第 4 章 光端机(2)

1、 第第 4 章章 光端机光端机 4.1 光发射机光发射机 4.2 光接收机光接收机 4.3 线路编码线路编码 光 接 收 机光接收机作用 光接收机作用是将光纤传输后的幅度被衰减、波形产生畸变的、微弱的光信号变换为电信号，并对电信号进行放大、整形、再生后，再生成与发送端相同的电信号，输入到电接收端机，并且用自动增益控制电路（AGC）保证稳定的输出。 光接收机中的关键器件是半导体光检测器，它和接收机中的前置放大器合称光接收机前端。前端性能是决定光接收机的主要因素。光接收机基本组成 直接强度调制、直接检测方式的数字光接收机方框图见下图。 主要包括：光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路

2、、取样判决器以及自动增益控制(AGC)电路。 光检测器偏压控制前置放大器AGC电路均衡器判决器时钟提取再生码流主放大器光信号 图 7.1 数字光接收机方框图 前端线性通道时钟提取数据再生光接收机的前端前端：由光电二极管和前置放大器组成作用：将耦合入光电检测器的光信号转换为时变光生电流，然后进行预放大(电流信号到电压信号的转换)，以便后级作进一步处理。前端是光接收机的核心要求：低噪声、高灵敏度、足够的带宽光检测器的选择：要视具体应用场合而定。A. pin光电二极管具有良好的光电转换线性度，不需要高的工作电压，响应速度快。B. APD最大的优点是它具有载流子倍增效应，一般来说其探测灵敏度特别高，但

3、需要较高的偏置电压和温度补偿电路。 从简化接收机电路考虑，一般情况下多喜欢采用pin光电二极管作光探测器。EDFA + pin同样可以带来高灵敏度。前置放大器主要作用是保持探测的电信号不失真地放大和保证噪声最小，一般采用场效应晶体管(FET)。器件的选择器件的选择光接收机的线性通道对主放输出的失真数字脉冲进行整形和补偿，使之成为有利于判决的码间干扰最小的升余弦波形根据输入信号 (平均值) 大小自动调整放大器增益，使输出信号保持恒定。用以扩大接收机的动态范围。提供高的增益，放大到适合于判决电路的电平判决再生与时钟提取任务：把线性通道输出的升余弦波形恢复成数字信号为确定是1或是0，需要对某时隙的码

4、元作出判决。若判决结果为1，则由再生电路产生一个矩形1脉冲；若判决结果为0，则由再生电路重新输入一个0。为了精确地确定“判决时刻”，需要从信号码流中提取准确的时钟信息作为标定，以保证与发送端一致 光电检测器是把光信号变换为电信号的关键器件，对其要求是： 在系统的工作波长上要有足够高的响应度，即对一定的入射光功率，光电检测器能输出尽可能大的光电流。 波长响应要和光纤的3个低损耗窗口兼容。 有足够高的响应速度和足够的工作带宽。 产生的附加噪声要尽可能低，能够接收极微弱的光信号。 光电转换线性好，保真度高。 工作性能稳定，可靠性高，寿命长。 功耗和体积小，使用简便。 光接收机的放大器包括前置放大器和

5、主放大器两部分。 对前置放大器要求是较低的噪声、较宽的带宽和较高的增益。 前置放大器的的类型目前有3种：低阻抗前置放大器、高阻抗前置放大器和跨阻抗前置放大器（或跨导前置放大器）。 主放大器一般是多级放大器，它的功能主要是提供足够高的增益，把来自前置放大器的输出信号放大到判决电路所需的信号电平。并通过它实现自动增益控制（AGC），以使输入光信号在一定范围内变化时，输出电信号应保持恒定输出。 主放大器和AGC决定着光接收机的动态范围。 均衡器的作用是对已畸变(失真)和有码间干扰的电信号进行均衡补偿，减小误码率。 再生电路的任务是把放大器输出的升余弦波形恢复成数字信号，由判决器和时钟恢复电路组成。

6、5自动增益控制（自动增益控制（AGC） AGC就是用反馈环路来控制主放大器的增益。作用是增加了光接收机的动态范围，使光接收机的输出保持恒定。 4.2.3 误码率误码率 由于噪声的存在，放大器输出的是一个随机过程由于噪声的存在，放大器输出的是一个随机过程，其取样其取样值是随机变量，因此在判决时可能发生误判，把发射的值是随机变量，因此在判决时可能发生误判，把发射的“0”码码误判为误判为“1”码，或把码，或把“1”码误判为码误判为“0”码。码。 光接收机对码元误判的概率称为光接收机对码元误判的概率称为误码率误码率(在二元制的情况在二元制的情况下，等于下，等于误比特率误比特率，BER)， 用较长时间间

7、隔内，在传输的码用较长时间间隔内，在传输的码流中，误判的码元数和接收的总码元数的比值来表示。流中，误判的码元数和接收的总码元数的比值来表示。 码元被误判的概率，可以用噪声电流码元被误判的概率，可以用噪声电流(压压)的概率密度函数的概率密度函数来计算。来计算。 图图 4.18 计算误码率的示意图计算误码率的示意图 如图如图4.18所示，所示，I1是是“1”码的电流，码的电流，I0是是“0”码的电流。码的电流。 Im是是“”码的平均电流码的平均电流，而，而“0”码的平均电流为码的平均电流为0。D为判为判决门限值，一般取决门限值，一般取D=Im/2。 在在“”码时码时，如果，如果在取样时刻带有噪声在

8、取样时刻带有噪声的电流的电流I1D，则可，则可能被误判为能被误判为“”码。码。 要确定误码率，不仅要知道噪声功率的大小，而且要知道要确定误码率，不仅要知道噪声功率的大小，而且要知道噪声的概率分布。噪声的概率分布。 光接收机输出噪声的概率分布光接收机输出噪声的概率分布十分复杂，一般假设噪声十分复杂，一般假设噪声电流电流(或电压或电压)的瞬时值服从高斯分布，其的瞬时值服从高斯分布，其概率密度函数为概率密度函数为: 式中式中x是代表噪声这一高斯随机变量的取值，是代表噪声这一高斯随机变量的取值， 其均值为其均值为零，方差为零，方差为2。 2exp21)(22xxf(4.8) 在已知光检测器和前置放大器

9、的噪声功率，并假设了噪在已知光检测器和前置放大器的噪声功率，并假设了噪声的概率分布后，现在可以分别计算声的概率分布后，现在可以分别计算“0”码和码和“”码的误码的误码率了。码率了。 在发在发“0”码时，码时， 平均噪声功率平均噪声功率N0=NA，NA为前置放大器为前置放大器的平均噪声功率。的平均噪声功率。 这时没有光信号输入，光检测器的平均噪声功率这时没有光信号输入，光检测器的平均噪声功率ND=0(略去暗电流略去暗电流)。由式。由式(4.8)得到得到发发“0”码的条件下噪声的码的条件下噪声的概率密度函数为概率密度函数为 :2exp21)(02000NINIf(4.9) 根据误码率的定义，根据误

10、码率的定义，把把“0”码误判为码误判为“1”码的概率，码的概率， 应应等于等于I0值超过值超过D值的概率值的概率，即，即式中x=I0/0N 在发在发“1”码时，平均噪声功率码时，平均噪声功率N1=NA+ND。ND是在放大器是在放大器输出端光检测器的平均噪声功率。输出端光检测器的平均噪声功率。 这时噪声电流的幅度为这时噪声电流的幅度为I1-Im，判决门限值仍为，判决门限值仍为D，则只要，则只要取样值取样值I1D或或I1-ImD)(4.10b)式中 y=(I1-Im) / 。 “0”码和码和“1”码的误码率一般是不相等的，但对于码的误码率一般是不相等的，但对于“0”码和码和“1”码等概率的码流而言

11、，码等概率的码流而言，一般认为一般认为Pe,01=Pe,10时，可以时，可以使误码率达到最小。使误码率达到最小。1N)(2)(exp21,1121110mIDmeIIdNIINPm(4.11a)dyyPNDIem2exp21,1/ )(210(Im-I1)(Im-D)(4.11b)把把“1”码误判为码误判为“0”码的概率为：码的概率为：因此，因此，总误码率总误码率(BER)可以表示为：可以表示为：dxxPQe2exp212(4.12)式中 Q= 10NDINDm(4.13a) Q= 10NNIm(4.13b) Q称为称为超扰比超扰比，含有信噪比的概念。它还表示在对，含有信噪比的概念。它还表示在

12、对“0”码码进行取样判决时，判决门限值进行取样判决时，判决门限值D超过放大器平均噪声电流超过放大器平均噪声电流 的倍数。的倍数。 0N10 1510 1410 1310 1210 1110 1010 910 810 710 610 54.555.566.577.5Q误 码 率 图图4.19 误码率和误码率和Q的关系的关系 由此可见，只要知道由此可见，只要知道Q值，就可根据式值，就可根据式(4.12) 的积分求出的积分求出误码率，结果示于图误码率，结果示于图4.19。例如：。例如：Q=6, BER10-9，Q7， BER=10-12。 Pr =10lg (4.14) )(10)min(3dBmW

13、P4.2.4 灵敏度灵敏度 灵敏度灵敏度是衡量光接收机性能的综合指标。是衡量光接收机性能的综合指标。灵敏度灵敏度Pr的定的定义是，义是，在保证通信质量在保证通信质量(限定误码率或信噪比限定误码率或信噪比)的条件下，光的条件下，光接收机所需的最小平均接收光功率接收机所需的最小平均接收光功率Pmin，并以，并以dBm为单为单位。由定义得到位。由定义得到 灵敏度表示光接收机调整到最佳状态时，能够接收微弱光灵敏度表示光接收机调整到最佳状态时，能够接收微弱光信号的能力。信号的能力。 提高灵敏度意味着能够接收更微弱的光信号。那么，理想提高灵敏度意味着能够接收更微弱的光信号。那么，理想光接收机的灵敏度可以达

14、到多少光接收机的灵敏度可以达到多少? 影响光接收机的灵敏度有哪影响光接收机的灵敏度有哪些因素些因素? 1. 理想光接收机的灵敏度理想光接收机的灵敏度 假设假设光检测器的光检测器的暗电流为零暗电流为零，放大器完全没有噪声，系统，放大器完全没有噪声，系统可以检测出可以检测出单个光子单个光子形成的电子形成的电子-空穴对所产生的光电流，这空穴对所产生的光电流，这种接收机称为种接收机称为理想光接收机理想光接收机。 它的灵敏度只受到光检测器的它的灵敏度只受到光检测器的量子噪声量子噪声的限制，因为量子的限制，因为量子噪声是伴随光信号的随机噪声，只要有光信号输入，就有量子噪声是伴随光信号的随机噪声，只要有光信

15、号输入，就有量子噪声存在。噪声存在。 首先考虑理想光接收机的误码率。首先考虑理想光接收机的误码率。当光检测器没有光输入当光检测器没有光输入时，放大器就完全没有电流输出，因此时，放大器就完全没有电流输出，因此“0”码误判为码误判为“”码码的概率为的概率为0，即，即Pe, 01=0。 产生误码的惟一可能就是当一个光脉冲输入时，光检测器产生误码的惟一可能就是当一个光脉冲输入时，光检测器没有产生光电流，放大器没有电流输出。没有产生光电流，放大器没有电流输出。 这个概率，即这个概率，即“1”码误判为码误判为“0”码的概率码的概率Pe,10=exp(-n)，n为一个码元的平均光子数。为一个码元的平均光子数

16、。 当当“0”码和码和“1”码等概率出现时，码等概率出现时， 误码率为：误码率为： Pe = (4.15) 21Pe, 01 + Pe, 10 = exp(-n) 2121 现在考虑理想光接收机的灵敏度。设传输的现在考虑理想光接收机的灵敏度。设传输的是非归零码是非归零码(NRZ)，每个光脉冲最小平均光能量为，每个光脉冲最小平均光能量为Ed，码元宽度为，码元宽度为Tb， 一个码元平均光子数为一个码元平均光子数为n，那么，那么光接收机所需最小平均接收功光接收机所需最小平均接收功率为率为 : 式中，因子式中，因子2是是“0”码和码和“1”码功率平均的结果，码功率平均的结果，h=6.62810-34J

17、s为普朗克常数，为普朗克常数，f=c/，f、分别为光频率分别为光频率和光波长，和光波长，c为真空中的光速。为真空中的光速。 利用利用Tb=1/fb，fb为传输速率为传输速率；并考虑光；并考虑光/电转换时的量子电转换时的量子效率为效率为。Pmin= bbdTnhfTE22（4.16） Pr = 10 lg (4.17) 2bnhcf 对于数字光纤通信系统，一般要求误码率对于数字光纤通信系统，一般要求误码率Pe10-9，根据式，根据式(4.15)得到得到n21。 这表明至少要有这表明至少要有21个光子产生的光电流，才能保证判决时个光子产生的光电流，才能保证判决时误码率小于或等于误码率小于或等于10

18、-9。 设设=0.7，并把相关的常数代入式，并把相关的常数代入式(4.17)， 计算出的不同计算出的不同和和不同不同fb的的Pr值列于表值列于表4.1。 这是光接收机可能达到的最高灵敏度，这个极限值是由量子这是光接收机可能达到的最高灵敏度，这个极限值是由量子噪声决定的，所以称为噪声决定的，所以称为量子极限量子极限。把这些关系代入式把这些关系代入式(4.16)， 得到得到理想光接收机灵敏度理想光接收机灵敏度: -65.7 -59.2 -71.1 -63.8灵敏度灵敏度pr/dBm 140 622 34 140速度速度fb/(Mb.s-1)1.551.31波长波长 / m 表表4.1理想光接收机的

19、接收机理想光接收机的接收机 由表由表 4.1 我们明显看到了灵敏度与光波长和传输速率的关系。我们明显看到了灵敏度与光波长和传输速率的关系。 2. 实际光接收机的灵敏度实际光接收机的灵敏度 影响实际光接收机灵敏度的因素很多，计算也十分复杂，影响实际光接收机灵敏度的因素很多，计算也十分复杂， 这里只作简要介绍。利用误码率的公式这里只作简要介绍。利用误码率的公式(4.12)、(4.13)可以计算可以计算最小平均接收光功率最小平均接收光功率。 为此，应建立为此，应建立超扰比超扰比Q与与入射光功率入射光功率的关系。在发的关系。在发“0”码码的情况下，入射信号的光功率的情况下，入射信号的光功率P0=0，输

20、出光电流，输出光电流I0=0。在发。在发“1”码的情况下，入射信号的光功率码的情况下，入射信号的光功率P1和光电流和光电流I1的关系为的关系为式中，式中，g为为APD倍增因子倍增因子(对于对于PINPD，g=1)，为光检测器的为光检测器的响应度，响应度，=(P1+P0)/2为为“0”码和码和“”码的平均光功率。码的平均光功率。 （4.18）IP1=gP1=2g Q = (4.19)102NNApg式中，式中，N0和和N1分别为传输分别为传输“0”码和码和“1”码时的码时的平均噪声功率平均噪声功率。如前所述，在略去暗电流的情况下，如前所述，在略去暗电流的情况下， AgNNQP2)(10min（4

21、.20） 在放大器输出端在放大器输出端“”码的平均电流码的平均电流Im=IP1A，A为放为放大器增益，利用式大器增益，利用式(4.13)和式和式(4.18)得到得到给定给定Q值，值， 便得到便得到限定误码率的最小平均接收光功率限定误码率的最小平均接收光功率 N0=NA N1=NA+ND 式中，式中，NA是是前置放大器的平均噪声功率前置放大器的平均噪声功率， 如式如式(4.4)式式(4.7)所示；所示；ND是是在放大器输出端光检测器的平均噪声功率在放大器输出端光检测器的平均噪声功率，ND=iq2A2，iq2为为均方量子噪声电流均方量子噪声电流，如式，如式 (3.26)所示。所示。 对于对于PIN

22、光电二极管，光电二极管，NDm，一般选取，一般选取n=m+1。mBnB码有码有1B2B、3B4B、5B6B、 8B9B、 17B18B等等。等等。 1. mBnB码编码原理码编码原理 最简单的最简单的mBnB码是码是1B2B码，即码，即曼彻斯特码曼彻斯特码，这就是，这就是把原把原码的码的“”变换为变换为“01”， 把把“1”变换为变换为“10”。 因此最大的连因此最大的连“”和连和连“”的数目不会超过两个，例的数目不会超过两个，例如如1001和和0110。但是在相同时隙内，传输。但是在相同时隙内，传输1比特变为传输比特变为传输2比特，比特， 码速提高了码速提高了1倍。倍。 0111 11111

23、11 0110 1110110 0101 1101101 0100 1100100 0011 1011011 0010 1010010 0001 1001001 0000 10000004B3B 表表 4.2 3B和和4B的码字的码字 以以3B4B码为例，输入的原始码流码为例，输入的原始码流3B码，共有码，共有(23)8个码字，个码字， 变换为变换为4B码时，码时， 共有共有(24)16个码字，见表个码字，见表4.2。禁字禁字禁字禁字 为保证信息的完整传输，必须从为保证信息的完整传输，必须从4B码的码的16个码字中挑选个码字中挑选8个码字来代替个码字来代替3B码。设计者应根据最佳线路码特性的原

24、则来码。设计者应根据最佳线路码特性的原则来选择码表。选择码表。 例如：在例如：在3B码中有码中有2个个“0”，变为，变为4B码时补码时补1个个“”；在在3B码中有码中有2个个“1”， 变为变为4B码时补码时补1个个“0”。而。而000用用0001和和1110交替使用；交替使用； 111用用0111和和1000交替使用。同时，规定一交替使用。同时，规定一些禁止使用的码字，些禁止使用的码字， 称为称为禁字禁字，例如，例如0000和和1111。 作为普遍规则，引入作为普遍规则，引入“码字数字和码字数字和”(WDS)来描述码字来描述码字的均匀性，并以的均匀性，并以WDS的最佳选择来保证线路码的传输特性

25、。的最佳选择来保证线路码的传输特性。 所谓所谓“码字数字和码字数字和”，是在，是在nB码的码字中，用码的码字中，用“-1”代表代表“0”码，码， 用用“+1”代表代表“”码，整个码字的代数和即为码，整个码字的代数和即为WDS。 如果整个码字如果整个码字“”码的数目多于码的数目多于“0”码，则码，则WDS为正；为正；如果如果“0”码的数目多于码的数目多于“1”码，码， 则则WDS为负；如果为负；如果“0”码和码和“1”码的数目相等，则码的数目相等，则WDS为为0。 例如：对于例如：对于0111，WDS=+2；对于；对于0001，WDS=-2；对于；对于0011，WDS=0。 nB码码的的选择原则

26、是：选择原则是：尽可能选择尽可能选择|WDS|最小的码字，最小的码字， 禁止禁止使用使用|WDS|最大的码字。最大的码字。 以以3B4B为例，应选择为例，应选择WDS=0和和WDS=2的码字，禁止使的码字，禁止使用用WDS=4的码字。的码字。 表表4.3 示出根据这个规则编制的一种示出根据这个规则编制的一种3B4B码表，表中正组码表，表中正组和负组交替使用。和负组交替使用。 线路码（线路码（4B）信号码（信号码（3B）模式模式2（负组）（负组）模式模式1（正组）（正组）WDS码子码子WDS码子码子-20010+211011117-21000+20111110601010010101015010

27、010100110040011000110011300101001010102-20001+211100011-20100+210110000 表表 4.3 一种一种3B4B码表码表 我国我国3次群和次群和4次群次群光纤通信系统最常用的线路码型是光纤通信系统最常用的线路码型是5B6B码码，其，其编码规则如下：编码规则如下： 5B码共有码共有(25)32个码字，变换个码字，变换6B码时共有码时共有(26)64个码字，个码字，其中其中WDS=0有有20个，个，WDS=2有有15个，个，WDS=-2有有15个，共个，共有有50个个|WDS|最小的码字可供选择。最小的码字可供选择。 由于变换为由于变换

28、为6B码时只需码时只需32个码字，为减少连个码字，为减少连“”和连和连“0”的数目，删去：的数目，删去： 000011、 110000、 001111和和111100。 当然禁用当然禁用WDS=4和和6的码字。表的码字。表4.4示出根据这个规则示出根据这个规则编制的一种编制的一种5B6B码表，正组和负组交替使用。表中正组选用码表，正组和负组交替使用。表中正组选用20个个WDS=0和和12个个WDS=+2，负组选用，负组选用20个个WDS=0和和12个个WDS=-2。 线路码（线路码（6B）信号码（信号码（5B）模式模式2（负组）（负组）模式模式1（正组）（正组）WDS码字码字WDS码字码字-2

29、000101+21110101111131-2001001+21101101111030-2010001+2101101110129011100001110001110028-2000110+21110011101127011010001101001101026011001001100101100125续表续表 mBnB码是一种分组码，设计者可以根据传输特性的要求码是一种分组码，设计者可以根据传输特性的要求确定某种码表。确定某种码表。mBnB码码的的特点：特点： (1) 码流中码流中“0”和和“1”码的概率相等，连码的概率相等，连“0”和连和连“1”的的数目较少，定时信息丰富。数目较少，定时信

30、息丰富。 (2) 高低频分量较小，信号频谱特性较好，基线漂移小。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，在码流中引入一定的冗余码， 便于在线误码检测。便于在线误码检测。 mBnB码码的的缺点是缺点是传输辅助信号比较困难。因此，在要求传输辅助信号比较困难。因此，在要求传输辅助信号或有一定数量的区间通信的设备中，不宜用这传输辅助信号或有一定数量的区间通信的设备中，不宜用这种码型。种码型。 2. 编译码器编译码器 有两种编译码电路：有两种编译码电路： 一种是一种是 组合逻辑电路组合逻辑电路，就是把整个编译码器都集成在一，就是把整个编译码器都集成在一小块芯片上

31、，组成一个大规模专用集成块，小块芯片上，组成一个大规模专用集成块， 国外设备大多采国外设备大多采用这种方法。用这种方法。 一种是一种是把设计好的码表全部存储到一块只读存储器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。内而构成，国内设备一般采用这种方法。 图图 4.22 码表存储编码器原理码表存储编码器原理 并串PROMB1B2B3B4b1b2b3串并组别变换ABC变前时钟已变换的输出4B码流变换时钟待变换输入信号码流 以以3B4B码为例，码表存储编码器的工作原理示于图码为例，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首先把设计好的

32、码表存入PROM内，待变换的信号码流通过内，待变换的信号码流通过串串-并变换电路变为并变换电路变为3比特一组的码比特一组的码b1、b2、b3，并行输出作为，并行输出作为PROM的地址码，在地址码作用下，的地址码，在地址码作用下，PROM根据存储的码表，根据存储的码表， 输出与地址对应的并行输出与地址对应的并行4B码，再经过并码，再经过并-串变换电路，读出已串变换电路，读出已变换的变换的4B码流。码流。 图中图中A、B、C三条线为组别控制控制线，当三条线为组别控制控制线，当WDS=2时，时， 从从A、B分别送出控制信号，分别送出控制信号， 通过通过C线决定组别。线决定组别。 译码器与编码器基本相

33、同，只是除去组别控制部分。译码器与编码器基本相同，只是除去组别控制部分。 译译码时，把送来的已变换的码时，把送来的已变换的4B信号码流，每信号码流，每4比特并联为一组，比特并联为一组， 作为作为PROM的地址，然后读出的地址，然后读出3B码，再经过并码，再经过并-串变换还原为串变换还原为原来的信号码流。原来的信号码流。 其他的其他的mBnB码编译码电路原理相同，只是电路复杂程度码编译码电路原理相同，只是电路复杂程度有所区别而已。有所区别而已。 4.3.3 插入码插入码 插入码插入码是把输入二进制原始码流分成每是把输入二进制原始码流分成每m比特比特(mB)一组，一组，然后在每组然后在每组mB码末

34、尾按一定规律插入一个码，组成码末尾按一定规律插入一个码，组成m+1个码个码为一组的线路码流。根据插入码的规律，可以分为为一组的线路码流。根据插入码的规律，可以分为mB1C码、码、mB1H码和码和mB1P码。码。 1. 插入码的编码原理插入码的编码原理 mB1C码码的的编码原理是编码原理是，把原始码流分成每，把原始码流分成每m比特比特(mB)一组，一组， 然后在每组然后在每组mB码的末尾插入码的末尾插入1比特补码，这个比特补码，这个补码补码称为称为C码码， 所以称为所以称为mB1C码码。补码插在。补码插在mB码的末尾，连码的末尾，连“0”码和连码和连“1”码的数目最少。码的数目最少。 mB1C码

35、的结构如图码的结构如图4.23所示，例如：所示，例如： mB码为：码为： 100 110 001 101 mB1C码为：码为： 1001 1101 0010 1010 C码的作用是引入码的作用是引入冗余码冗余码，可以进行，可以进行在线误码率监测在线误码率监测； 同同时改善了时改善了“0”码和码和“1”码的分布，有利于定时提取。码的分布，有利于定时提取。 mB1H码是码是mB1C码演变而成的，即在码演变而成的，即在mB1C码中，扣除码中，扣除部分部分C码，并在相应的码位上插入一个码，并在相应的码位上插入一个混合码混合码(H码码)，所以称为，所以称为mB1H码码。所插入的所插入的H码可以根据不同用

36、途分为三类：码可以根据不同用途分为三类： 第一类是第一类是C码，它是第码，它是第m位码的补码，用于在线误码率监位码的补码，用于在线误码率监测；测； 第二类是第二类是L码，用于区间通信；码，用于区间通信； 第三类是第三类是G码，用于帧同步、公务、数据、监测等信息的码，用于帧同步、公务、数据、监测等信息的传输。传输。 图图 4.23 mB1C码的结构码的结构mBCmBCmBCC 常用的插入码是常用的插入码是mB1H码，有码，有1B1H码、码、4B1H码和码和8B1H码。以码。以4B1H码码为例，它的为例，它的优点是优点是码速提高不大，误码增值小；码速提高不大，误码增值小； 可以实现在线误码检测、区

37、间通信和辅助信息传输。可以实现在线误码检测、区间通信和辅助信息传输。 缺点是缺点是码流的频谱特性不如码流的频谱特性不如mBnB码。但在扰码后再进行码。但在扰码后再进行4B1H变换，变换， 可以满足通信系统的要求。可以满足通信系统的要求。 在在mB1P码中，码中，P码称为码称为奇偶校验码奇偶校验码， 其作用和其作用和C码相似，码相似， 但但P码有以下两种情况：码有以下两种情况： (1) P码为奇校验码时码为奇校验码时， 其插入规律是使其插入规律是使m+1个码内个码内“1”码码的个数为奇数，的个数为奇数， 例如：例如： mB码为：码为： 100 000 001 110 mB1P码为：码为： 100

38、0 0001 0010 1101 当检测得当检测得m+1个码内个码内“”码为奇数时，则认为无误码。码为奇数时，则认为无误码。 (2) P码为偶校验码时码为偶校验码时，其插入规律是使，其插入规律是使m+1个码内个码内“”码的个数为偶数，码的个数为偶数，例如：例如： m B码为：码为： 100 000 001 110 mB1P码为：码为： 1001 0000 0011 1100 当检测得当检测得m+1个码内个码内“”码为偶数时，码为偶数时， 则认为无误码。则认为无误码。 2. 编译码器编译码器 和和mBnB码不同，码不同，mB1H码没有一一对应的码结构，所以码没有一一对应的码结构，所以mB1H码的

39、变换不能采用码表法，一般都采用码的变换不能采用码表法，一般都采用缓存插入法缓存插入法来来实现。实现。 图图 4.24 4B1H编码器原理编码器原理 D4D3D2D1D0B1B2B3B4H插入逻辑缓存器34368 kb/sNRZA B C写入时序(四分频)读出时序(五分频)42960 kb/sNRZ42960 kHzCP34368 kHzCP 图图4.24示出示出4B1H编码器原理编码器原理，它由缓存器、写入时序电，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。路、插入逻辑和读出时序电路四部分组成。4B1H码是每码是每4个信个信号码插入一个号码插入一个H码，码， 因此变换后码速增加

40、因此变换后码速增加1/4。 设信号码的码速为设信号码的码速为34368 kb/s，经，经4B1H变换后，变换后， 线路码线路码的码速为的码速为(5/4)34368 kb/s=42960 kb/s。34368 kb/s的的NRZ信号码信号码送入缓存器。送入缓存器。 缓存器缓存器是是4D触发器，它利用锁相环中的触发器，它利用锁相环中的4分频信号作为写分频信号作为写入时序脉冲，随机但有顺序地把入时序脉冲，随机但有顺序地把34368 kb/s信号码流分为信号码流分为4比特比特一组，与一组，与H码一起并联送入插入逻辑。码一起并联送入插入逻辑。 插入逻辑电路实际上是一个插入逻辑电路实际上是一个5选选1的电

41、路，的电路，它利用锁相环中它利用锁相环中5分频电路输出读出时序脉冲。由插入逻辑输出码速为分频电路输出读出时序脉冲。由插入逻辑输出码速为42960 kb/s的的4B1H码。码。图图 4.24 4B1H编码器原理编码器原理 D4D3D2D1D0B1B2B3B4H插入逻辑缓存器34368 kb/sNRZA B C写入时序(四分频)读出时序(五分频)42960 kb/sNRZ42960 kHzCP34368 kHzCP 图图4.25示出示出4B1H译码器原理，译码器原理，它由它由B码还原、码还原、H码分离、码分离、帧同步和相应的时钟频率变换电路组成。把帧同步和相应的时钟频率变换电路组成。把42960

42、kb/s的的4B1H码加到缓存器，因码加到缓存器，因4B1H码是码是5比特为一组，所以缓存器应有比特为一组，所以缓存器应有5级，并用不同的时钟写入。级，并用不同的时钟写入。图图 4.25 4B1H译码器原理译码器原理 缓冲寄存器B1B2B3B4B码还原频率变换H码分离帧同步GCL1L2CP42960 kHz42960 kb/sNRZ34368kb/sNRZ告 警H图图 4.25 4B1H译码器原理译码器原理 缓冲寄存器B1B2B3B4B码还原频率变换H码分离帧同步GCL1L2CP42960 kHz42960 kb/sNRZ34368kb/sNRZ告 警H 频率变换电路要保证向各个部分提供所需的

43、准确时钟信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。号。通过缓存器，实际上已把通过缓存器，实际上已把B码和码和H码分开，只要用码分开，只要用34368 kHz的时钟把的时钟把B码按顺序读出，码按顺序读出，B码就还原了。码就还原了。 B码的还原电路实际上就是并串变换电路，由码的还原电路实际上就是并串变换电路，由4选选1电路来电路来实现。实现。 第第4章章 知识点小结知识点小结1. 数字光发射机的方框图。数字光发射机的方框图。2. 光电延迟和张驰振荡。光电延迟和张驰振荡。3. 激光器为什么要采用自动温度控制？激光器为什么要采用自动温度控制？5. 光接收机对光检测器的要求。光接收机对光检测

44、器的要求。6. 什么是灵敏度？什么是灵敏度？7. 什么是误码率？什么是误码率？4. 数字光接收机的方框图。数字光接收机的方框图。8. 什么是动态范围？什么是动态范围？9. 数字光纤通信对线路码型的要求。数字光纤通信对线路码型的要求。10. 数字光纤通信系统中常用的码型种类。数字光纤通信系统中常用的码型种类。1 填空题填空题（1）实现光源调制的方法有两类：）实现光源调制的方法有两类： 和和 。（2）消光比定义为）消光比定义为 。 （3）在光接收机中，与光电检测器相连的放大器称为）在光接收机中，与光电检测器相连的放大器称为 ， 它它应是应是 的放大器。的放大器。（4）信号电平超过判决门限电平，则判为）信号电平超过判决门限电平，则判为 码。低于判决门限码。低于判决门限电平，则判为电平，则判为 码。码。（5）光接收机的灵敏度的单位是）光接收机的灵敏度的单位是 。答案：（答案：（1）直接调制）直接调制 间接调制；间接调制