第五章光纤通信系统与设计.ppt

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1、第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计5.1 IM5.1 IMDDDD数字光纤通信系统数字光纤通信系统 5 5.2.2 光纤通信的线路码型光纤通信的线路码型5 5.3.3 光纤通信的性能指标光纤通信的性能指标5.4 5.4 光纤通信系统设计光纤通信系统设计第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计5.1 IM5.1 IMDDDD数字光纤通信系统数字光纤通信系统第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计一、数字通信的基本概念（1）模拟信号和数字信号模拟信号：信息随波形的变化而变化，其幅度是连续的。电话、传真、电视信号第第5章章

2、 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计数字信号：幅值被限制在有限个数值之内，不是连续的，是离散的。电报信号、数据信号第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计从以上分析可知：数字信号与模拟信号的区别是根据幅度取值上是否离散而定的。虽然模拟信号与数字信号有明显区别，但二者之间，在一定条件下是可以互相转换的。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计(2)数字通信的概念 通信的目的是传递或交换信息。根据在信道上传输的信号形式的不同，可分为两类通信方式：模拟通信和数字通信。模拟通信：以模拟信号的形式传递消息，采用频分复用实现多路通信。数字通信：以数字信号的形式传递消息，采用时分复用实现多

3、路通信。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计（3）数字通信系统的构成数字通信系统的构成模型如下图所示。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计信源信源:被变换成原始电信号的原始信息。常见的信源有产生模拟信号的电话机、话筒、摄像机和输出数字信号的电子计算机、各种数字终端设备等。信源编码信源编码：把模拟信号变换成数字信号，即完成模数变换的任务。如果信源产生的已经是数字信号，可省去信源编码部分。信道编码：信道编码：完成自动检错或纠错功能传输过程中由于信道中存在噪声干扰，使得传输的数字信号产生差错误码。为了在接收端能自动进行检错或纠正差错，在信源编码后的信息码元中，按一定的规律，附

4、加一些监督码元，形成新的数字信号。接收端可按数字信号的规律性来检查接收信号是否有差错或纠正错码。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计调制：调制：将基带数字信号搬移到适合于信道传输的频带上。将基带数字信号直接送到信道传输的方式称为基带传输；将基带数字信号经过调制后再送到信道传输的方式称为频带传输。信道：信道：是指传输信号的通道。根据传输媒介可分为有线信道(明线、电缆、光缆信道)与无线信道(短波电离层传播、微波视距传播、卫星中继信道)。信宿信宿：接收信息的人或各种终端设备。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计 对于具体的数字通信系统，其方框图并非都与上述方框图完全一样，例如

5、：若信源是数字信息时，则信源编码或信源解码可去掉，这样就构成数据通信系统。若通信距离不太远，且通信容量不太大时，信道一般采用市话电缆，即采用基带传输方式，这样就不需要调制和解调部分。传送话音信息时，即使有少量误码，也不影响通信质量，一般不加信道编、解码。在对保密性能要求比较高的通信系统中，可在信源编码与信道编码之间加人加密器；同时在接收端加入解密器。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计2 2数字通信的特点数字通信的特点(1)抗干扰能力强，无噪声积累 在模拟通信中，为了提高信噪比，需要及时对传输信号进行放大(增音)，但与此同时，串扰进来的噪声也被放大。由于模拟信号的幅值是连续的，难以

6、把传输信号与干扰噪声分开。随着传输距离的增加，噪声累积越来越大，将使传输质量严重恶化。对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限的离散值(通常取两个幅值)，在传输过程中受到噪声干扰，当信噪比还没有恶化到一定程度时，即在适当的距离，采用再生的方法，再生成已消除噪声干扰的原发送信号。由于无噪声积累，可实现长距离、高质量的传输。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计(2)便于加密处理 信息传输的安全性和保密性越来越显得重要。数字通信的加密处理比模拟通信容易得多。以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密和解密处理。(3)采用时分复用实现多路通信 时分复用是利用各路信号在

7、信道上占有不同的时间间隙，同在一条信道上传输，并且互不干扰。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计(4)设备便于集成化、微型化 数字通信采用时分多路复用，不需要昂贵的、体积较大的滤波器。由于设备中大部分电路都是数字电路，可以用大规模和超大规模集成电路实现，这样功耗也较低。(5)占用信道频带宽 一路数字电话的频带为64kHz，而一路模拟电话所占频带仅为4kHz，前者是后者的16倍。然而随着微波、卫星、光缆信道的大量利用(其信道频带非常宽)，以及频带压缩编码器的实现和大量使用，数字通信占用频带宽的矛盾正逐步减小第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计3.IM-DD3.IM-DD数

8、字光纤通信系统设计数字光纤通信系统设计数数字字光光纤纤通通信信系系统统一一般般采采用用强强度度调调制制、直直接接检检波波的的方方式式，即即IM-DDIM-DD方方式式。任任何何复复杂杂的的通通信信系系统统，其其基基本本单单元元都都是是点点到到点的传输链路点的传输链路。它它包包括括PCMPCM端端机机，电电发发送送、接接收收端端机机，光光发发送送、接接收收端端机机，光纤线路，中继器等。光纤线路，中继器等。强强度度调调制制是是用用所所要要传传输输的的信信息息调调制制光光的的强强度度，把把要要传传输输的的信息转变为光信号。信息转变为光信号。直接检测就是直接检测接收的光功率，把它转变为电信号直接检测就

9、是直接检测接收的光功率，把它转变为电信号第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计数字光纤通信系统的组成原理图用户输入的电信号是模拟信号，包括语音、图像信号等。这些电信号在PCM端机中被转换为数字信号（A/D转换），完成PCM编码，并按时分复用的方式复接。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计二、脉冲编码调制(PCM)由于数字通信是以数字信号的形式来传递消息的，而话音信号是幅度、时间取值均连续的模拟信号，所以数字通信所要解决的首要问题是模拟信号的数字化，即模数变换(AD变换)。1脉冲编码调制通信系统的构成 脉冲编码调制是对模拟信号的瞬时抽样值量化、编码，以将模拟信号转化为数字信

10、号。若模数变换的方法采用PCM，由此构成的数字通信系统称为PCM通信系统。采用基带传输的PCM通信系统构成方框图如下图所示。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计 由图中可以看出，PCM通信系统由三个部分构成：(1)模数变换 相当于信源编码部分的AD变换，具体包括抽样、量化、编码三步。抽样是把模拟信号在时间上离散化，变为脉冲幅度调制(PAM)信号。量化是把PAM信号在幅度上离散化，变为量化值(共有N个量化值)。编码是用二进码来表示N个量化值，每个量化值编m位码，则有N=2m。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计(2)信道部分 信道部分包括传输线路及再生中继器。由前面介绍的

11、内容可知再生中继器可消除噪声干扰，所以数字通信系统中每隔一定的距离加一个再生中继器以延长通信距离。(3)数模变换 接收端首先利用再生中继器消除数字信号中的噪声干扰，然后进行数模变换。数模变换包括解码和低通两部分。解码是编码的反过程，解码后还原为PAM信号(假设忽略量化误差量化值与PAM信号样值之差)。低通收端低通的作用是恢复或重建原模拟信号。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计2.抽样 (1)抽样的概念 话音信号不仅在幅度取值上是连续的，而且在时间上也是连续的。要使话音信号数字化，首先要在时间上对话音信号进行离散化处理，这一处理过程是由抽样来完成的。所谓抽样就是每隔一定的时间间隔T

12、抽取模拟信号的一个瞬时幅度值(样值)。抽样是由抽样门来完成的，在抽样脉冲ST(t)的控制下，抽样门闭合或断开。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计(2)理想抽样的频谱 采用理想的单位冲激脉冲序列作为抽样脉冲(即用冲激脉冲近似表示有一定宽度的抽样脉冲)时，称为理想抽样。理想抽样样值序列S(t)的频谱S()与原始模拟话音信号m(t)的频谱M()对比图第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计为了避免产生折叠噪声，对频带为fmHz的话音信号，其抽样频率fs必须满足下列条件：fs-fmfm 所以 fs 2fm或T1/(2fm)即：“一个频带限制在fmHz以下的连续信号m(t)，可以惟

13、一地用时间每隔丁 1/(2fm)秒的抽样值序列来确定。这就是著名的抽样定理。话音信号的最高频率限制在3400Hz，这时满足抽样定理的最低的抽样频率应为fmin=6800Hz，为了留有一定的防卫带，原CCITT规定话音信号的抽样频率为fs=8000 Hz，这样就留出了80006800=1200Hz作为滤波器的防卫带。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计注意注意：抽样频率fs不是越高越好，fs太高时，将会降低信道的利用率。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计 3量化将时间域上幅度连续的样值序列变换为时间域上幅度离散的样值序列信号。均匀量化 话音信号的概率密度分布曲线 第第5

14、章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计 均匀量化是在量化区内(即从一U+U)均匀等分N个小间隔。N称为量化级数，每一小间隔称为量化间隔。由此可得：=2U/N当N=8时第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计 可以看出，在量化区，其最大量化误差(指绝对值)不超过半个量化间隔等，但在过载区，量化误差将会超过。即 emax(t)=/2(量化区)e max(t)/2(过载区)量化误差相当于一个噪声叠加在原来的信号上起干扰作用，这种噪声称为量化噪声。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计均匀量化的特点是：）在量化区内，大、小信号的最大量化误差相同，所以小信号的量化信噪比小，大信号的

15、量化信噪比大。）当量化级数N一定时，均匀量化小信号的量化信噪比太小，不满足要求(数字通信系统中要求量化信噪比26dB)，而大信号的量化信噪比较大，远远满足要求。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计如果把信号电平分为m个等级，就可以用N=log2m个二进制脉冲来表示。量化会带来失真，量化等级分得越细，失真越小。这样原来的连续模拟信号就变成了离散的数字信号0和1。这种信号经过信道传输，在接收端经过解码、滤波后就可以恢复出原来的信号。根据奈奎斯特（Nyquist）抽样定理，只要抽样频率f大于传输信号的最高频率fs的两倍，即f2fs，在接收端就完全感觉不到信号的失真。第第5章章 光纤通信系

16、统与设计光纤通信系统与设计PCM编码和解码过程第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计图中把幅度值分为8种，所以每个范围内的幅度值对应一个量化值，这8个值可以用3位二进制数表示，比如0对应000，1对应001，2对应010，3对应011，4对应100，5对应101，6对应110，7对应111。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计PCM信号中的一个码元所占用的时间T称为码长，单位时间内传输的码元数称为码速率B，B=1/T。语音信号的最高速率为4kHz，则抽样频率为8kHz，即抽样周期为125s。对于一个8位码（8b/s），一个PCM语音信号的速率为88=64kb/s。如果采用

17、时分复用的形式，30个话路为一个基群，则根据准同步数字体系（PDH），一个基群速率为2.048Mb/s。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计为了提高信道利用率，可以采用多路复用的方式在同一条信道上传输多路信号。复用方式有时分复用、频分复用（波分复用）、码分复用等。目前较常用的方式是时分复用，是指不同的信号在同一个信道上占用不同的时隙。如下图所示，1N路信号在不同的时隙依次输入，在接收端的不同时隙，信号送入相应支路。为了进行帧同步、误码检测、系统监测等功能，需要在每一帧中附加帧开销（FOH）时隙。三三.两种数字体系两种数字体系光纤大容量数字传输系统的两种传输体制：（1）准同步数字系列

18、(PDH)（2）同步数字系列(SDH)第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计数字信号的时分复用第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计PDH（PlesiochronousDigitalHierarchy）是指准同步数字体系。根据国际电报电话咨询委员会CCITT（现改为国际电联标准化组织ITU-T）G.702建议，PDH的基群速率有两种，即PCM30/32路系统和PCM24路系统。我国和欧洲各国采用PCM30/32路系统，其中每一帧的帧长是125s，共有32个时隙（TS0TS31），其中30个为话路（TS1TS15和TS17TS31），时隙TS0被用作帧同步信号的传输，而时隙T

19、S16用作信令及复帧同步信号的传输。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计每个时隙包含8bit，所以每帧有832=256bit，码速率为256bit（1/125s）=2.048Mb/s。日本和北美使用的PCM24路系统，基群速率为1.544Mb/s。几个基群信号（一次群）又可以复用到二次群，几个二次群又可复用到三次群。下表是PDH各次群的标准比特率。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计PDH各次群的标准比特率第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计PDH可以很好地适应传统的点对点通信，但这种数字系列主要是为话音设计的，除了低次群采用同步复接外，高次群均采用异步复接

20、，通过增加额外比特使各支路信号与复接设备同步，虽然各支路的数字信号流标称值相同，但它们的主时钟是彼此独立的。随着信息化社会的到来，这样的结构已远不能适应现代通信网对信号宽带化、多样化的要求。PDH主要存在以下缺点：第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计(1)我国和欧洲、北美、日本各自有不同的PDH数字体系，这些体系互不兼容，造成国际互通的困难。(2)PDH的高次群是异步复接，每次复接就进行一次码速调整，因而无法直接从高次群中提取支路信息，每次插入/取出一个低次群信号（上下话路）都要逐次群的复用解复用，使得复用结构相当复杂，缺乏灵活性。(3)没有统一的光接口。PDH数字体系仅仅规范了电

21、接口的技术标准，各厂家开发的光接口不兼容，光路互通要先转换为电接口，因此限制了联网应用的灵活性，增加了网络的复杂性。(4)PDH预留的插入比特较少，使得网络的运行、管理和维护（OAM）较困难，无法适应新一代网络的要求。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计(5)PDH体系建立在点对点传输的基础上，网络结构较为简单，无法提供最佳的路由选择，使得设备利用率较低。PDH体系所存在的上述种种缺陷导致了一种新的数字体系同步光网络SONET（SynchronousOpticalNetwork）的产生。最初提出这个概念的是美国贝尔通信研究所。SONET于1986年成为美国新的数字体系标准。1988

22、年，CCITT接受了SONET的概念并重新命名为同步数字体系SDH（SynchronousDigitalHierarchy）。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计SDH后来又经过修改和完善，成为涉及比特率、网络节点接口、复用结构、复用设备、网络管理、线路系统、光接口、信息模型、网络结构等的一系列标准，成为不仅适用于光纤，也适用于微波和卫星传输的通信技术体制。SDH的主要特点如下：(1)SDH有一套标准的信息等级结构，称之为同步传送模块STM-N，其中第一级为STM-1，速率为155.520Mb/s。PDH互不兼容的三套体系可以在SDH的STM-1上进行兼容，实现了高速数字传输的世界

23、统一标准。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计(2)SDH的帧结构是矩形块状结构，低速率支路的分布规律性极强，可以利用指针（PTR）指出其位置，一次性地直接从高速信号中取出，而不必逐级分接，这使得上下话路变得极为简单。(3)SDH帧结构中拥有丰富的开销比特，使得网络的运行、管理、维护（OAM）能力大大增强。预留的备用字节可以进一步满足智能化网络发展的需要。(4)SDH具有统一的网络节点接口，不同厂家的设备，只要应用类别相同，就可以实现光路上的互通。(5)SDH采用同步和灵活的复用方式，大大简化了数字交叉连接（DXC）设备和分插复用器（ADM）的实现，增强了网络的自愈功能，并可根据用

24、户的要求进行动态组网，便于网络调度。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计(6)SDH不但实现了PDH向SDH的过渡，还支持异步转移模式（ATM）和宽带综合业务数字网（ISDN）业务。ATM的信元可以装入到STM-1中，用基于SDH的网进行传送。B-SDN的UNI物理层的速率与STM-1和STM-4的速率完全一致，因而SDH能很好地支持ISDN。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计SDH有上述种种优点，但SDH也有不足：SDH的频带利用率比起PDH有所下降；SDH网络采用指针调整技术来完成不同SDH网之间的同步，使得设备复杂，同时字节调整所带来的输出抖动也大于PDH；软件

25、控制并支配了网络中的交叉连接和复用设备，一旦出现软件操作错误或病毒，容易造成网络全面故障。尽管如此，SDH的良好性能已经得到了公认，成为未来传输网发展的主流。SDH的更多内容后面还会作进一步的介绍。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计中继器的功能：中继器的功能：1）补偿衰减的光信号：光纤损耗限制了光信号的传输距离）补偿衰减的光信号：光纤损耗限制了光信号的传输距离2）对失真的信号波形进行整形：色散特性限制了光信号的传）对失真的信号波形进行整形：色散特性限制了光信号的传输距离、传输容量输距离、传输容量中继类型：光电中继、全光中继中继类型：光电中继、全光中继4.4.光纤通信系统的中继光纤

26、通信系统的中继第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计光电中继第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计中继器的结构形式：有的是设在机房中，有的是箱式或罐式，中继器的结构形式：有的是设在机房中，有的是箱式或罐式，直埋在地下或架空光缆中架在杆上。直埋在地下或架空光缆中架在杆上。光中继器的公务监控方式光中继器的公务监控方式1）一种是与主信道分开，另设传输信道。）一种是与主信道分开，另设传输信道。2）一种是将这些信号插入到主信道信号中和主信号一起传输，）一种是将这些信号插入到主信道信号中和主信号一起传输，到中继器再分开。到中继器再分开。二者各有优缺点。目前主要采用第二种方式。这一过程主

27、要二者各有优缺点。目前主要采用第二种方式。这一过程主要由光中继器中的插、分电路来完成。由光中继器中的插、分电路来完成。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计全光中继器光发光发射机射机光接光接收机收机光纤光纤 光纤光纤光放大器光放大器 色散补偿色散补偿第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计5.2光纤通信的线路码型第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计在光纤通信系统中，从电端机输出的是适合于电缆传输的双极性码(HDB3)。光源不可能发射负光脉冲，因此必须进行码型变换，以适合于数字光纤通信系统传输的要求。数字光纤通信系统普遍采用二进制二电平码，即“有光脉冲”表示“1”码

28、，“无光脉冲”表示“0”码。但是简单的二电平码会带来如下问题：(1)在码流中，出现“1”码和“0”码的个数是随机变化的，因而直流分量也会发生随机波动(基线漂移)，给光接收机的判决带来困难。(2)在随机码流中，容易出现长串连“1”码或长串连“0”码，这样可能造成位同步信息丢失，给定时提取造成困难或产生较大的定时误差。(3)不能实现在线(不中断业务)的误码检测，不利于长途通信系统的维护。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计数字光纤通信系统对线路码型具体要求有：(1)能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量。这样就可以减小基线漂移、提高输出功率的稳定性和减小码间干扰，有利于提高光接收机的

29、灵敏度。(2)能给光接收机提供足够的定时信息。因而应尽可能减少连“1”码和连“0”码的数目，使“1”码和“0”码的分布均匀，保证定时信息丰富。(3)能提供一定的冗余码，用于平衡码流、误码监测和公务通信。但对高速光纤通信系统，应适当减少冗余码，以免占用过大的带宽。数字光纤通信系统常用的线路码型有：扰码、mBnB码和插入码，下面将分别予以介绍。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计 扰码扰码为了保证传输的透明性，在系统光发射机的调制器前，需要附加一个扰码器，将原始的二进制码序列加以变换，使其接近于随机序列。相应地，在光接收机的判决器之后，附加一个解扰器，以恢复原始序列。扰码与解扰可由反馈

30、移位寄存器和对应的前馈移位寄存器实现。扰码改变了“1”码与“0”码的分布，从而改善了码流的一些特性。例如：扰码前：1100000011000扰码后：1101110110011第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计但是，扰码仍具有下列缺点：（1）不能完全控制长串连“1”和长串连“”序列的出现；（2）没有引入冗余，不能进行在线误码监测；（3）信号频谱中接近于直流的分量较大，不能解决基线漂移。因为扰码不能完全满足光纤通信对线路码型的要求，所以许多光纤通信设备除采用扰码外还采用其它类型的线路编码。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计mBnBmBnB码码 mBnB码是把输入的二进制

31、原始码流进行分组，每组有m个二进制码，记为mB，称为一个码字，然后把一个码字变换为n个二进制码，记为nB，并在同一个时隙内输出。这种码型是把mB变换为nB，所以称为mBnB码，其中m和n都是正整数，nm，一般选取n=m+1。1.1.mBnBmBnB码编码原理码编码原理 最简单的mBnB码是1B2B码，即曼彻斯特码，这就是把原码的“”变换为“01”，把“1”变换为“10”。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计 因此最大的连“”和连“”的数目不会超过两个。但是在相同时隙内，传输1比特变为传输2比特，码速提高了1倍。以3B4B码为例，输入的原始码流3B码，共有(23)8个码字，变换为4B

32、码时，共有(24)16个码字。为保证信息的完整传输，必须从4B码的16个码字中挑选8个码字来代替3B码。设计者应根据使连“”和连“”的数目最少原则来选择码表。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计3B和4B的码字第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计 “码字数字和”(WDS):描述码字的均匀性，并以WDS的最佳选择来保证线路码的传输特在nB码的码字中:用“-1”代表“0”码，用“+1”代表“”码，整个码字的代数和即为WDS。nB码的选择原则是：尽可能选择|WDS|最小的码字，禁止使用|WDS|最大的码字。以3B4B为例:应选择WDS=0和WDS=2的码字，禁止使用WDS=4

33、的码字。下表示出根据这个规则编制的一种3B4B码表，表中正组和负组交替使用。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计一种3B4B码表第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计 mBnB码是一种分组码，设计者可以根据传输特性的要求确定某种码表。mBnB码的特点是：(1)码流中“0”和“1”码的概率相等，连“0”和连“1”的数目较少，定时信息丰富。(2)高低频分量较小，信号频谱特性较好，基线漂移小。(3)在码流中引入一定的冗余码，便于在线误码检测。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计 2.2.编译码器编译码器 有两种编译码电路：一种是组合逻辑电路，就是把整个编译码器都集成

34、在一小块芯片上，组成一个大规模专用集成块，国外设备大多采用这种方法；另一种是把设计好的码表全部存储到一块只读存储器(PROM)内而构成，国内设备一般采用这种方法。以3B4B码为例，码表存储编码器的工作原理示于图4.22。首先把设计好的码表存入PROM内，待变换的信号码流通过串-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4B码，再经过并-串变换电路，读出已变换的4B码流。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计码表存储编码器原理第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计 图图中中A A、B

35、 B、C C三三条条线线为为组组别别控控制制控控制制线线，当当WDS=WDS=2 2时时，从从A A、B B分别送出控制信号，分别送出控制信号，通过通过C C线决定组别。线决定组别。译译码码器器与与编编码码器器基基本本相相同同，只只是是除除去去组组别别控控制制部部分分。译译码码时时，把把送送来来的的已已变变换换的的4B4B信信号号码码流流，每每4 4比比特特并并联联为为一一组组，作作为为PROMPROM的的地地址址，然然后后读读出出3B3B码码，再再经经过过并并 -串串变变换换还还原原为原来的信号码流。为原来的信号码流。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计CMI码一种电接口码型，一

36、种电接口码型，139264kb/s光纤传输系光纤传输系统的光线路码型，可直接调制光源，不需统的光线路码型，可直接调制光源，不需线路码型的变换和反变换设备。线路码型的变换和反变换设备。缺点：码速率提高率（等于缺点：码速率提高率（等于100%）太大以）太大以及传送辅助信息的性能较差。及传送辅助信息的性能较差。输入码字输入码字模式模式1模式模式20010110011第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计 插入码插入码 插入码是把输入二进制原始码流分成每m比特(mB)-一组，然后在每组mB码末尾按一定规律插入一个码，组成m+1个码为一组的线路码流。根据插入码的规律，可以分为mB1C码、mB1

37、H码和mB1P码。1.1.插入码的编码原理插入码的编码原理 mB1C码的编码原理是，把原始码流分成每m比特(mB)一组，然后在每组mB码的末尾插入1比特补码，这个补码称为C码，所以称为mB1C码。补码插在mB码的末尾，使连“0”码和连“1”码的数目最少。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计 mB1C码的结构如下图所示，例如：mB码为：100 110 001 101 mB1C码为：1001 1101 0010 1010 C码的作用是引入冗余码，可以进行在线误码率监测；同时改善了“0”码和“1”码的分布，有利于定时提取。mB1H码是mB1C码演变而成的，即在mB1C码中，扣除部分C码，

38、并在相应的码位上插入一个混合码(H码)，所以称为mB1H码。所插入的H码可以根据不同用途分为三类：第一类是C码，它是第m位码的补码，用于在线误码率监测；第二类是L码，用于区间通信；第三类是G码，用于帧同步、公务、数据、监测等信息的传输。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计mB1C码的结构第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计 常用的插入码是mB1H码，有1B1H码、4B1H码和8B1H码。以4B1H码为例，它的优点是码速提高不大，误码增值小；可以实现在线误码检测、区间通信和辅助信息传输。缺点是码流的频谱特性不如mBnB码。但在扰码后再进行4B1H变换，可以满足通信系统的要

39、求。在mB1P码中，P码称为奇偶校验码，其作用和C码相似，但P码有以下两种情况：(1)P码为奇校验码时，其插入规律是使m+1个码内“1”码的个数为奇数，例如：第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计 mB码为：100 000 001 110 mB1P码为：1000 0001 0010 1101 当检测得m+1个码内“”码为奇数时，则认为无误码。(2)P码为偶校验码时，其插入规律是使m+1个码内“”码的个数为偶数，例如：m B码为：100 000 001 110 mB1P码为：1001 0000 0011 1100 当检测得m+1个码内“”码为偶数时，则认为无误码。第第5章章 光纤通信系

40、统与设计光纤通信系统与设计2.2.编译码器编译码器 和mBnB码不同，mB1H码没有一一对应的码结构，所以mB1H码的变换不能采用码表法，一般都采用缓存插入法来实现。下图示出4B1H编码器原理，它由缓存器、写入时序电路、插入逻辑和读出时序电路四部分组成。4B1H码是每4个信号码插入一个H码，因此变换后码速增加1/4。设信号码的码速为34 368 kb/s，经4B1H变换后，线路码的码速为(5/4)34 368 kb/s=42 960 kb/s。34 368 kb/s的NRZ信号码送入缓存器。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计4B1H编码器原理第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信

41、系统与设计 缓存器是4D触发器，它利用锁相环中的4分频信号作为写入时序脉冲，随机但有顺序地把34 368 kb/s信号码流分为4比特一组，与H码一起并联送入插入逻辑。插入逻辑电路实际上是一个5选1的电路，它利用锁相环中5分频电路输出读出时序脉冲。由插入逻辑输出码速为42 960 kb/s的4B1H码。下图示出4B1H译码器原理，它由B码还原、H码分离、帧同步和相应的时钟频率变换电路组成。把42960 kb/s的4B1H码加到缓存器，因4B1H码是5比特为一组，所以缓存器应有5级，并用不同的时钟写入。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计4B1H译码器原理第第5章章 光纤通信系统与设计

42、光纤通信系统与设计 频率变换电路要保证向各个部分提供所需的准确时钟信号。通过缓存器，实际上已把B码和H码分开，只要用34 368 kHz的时钟把B码按顺序读出，B码就还原了。B码的还原电路实际上就是并串变换电路，由4选1电路来实现。数字光纤通信系统常用几种线路码的主要性能列于下表。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计线路编码小结电信号是双极性码，而光信号只能用“有光脉冲”和“没有光脉冲”来表示二进制二电平码“1”和“0”码，因此电信号要经过码型转换后再进行光信号发送简单的二电平码带来的问题直流分量随机波动长“1”或长“0”造成同步信息

43、的丢失无法在线检测需要更合理的码型变换“1”和”0”总数相等减少长“1”或长“0”码，提供定时信息提供一定的冗余码，用于误码检测、公务通信等光通信系统常用码型为：扰码、mBnB码和插入码等第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计光通信常用码型扰码：在光发射机的调制器前，将原始的二进制码序列加以变化，使其接近于随机序列。在光接收机的判决之后，附加一个解扰器，以恢复原始序列可以改变“1”和“0”码的分布，但不能控制长“0”和“1”序列的出现没有引入冗余，不能在线监测mBnB码：输入的二进制原始码流分组，每组m个二进制码，然后把每组编号成n个二进制码，并在同一时隙内输出。m和n均为整数，且n

44、m，一般n=m+11B2B码把原始的0变成01，1变成10，使得最大的连0和连1的数目不超过两个，码速提高了1倍插入码：每m码一组的码流末尾按照一定规律插入一个码，组成m+1码为一组的线路码流第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计5.3 5.3 光纤通信的性能指标光纤通信的性能指标第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计1.1.误码率误码率(BER)(BER)误误码码率率是是衡衡量量数数字字光光纤纤通通信信系系统统传传输输质质量量优优劣劣的的非非常常重重要要的的指指标标，它它反反映映了了在在数数字字传传输输过过程程中中信信息息受受到到损损害害的的程程度度。BERBER是是在在

45、一一个个较较长长时时间间内内的的传传输输码码流流中中出出现现误误码码的的概概率率，它它对对话话音音影影响响的的程程度度取取决决于于编编码码方方法法。对对于于PCMPCM而而言言，误误码码率率对对话话音的影响程度如下表所示。音的影响程度如下表所示。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计 由于误码率随时间变化，用长时间内的平均误码率来衡量系统性能的优劣，由于误码率随时间变化，用长时间内的平均误码率来衡量系统性能的优劣，显然不够准确。在实际监测和评定中，显然不够准确。在实际监测和评定中，规定一个较长的监测时间规定一个较长的监测时间T TL L，例如几天例如几天或一个月，并把这个时间分为或一

46、个月，并把这个时间分为“可用可用时间时间”和和“不可用时间不可用时间”。在连续在连续10 s10 s时间内，时间内，BERBER劣于劣于1 11010-3-3，为，为“不可用时间不可用时间”，或称系统处于故障状，或称系统处于故障状态；态；在连续在连续10 s10 s时间内，时间内，BERBER优于优于1 11010-3-3，为，为“可用时间可用时间”。规定一个较短的取样时间规定一个较短的取样时间T T0 0和误码率门限值和误码率门限值BERBERthth，统计统计BERBER劣于劣于BERBERthth的时间，的时间，并用劣化时间占可用时间的百分数来衡量系统误码率性能的指标。并用劣化时间占可用

47、时间的百分数来衡量系统误码率性能的指标。误码率随时间的变化TLT010-310-610-710-810-10第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计三种误码率参数和指标说明：三种误码率参数和指标说明：（1 1）劣劣化化分分(DM)(DM)：误误码码率率为为1 11010-6-6时时，感感觉觉不不到到干干扰扰的的影影响响，选选为为BERBERthth。选选择择取取样样时时间间T T0 0为为 1 1 minmin。选选择择T TL L为为1 1个个月月。定定义义误误码码率率劣劣于于 1 11010-6-6的的分分钟钟数数为为劣劣化化分分(DM)(DM)。HRXHRX指指标标要要求求劣劣化

48、化分分占占可可用用分分(可可用用时时间间减减去去严严重重误误码码秒秒累累积积的的分分钟钟数数)的的百百分分数小于数小于10%10%。（2 2）严严重重误误码码秒秒(SES)(SES)：由由于于某某些些系系统统会会出出现现短短时时间间内内大大误误码码率率的的情情况况，严严重重影影响响通通话话质质量量，因因此此引引入入严严重重误误码码秒秒这这个个参参数数。选选择择监监测测时时间间T TL L为为1 1个个月月，取取样样时时间间T T0 0为为1s1s。定定义义误误码码率率劣劣于于 1 11010-3-3的的秒秒钟钟数数为为严严重重误误码码秒秒(SES)(SES)。HRXHRX指指标标要要求求严严重

49、重误误码秒占可用秒的百分数小于码秒占可用秒的百分数小于0.2%0.2%。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计（3 3）误误码码秒秒(ES)(ES)：选选择择监监测测时时间间T TL L为为1 1个个月月，取取样样时时间间T T0 0为为1s1s，误误码码率率门门限限值值BERBERthth=0=0。定定义义凡凡是是出出现现误误码码(即即使使只只有有1bit)1bit)的的秒秒数数称称为为误误码码秒秒(ES)(ES)。HRXHRX指指标标要要求求误误码码秒秒占占可可用用秒秒的的百百分分数数小小于于8%8%。相相应应地地，不不出出现现任任何何误误码码的的秒秒数数称称为为无无误误码码秒秒

50、(EFS)(EFS)，指标要求无误码秒占可用秒的百分数大于指标要求无误码秒占可用秒的百分数大于92%92%。对对于于目目前前的的电电话话业业务务，传传输输一一路路PCMPCM电电话话的的速速率率为为 64 64 kb/skb/s。研研究究分分析析表表明明，合合适适的的误误码码率率参参数数和和假假设设参参考考连连接接HRXHRX的误码率指标如表所示。的误码率指标如表所示。第第5章章 光纤通信系统与设计光纤通信系统与设计 标标准准数数字字假假设设参参考考连连接接HRX(27500 HRX(27500 km)km)的的误误码码率率总总指指标标必必须须按按不不同同等等级级的的电电路路质质量量分分配配到