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光纤通信中的线路码型

2016-10-23 10:19:13 | 人围观 | 评论:

    一、研究传输码型的必要性
    数字通信中，传输码型的选择是一个必须考虑的问题．在数字光纤通信系统中，因为使用的信号源是光源，传输手段是光导纤维，由此带来的新问题更须对光纤中传输的码型作专门讨论．
    在数字光纤通信系统中，所传的信号是数字信号．然而，根据原国际电报、电话咨询委员（CCITT）的建议，在脉码调制(PCM)通信系统中，接口码速率与接口码型如表3-1所示．

表中，HDB3称为三阶高密度双极性码，这种码型的特点之一是具有双极性，亦即具有+1，-1,0三种电平．这种双极性码由于采取了一定措施，使码流中的+1和-1交替出现，因而没有直流分量．于是在PCM端机，PCM系统的中继器与电缆线路连接时，可以使用变量器，从而实现远端供电．同时，这种码型又可利用其正、负极性交替出现的规律进行自动误码监测等．
CMI为传号反转码，它是一种两电平不归零码，它的码表如表3-2所示．即将原来的二进制码的“0"编为01；将原来二进制的“1”编为00或1 1．若前一次用00，则后一次用11，即00和11是交替出现的，从而使“0"，“1"在码流中是平衡的，并且它不出现10，作为禁字使用．因此，一旦码流中出现10就知道前面产生了误码，因而具有误码监测功能．

    以上介绍的是PCM系统与光纤通信系统接口的两种码型．
    然而，PCM系统中的这些码型并不都适合在光纤数字通信系统中传输，例如HDB3码有+1,0，-1三种状态，而在光纤数字通信系统中，光源只有发光和不发光两种状态，没有发负光这种状态．因此，在光纤系统中无法传输HDB3码，为此，在光发射机中传输140 Mbit/s以下码速率时，必须将HDB3解码，变为单极性的“0”，“1"码．但是HDB3解码后，这种码型所具有的上述误码监测等功能都将失去．以上是需要重新编码的一个原因．另一方面，在光纤线路中，除了需要传输主信号外，还需增加一些其他的功能，如传输监控信号、区间通信信号、公务通信信号、数据通信信号，当然也仍需要有不间断进行误码监测功能等．为此，需要在原来码速率基础上，提高一点码速率，以增加一些信息余量（冗余度）从而实现上述目的．具体作法是在原有码流中插入脉冲，这也需要重新编码。
    综上所述，在光纤通信系统中，需要重新编码，例如：
    将二次群的HDB3码解码后，编为1B2B码；
    将三次群的HDB3码解码后，编为4B1H或8B1H或5B6B码，
    关于1B2B,586B,4B1H等码型将在下面讨论．
    二、选择码型应满足的主要要求
    选择在数字光纤通信系统中传输的码型，除上面所述应为两电平码外，还应考虑到：
    ①避免信码流中出现长“0”和长“1"码
    因为信码流如果连“0”或连“l"，定时信号因无法提取而消失．即使是归零码因经光纤的长距离百输后脉冲出现拖尾，定时信号也难于提取．
    ②能进行不中断业务的误码监测
    如前所述，HDB3码是利用双极性码中正、负极性的有规律交替来实现误码监测的．现在，在光纤通信中变换为单极性码，故需另想措施来实现不中断误码监测．
    ③尽量减少信码流中直流分量的起伏
    由于HDB3码是双极性的，故正、负极性的交替可以使码流中没有直流分量，现在变为单极性码，必然存在直流分量，由于信码流的随机性就会出现直流分量的浮动，显然，这种影响不利于判决电路的工作．为此，在选择码型时，应考虑这个因素．
    在光纤通信系统中有许多类码型可以使用，但常用的有伪双极性码，m.BnB码，插入比特码和加扰二进码等．下面分别进行介绍．
    三、光纤通信中的常用码型
    1．mBnB码
    mBnB又称分组码(Block Code)，它是把输入信码流中每m比特码分为一组，然后变换为n比特，且n>rn．这就是说，变换以后码组的比特数比变换前大．这就使变换后的码流有“富余”（冗余）．有了它，在码流中除了可以传原来的信息以外，还可以传送与误码监测等有关的信息．另一方面，经过适当编码后还可以改善定时信号的提取和直流分量的起伏问题，这些问题将在后面说明．
    mBnB类码型中有1B2B,2B3B,3B4B,5B6B,5B7B, 6B8B等码．下面，通过介绍在光纤通信中最常用的5B6B码来说明这种码型的组成．
    (1)编码的情况
    5B6B码是将使码流中每五位码元分为一组，然后，再将这组五位码变换为六位码．
    按照数学中的排列理论可知，由“0”，“l”这种二元信号组成的五位和六位码，可以有如下种排列：
    五位码的排列数：25= 32种；
    六位码的排列数：26= 64种．
    (2)码流“平衡”情况的分析
    如果将这64种排列一一列出来可以发现：
    ①六位码中含有三个“1"和三个“O"的平衡码组共有20个．所谓平衡是指在一个码组中“0”和“l"的个数相同．显然，这样的码组在信码流中对保持码流中直流分量的稳定（不起伏）是有利的．
    ②六位码组中含有四个“1"两个“0”或四个“0"两个“l”的不完全平衡码组各有15个．这种码组虽然不完全平衡，但“0"和“1"的个数差别不太大．在5B6B码中只选用了其中的各12组．
    ③除上述两种码组外，尚有
                        64 - 20 -2×15=14
    种码组，这种码组在一个六位码组中，“0”和“1”的个数悬殊太大，不利于稳定码流中的直流分量，因此不选用．
    (3)码组的选用
    通过上面分析看出，如果采用如下方式来选取码组，对于平衡信码流中的直流分量以及监测误码将是有利的．
    ①首先应选取码组中含有三个“0"，三个“l”的20个平衡码组，
    ②再选取含有四个“l"两个“0”和四个“0”两个“1"的不完全平衡码组，即
                            2×15=30
    个码组中的2×12=24个码组，并为正、负两种模式．正模式中“l”的个数多；负模式中“0"的个数多，当信码流中出现上述某个模式后，则后一码组应选用另一种模式，这样，由于正、负码交替使用，就保持了信码流中“O"和“1”出现的概率相同，从而保持直流分量稳定，基线不起伏，
    ③对于上述那种“0”，“1"个数悬殊的14种码组则不予选用．
    由于采取了上述选择码组的措施，显然就可保持信码流直流分量的稳定．
    ④综上各点还可看出，在5B6B的64个码组中，只用了
                          20+2×12=44
    个码组，尚有
                          64 - 44=20
    个码组未使用．这样，一旦在接收端出现了这20个码组中的任一组，必定在传输过程中出现误码，由此，即可通过这种编码方式对系统进行误码监测．一般把这种不使用的码组称为禁字．
    2．伪双极性码（CMI和DMI）
    众所周知，利用电缆来传数字信号是用双极性码，它的优点是双极性码的正、负极性可使信码流的直流分量为零．
    光纤通信中使用的伪双极性码是用“11”和“00"来代表双极性玛中的+l和一1．从而使信码流中“0”和“l”出现的概率均等．这样就可消除信码流中直流分量的起伏．CMI和DMI码的码表如表3-3。

    3．插入比特码
    这种码型是将信码流中每rn比特划为一组，然后在这一组的末尾一位之后插入一个比特码．随着所插入码的功能的不同，这种码型又可分为如下三种形式．
    (l)rnBIP码
    它是在每m比特以后插入一个奇、偶校正码，称为P码．P码的作用，是保证每个码组内l码的个数为偶数．这里可用8BIP码来举例说明．
    若信码流中每8个码元为一组的码组为
                1101100l
    由于这个码组中“l"的个数是5，为奇数，故编为8B1P码时，应再插入一个“l”，使码组中“1”的个数变为6，是偶数，即码组变为
                110110011
    若信码流中每8个码元为一组的码组为
                00010010
    在这个码组中“1"的个数为2，已是偶数，故所插入的P码应用“0"，以保证码组中“1"的个数仍为偶数，即码组为
                000100100
    由于rnBIP码中“1"码的个数是偶数，因此，可通过监测每组码流中“1”码的奇偶状况来进行误码监测．
    (2) m.BIC码
    这种码型是将信码流每m比特分为一组，然后在其末位之后再插入一个反码（又称补码）即C码．C码的作用是：如果第m位码为“1”，则反码为“0”；反之则为“1"．例如，m=8的一组码为
                11011001
    由于末位码是“l"，因此，插入的C码应为0，即码组变为
                110110010
    显然，根据插入C码的这种特点，就可进行误码监测．此外，C码还可减少连“0"连“1”的不良影响．
    (3) rnBIH码
    这种码是将信码流中每m比特码分为一组，然后在其末位之后插入一个混合码，称为H( Hybrid)码．这种码型具有多种功能．它除了可以完成m BIP或rnBIC码的功能外，还可同时用来做几路区问通信、公务联络、数据传输以及误监测等功能．
    下面，以8BIH码为例说明插入混合码的功能．如图3-27所示，在图的顶部：

    B――表示主信号的码元；
    H――表示插入混合码的码元，
    由图看出，这种插入方式是每八个信号码元之后插入一个混合码元．
    在图的中部：
    表示所插入的混合码是由G码和C码来构成的，其中
    C一一是插入的反码，作误码监测用，若码流中c码的前一个码是“l”，则C码即为“0"；
    反之，若C码前一个码为“0”，则C码为“l"．
    G―一是插入的混合码中除去C码外的码，它是由图下部的一系列内容所构成．
    图的下部表示插入混合码中G码的成分，其中
    F1，F2， ――是帧同步码，

是F1, F2的反码．
    S11――是监测码码元；
    S25――是公务通信码码元；
    S4――是数据通信（1路）码码元；
    S18――是数据通信另一路码码元；
    S1，S5，S8，S12，S15，S19，S22，S26――分别为区间通信l的码元，可通30路区间通信话路；
    S2，S6，S9，S13，S16，S20，S23，S27――分别为区间通信2的码元，亦为30路区间通信话路；
    S3，S7，S10，S14，S17，S21，S24，S28――分别为区间通信3的码元，亦为30路区间通信话路；
    这样，总共提供了90个话路的区间通信信道．这种区间通信话路可以不通过PCM复用设备，直接在中继站上、下话路，这为系统带来了灵活性．
    上述这种插入混合码，除了8B1H码型外，4B1H,1B1H亦常采用．
    由于篇幅限制，对于帧结构的详细理解可参看有关《数字遁信原理》方面的教科书．
    4．加扰二进码
    这是一种在同步数字体系(SDH)中广泛采用的码型．它是根据一定规则将信号码流进行扰码．经过扰码后使线路码流中的“0"，“l"出现的概率相等，因此，采用这种码型后在线l码流中不会出现长“1”，长“1”情况，因为如果线路码流中出现长“0”，长“l"将会给系统中时钟信号的提取带来困难．
    在光的发射端采用加扰二进码后，在接收端还需将被扰的码流恢复过来．

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