第四章：線路編碼幻燈片.ppt

1、4.3線路編碼、擾碼二進(jìn)制碼、1B2B碼、mBnB碼、插入位碼、單極性和雙極性信號(hào)以及簡(jiǎn)單的二進(jìn)制碼都會(huì)帶來(lái)以下問(wèn)題：在隨機(jī)碼流中，容易出現(xiàn)長(zhǎng)串“0”碼或長(zhǎng)串“0”碼，這可能導(dǎo)致位同步信息丟失，使得定時(shí)提取困難或產(chǎn)生較大的定時(shí)誤差。它不能實(shí)現(xiàn)在線(不間斷服務(wù))錯(cuò)誤檢測(cè)，不利于遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)的維護(hù)。在碼流中，“碼”和“0”碼的數(shù)量隨機(jī)變化，因此DC分量也隨機(jī)波動(dòng)(基線漂移)，給光接收機(jī)的決策帶來(lái)困難。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的主要要求是保證傳輸?shù)耐该餍?。具體要求如下：(1)可以限制信號(hào)帶寬，減少功率譜中的高低頻分量。這樣，可以減少基線漂移，可以提高輸出功率的穩(wěn)定性，可以減少符號(hào)間干擾，并且可以提高光接收器

2、的靈敏度。(2)它可以向光接收器提供足夠的定時(shí)信息。因此，應(yīng)盡可能減少連續(xù)“1”碼和連續(xù)“0”碼的數(shù)量，以使“1”碼和“0”碼的分布均勻，并保證豐富的定時(shí)信息。(3)它可以為碼流平衡、誤碼監(jiān)測(cè)和官方通信提供一定的冗余碼。然而，對(duì)于高速光纖通信系統(tǒng)，冗余碼應(yīng)適當(dāng)減少，以避免占用過(guò)多的帶寬。置亂二進(jìn)制碼，置亂碼改變了“碼”和“碼”的分布，從而改善了碼流的一些特性。例如，加擾前：1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0加擾后：1 101 101 1001 1。然而，置亂仍然存在以下缺點(diǎn)：不能完全控制長(zhǎng)序列“0”和長(zhǎng)序列“0”的出現(xiàn)；沒有引入冗余，無(wú)法進(jìn)行在線錯(cuò)誤監(jiān)控；信號(hào)頻譜中靠近DC的分

3、量很大，這不能解決基線漂移。由于擾碼不能完全滿足光纖通信對(duì)線路編碼類型的要求，許多光纖通信設(shè)備除了擾碼之外，還采用其他類型的線路編碼。1B2B代碼是最簡(jiǎn)單的mBnB代碼，有三種常用的編碼類型：1。CMI代碼：“1”:11，00交替使用“0”:01而不是例如時(shí)鐘信號(hào)2。曼徹斯特碼：“1”:10代替“0”:01代替“最大偶數(shù)”和“最小偶數(shù)”3。DMI碼：“1”:11，00代替“0”:01，10代替時(shí)鐘信號(hào)，mBnB碼，mBnB碼是將輸入的二進(jìn)制原始碼流進(jìn)行分組，每組有M個(gè)二進(jìn)制碼，記錄為mB，稱為一個(gè)碼字，然后將一個(gè)碼字轉(zhuǎn)換為N個(gè)二進(jìn)制碼，記錄為nB，它們是相同的，這種碼類型稱為mBnB碼，因?yàn)镸

4、B被轉(zhuǎn)換為nB，其中M和N是正整數(shù)，nm，n=m 1一般選擇。MBnB代碼包括1B2B、3B4B、5B6B、8B9B、17B18B等。MBnB碼是一種提高信號(hào)傳輸速率的編碼方法。碼字?jǐn)?shù)字和(WDS):在nb碼組的單個(gè)碼字中取0 as -1和1 as 1計(jì)算的代數(shù)和就是碼字?jǐn)?shù)字和。如果整個(gè)碼字中“碼”的數(shù)量大于“0”碼，則WDS為正；如果“0”代碼的數(shù)量大于“1”代碼的數(shù)量，則WDS為負(fù)；如果“0”碼和“1”碼的數(shù)量相等，那么WDS就是0。例如，對(duì)于0111，WDS=2；對(duì)于0001，WDS=-2；WDS=0代表0011。1.mBnB碼的分類是根據(jù)WDS:零不等碼：稱為等mBnB碼(n=m 2)

5、。代碼組中0和1的數(shù)量相等。(錯(cuò)誤檢查很方便)例如：6b8bb: 1不等碼：m位碼只占用n位碼中-1不等的碼字。(大于0，節(jié)省光功率)。示例：5B7B C:平衡不等碼：需要兩種模式。2B3B 5B6B，mBnB編碼原則：1 .盡可能選擇絕對(duì)值最小的d碼字；2.禁止具有最大絕對(duì)值d的碼字；3.選擇偶數(shù)為0和1的碼字(正負(fù)模式交替使用)；碼速增長(zhǎng)率為h=n-m/n * 100%；2.由3B4B碼輸入的原始碼流3B碼總共具有(23)8個(gè)碼字，這些碼字被轉(zhuǎn)換成1。列出mB和nB的狀態(tài)表；2.計(jì)算不同狀態(tài)下鈮的d值；3.選擇絕對(duì)值最小為d的Nb；4.找出絕對(duì)值第二小的正負(fù)模式，找出其中0和1的交替使用；

6、5.禁用未選中的單詞；3.5B6B碼5B碼有32個(gè)碼字，其中d=0有20個(gè)，d=2有30個(gè)，6B碼共有20個(gè)。因?yàn)檗D(zhuǎn)換成6B碼需要32個(gè)碼字，所以應(yīng)該選擇12對(duì)正負(fù)模式，正負(fù)組應(yīng)該交替使用。在該表中，20 WDS=0和12 WDS=2被選為陽(yáng)性組，20 WDS=0和12 WDS=-2被選為陰性組。MBnB碼是一種分組碼，可以根據(jù)傳輸特性的要求確定一定的碼表。mBnB碼的特點(diǎn)是：(1)“0”和“1”碼的概率相等，連續(xù)的“0”和“1”碼數(shù)少，定時(shí)信息豐富。(2)信號(hào)頻譜特性好，基線漂移小。(3)在碼流中引入一些冗余碼，便于在線錯(cuò)誤檢測(cè)。mBnB碼的缺點(diǎn)是很難傳輸輔助信號(hào)。因此，不適合在需要傳輸輔助

7、信號(hào)或一定數(shù)量的區(qū)域間通信的設(shè)備中使用這種碼型。1.結(jié)構(gòu)：輸入信息序列以m位為一組，每組后插入一個(gè)冗余位，編碼速度為m/m 1 2。根據(jù)不同的用途，它可以分為三種類型：(1) mB1Ci mB碼是100 110 001 101 mB1C1碼是1001 1101 0010 1010，c碼的作用是引入“0”碼和“1”碼的分布得到改善，有利于定時(shí)提取。(2)當(dāng)mB 1P和P碼是奇數(shù)校驗(yàn)碼時(shí)，插入規(guī)則是使m 1碼中的“1”碼數(shù)為奇數(shù)。例如，MB代碼是100 000 001 110 mB1P代碼是1000 0001 0010 1101。當(dāng)檢測(cè)到m 1碼中的“1”碼是奇數(shù)時(shí)，它被認(rèn)為是無(wú)錯(cuò)的?？梢越鉀Q長(zhǎng)公

8、司0和1的問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤代碼在線監(jiān)控。什么時(shí)候解決不了長(zhǎng)公司的問(wèn)題1？當(dāng)P碼是偶校驗(yàn)碼時(shí)，其插入規(guī)則是使m 1碼中的“碼”數(shù)為偶。例如，mB代碼是100 000 001 110 mB1P代碼是1001 0000 0011 1100。當(dāng)檢測(cè)到m 1碼中的 碼是偶數(shù)時(shí)，它被認(rèn)為是無(wú)錯(cuò)的。哪一個(gè)可以解決長(zhǎng)公司1的在線錯(cuò)誤代碼監(jiān)控不能解決長(zhǎng)公司0的問(wèn)題？(3)插入在3)mB1H中的H碼可以根據(jù)不同的用途分為三類：1 .c碼是第m碼的補(bǔ)碼，用于在線誤碼率監(jiān)測(cè)；二：l碼，用于區(qū)間通信；g碼，用于傳輸幀同步、公務(wù)、數(shù)據(jù)、監(jiān)控等信息。常用的插入碼是mB1H碼，包括1B1H碼、4B1H碼和8B1H碼。以4B1

9、H碼為例，其優(yōu)點(diǎn)是碼速增加很少，誤碼增加很少。它可以實(shí)現(xiàn)在線錯(cuò)誤檢測(cè)、區(qū)間通信和輔助信息傳輸。缺點(diǎn)是碼流的頻譜特性不如mBnB碼。然而，經(jīng)過(guò)加擾后，4B1H變換可以滿足通信系統(tǒng)的要求。綜述：1 .幾種適用于光纖系統(tǒng)的線路編碼：2.各種線路編碼的編碼方法；3.各種代碼的特征；第8章：光發(fā)射器和接收器；8.1光發(fā)射器。光信號(hào)在光纖通信系統(tǒng)中傳輸，因此需要光源將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。LD:用于長(zhǎng)距離和高速系統(tǒng)發(fā)光二極管：短距離、低容量系統(tǒng)或模擬系統(tǒng)對(duì)光源有一些要求(第4章)。(1)發(fā)射光波長(zhǎng)應(yīng)與光纖的低損耗“窗口”一致，即中心波長(zhǎng)應(yīng)在0.85米、1.31米和1.55米左右.光譜單色性較好，即譜線寬度應(yīng)

10、較窄，以減少光纖色散對(duì)帶寬的限制。(2)電/光(4)該裝置應(yīng)能在常溫下以連續(xù)波模式工作，要求溫度穩(wěn)定性好、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)。(5)此外，該裝置要求體積小、重量輕、安裝使用方便、價(jià)格便宜。發(fā)光二極管各自的特性：發(fā)光二極管1。大輸出功率(幾兆瓦到幾十兆瓦)小輸出功率(1-2兆瓦)2。寬帶寬，高調(diào)制率-小-低3。相干光和非相干光。與光纖耦合度高，耦合度低。窄光譜和寬光譜。制造工藝?yán)щy，成本高，難度低。P-P-I曲線線性良好。當(dāng)I較大時(shí)，功率趨于飽和。8.需要APC和ATC控制，溫度特性良好，不需要溫度控制。9.模式噪聲不是模式噪聲。10.短工作壽命、可靠性、長(zhǎng)工作壽命、高可靠性、波長(zhǎng)、通信容量、

11、模式和通信距離之間的關(guān)系。1.變送器框圖1。光發(fā)射機(jī)主要由調(diào)制電路和控制電路組成。2.光發(fā)射機(jī)分為四個(gè)部分：輸入電路、驅(qū)動(dòng)電路、光源、光調(diào)制器、自動(dòng)偏置、自動(dòng)功率控制、自動(dòng)控制、保護(hù)報(bào)警、將脈碼調(diào)制脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成非歸零碼/RZ碼；調(diào)制電路：對(duì)光源施加DC偏置(直接)；恒流：使光源輸出連續(xù)光波(間接)，調(diào)制光源輸出的連續(xù)波，并施加DC偏置。穩(wěn)定光功率和工作溫度，監(jiān)控和報(bào)警光源的工作狀態(tài)；2.光波調(diào)制：在光纖通信系統(tǒng)中，隨信息變化的電信信號(hào)被加到光載波上，這意味著光載波隨著信息的變化而變化。電信號(hào)的調(diào)制：調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相光信號(hào)：調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相光信號(hào)，但強(qiáng)度調(diào)制通常用于光頻段。1.調(diào)制方式從調(diào)制方

12、式與光源的關(guān)系上分為：強(qiáng)度調(diào)制分為：a、直接調(diào)制：電信號(hào)、直接調(diào)制光源偏置電流、間接調(diào)制：電光、聲光和磁光。效果，光信號(hào)通過(guò)調(diào)制器調(diào)制光載波。以半導(dǎo)體激光器為光源，以發(fā)光二極管為光源的發(fā)射機(jī)框圖采用直接強(qiáng)度調(diào)制，即通過(guò)改變發(fā)光二極管的注入電流來(lái)調(diào)制輸出光功率。2.它從調(diào)制信號(hào)的形式上分為： a。數(shù)字調(diào)制：主要是指先對(duì)連續(xù)的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣、量化和編碼的脈碼調(diào)制。轉(zhuǎn)換成一組二進(jìn)制脈沖碼來(lái)控制光信號(hào)的開關(guān)(直接和間接調(diào)制)；1.發(fā)光二極管模擬直接調(diào)制原理；3.發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路將連續(xù)模擬信號(hào)疊加在DC偏移電流上，適當(dāng)選擇電流偏移的大小，使靜態(tài)工作點(diǎn)位于發(fā)光二極管特性曲線的中點(diǎn)，減少光信號(hào)的非線性失

13、真。調(diào)制深度m=Im/IB Im:調(diào)制電流幅度IB:偏置電流幅度，發(fā)光二極管模擬驅(qū)動(dòng)和偏置電路，共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路，c濾除DC，u通過(guò)R1和R2為三極管提供偏置電壓，三極管工作在a類狀態(tài)，調(diào)節(jié)基極偏置，使三極管工作在線性區(qū)域，并使靜態(tài)集電極電流IB=Im/m R和鍺二極管：與發(fā)光二極管分流，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)電流范圍，提高發(fā)光二極管的線性度；2.發(fā)光二極管的數(shù)字直接調(diào)制原理，信號(hào)電流為單向二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，用單向脈沖電流的0和1來(lái)控制發(fā)光二極管是否發(fā)光；發(fā)光二極管數(shù)字驅(qū)動(dòng)和偏置電路，共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)編碼速度不高，當(dāng)編碼速度高，需要一個(gè)偏置電路。幾種典型的驅(qū)動(dòng)電路如下：共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路；低阻抗電路；傳輸耦

14、合開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路。LD驅(qū)動(dòng)電路，1。LD直接調(diào)制原理，模擬調(diào)制，數(shù)字調(diào)制，Ith，電光延遲：在輸出光脈沖和注入電流脈沖之間有一個(gè)初始延遲時(shí)間，稱為電光延遲時(shí)間td。電光延遲會(huì)產(chǎn)生圖案效應(yīng)。模式效應(yīng)：當(dāng)td與數(shù)字調(diào)制的符號(hào)持續(xù)時(shí)間T/2的數(shù)量級(jí)相同時(shí)，它將使脈沖寬度變窄，并降低“0”碼之后的第一個(gè)“1”碼的幅度。在嚴(yán)重情況下，單個(gè) 代碼可能會(huì)丟失。這種現(xiàn)象被稱為“模式效應(yīng)”。弛豫振蕩：當(dāng)電流脈沖注入激光器時(shí)，輸出光脈沖會(huì)有振幅逐漸衰減的振蕩，稱為弛豫振蕩，其振蕩頻率fr(=r/2)一般為0.52 GHz。2.驅(qū)動(dòng)條件和調(diào)制電流的選擇偏置電流的選擇(1)增加DC偏置電流以接近Ith、減小電光延遲時(shí)間

15、，抑制弛豫振蕩，并且較小的調(diào)制電流可以獲得足夠的光功率以減小圖案效應(yīng)。弛豫振蕩注入了電子和光子相互作用的量子力學(xué)過(guò)程?！澳Ｊ叫?yīng)”的特點(diǎn)是脈沖序列中長(zhǎng)“0”碼之后出現(xiàn)的“1”碼的脈沖明顯變小，“0”碼的數(shù)量越多，調(diào)制速率越高，這種效應(yīng)越明顯。采用適當(dāng)?shù)摹斑^(guò)調(diào)制”補(bǔ)償方法，可以消除圖形效應(yīng)，增加注入電流，有利于提高弛豫振蕩頻率R，減小其幅度衰減時(shí)間O，減小電光延遲時(shí)間td，因此有必要對(duì)LD施加偏置電流。(a)、(b)圖案效果波形；(三)改善波形后，電光延遲也會(huì)產(chǎn)生圖案效應(yīng)。當(dāng)電光延遲時(shí)間與數(shù)字調(diào)制的符號(hào)持續(xù)時(shí)間的數(shù)量級(jí)相同時(shí)，后一個(gè)光脈沖的幅度將受到前一個(gè)脈沖的影響，這被稱為“模式效應(yīng)”，如下圖

16、(a)和(b)所示。據(jù)認(rèn)為，當(dāng)兩個(gè)連續(xù)的“1”碼脈沖被調(diào)制時(shí)，存儲(chǔ)在有源區(qū)中的電子在第一個(gè)脈沖后按指數(shù)衰減。如果調(diào)制率很高，并且脈沖間隔小于其衰減周期，則前一個(gè)電流脈沖注入的電子在第二個(gè)脈沖到達(dá)時(shí)不會(huì)完全復(fù)合和消失。此時(shí)，有源區(qū)中的電子密度高，因此電光延遲時(shí)間短，并且輸出光脈沖的幅度和寬度將增加。消除模式效應(yīng)的最簡(jiǎn)單方法是增加DC偏置電流。當(dāng)激光偏置在閾值附近時(shí)，脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖后有源區(qū)中的電子密度變化很小，電子存儲(chǔ)時(shí)間大大減少，并且可以抑制圖案效應(yīng)。雙脈沖信號(hào)也可用于調(diào)制，負(fù)脈沖后接每個(gè)正脈沖。弛豫振蕩頻率R及其振幅衰減時(shí)間O和電光延遲時(shí)間td的表達(dá)式如下：O的振幅衰減到初始值的1/e時(shí)的時(shí)間J和jth分別為注入電流密度和閾值電流密度。Sp和ph是電子的自發(fā)復(fù)合壽命和共振腔中光子的壽命。在典型的激光器中，sp10-9s，ph10-12s，即spph。弛豫振蕩頻率r隨速度和ph的減小而增大，隨J的增大而增大.該振蕩頻率決定了激光二極管的最高調(diào)制頻率。弛豫振蕩的振幅衰減時(shí)間o與sp的數(shù)量級(jí)相同，隨J的增加而減小。(2)電光延遲時(shí)間td與sp的數(shù)量級(jí)相同，隨J的增加而減小。ext 10 db IB=(0。850.9)具有“0”代碼熒光區(qū)“1”代碼激光區(qū)