態如圖所示，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，待變換的信號碼流通過串一并變換電路變為3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根據存儲的碼表，輸出與地址對應的并行4B碼，再經過并–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比特并聯為一組，作為PROM的地址，然后讀出3B碼，再經過并–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別而已。2/5/2023183B4B碼的特點：

1）最大連“0”連“1”數為4，故定時信息豐富；

2）正、負模式交替出現，“0”、“1”分布均等，有利于減少碼流的基線漂移；

3）便于實現在線誤碼檢測；

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。2/5/2023193.5B6B碼簡介

這是近年來在高速光纖數字傳輸系統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、可實施監測、迅速同步等優點。我國已規定在140Mb/s系統中采用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，優點是設計靈活，適合于高碼率系統，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，校正為偶數碼或奇數碼。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，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）可以實現不中斷業務的誤碼監測（誤碼檢測只針對C碼的監督位碼進行）；

4）電路硬件規模隨著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、區間通信、公務、監測、輔助數據信息等插入碼和C碼混合而成。

C碼在8B1H中不僅能抑制相同連碼的數目、增加定時信息、平衡傳輸信息中“1”和“0’’出現的概率，還可以利用C碼進行不中斷業務的誤碼監測。mB1H碼實現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系統中，插入脈沖可以傳送三個2Mb/s的區間通信信息（90個話路），兩路數據信息，一路監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為區間通信12/5/202328S2、6、9、13、16、20、23、27為區間通信ⅡS3、7、10、14、17、21、24、28為區間通信ⅢS4為數據信息；S11為監控信息；S18為數據信息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區間通信速率：272×

8＝2.176Mb／s監測用碼速率：272kb／s公務用碼速率：272kb／s數據速率：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，現以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