光纤通信经典实验.doc

第一章 光纤通信基本实验实验一 双光纤通信传输认识与演示一、实验目的1了解双光纤通信传输实验箱的结构。2了解各模块的功能和作用。3了解双光纤通信传输实验的特点。二、实验内容1熟悉双光纤通信传输实验箱各模块的功能和作用。2熟悉双光纤通信传输实验箱的使用与操作。3了解双光纤通信的波分复用传输方法。三、实验仪器THKEGC-2型实验箱一台、FC/PC连接器一只、1310nm/1550nm波分复用器两只(接头类型：FC/PC)、示波器一台。四、实验箱结构、特点(一) 结构简介实验系统结构见图1-1所示。光纤通信传输实验系统采用模块化结构设计，分为左右两大模块(两套光纤发送接收系统)，每一个模块中又由许多子模块组成：图1-1 双光纤通信传输实验箱模块结构图11310nm光发送接收系统1）固定速率时分复用/解复用模块复接模块：三路串行数据输入接口，一路串行数据输出接口。完成将三路串行数据打包成一路串行数据，结合解复用模块及光纤收发模块即可完成三路串行数据的单光纤传输。解复用模块：一路串行数据输入接口，二路并行数据(三路数据中的一路是帧信号)直接输出到LED灯显示。完成将一路串行数据还原成二路并行数据，结合复接模块及光纤收发模块即可完成三路串行数据的单光纤传输。接口参数：三路输出数据的速率：64Kbps接口类型：NRZ。 固定速率数据信号源模块此模块产生三路速率为64K的单极性不归零码(NRZ)，数据信号帧长为8位，其中两路可作为数据信息，每路8位，另外8位中的7 位可作为集中插入帧同步码。通过拔动开关，可以很方便地改变码信息，并由发光二极管指示。 固定速率时分复用复接模块此模块将固定速率数据信号源模块产生的三路NRZ码复接成一路速率为128K的信号，该信号由24位信息组成，其中16位为数据信息，另外8位作为帧同步码。 固定速率时分复用分接模块此模块将固定速率时分复用复接模块产生的信号分接，还原成与固定速率数据信号源模块拔动开关相对应的并行数据信息，并通过发光二极管指示。2） 变速率时分复用/解复用模块复接模块：四路串行数据输入接口，一路串行数据输出接口。完成将四路串行数据打包成一路串行数据，配合解复用模块及光纤收发模块即可完成四路串行数据的单光纤传输。解复用模块：一路串行数据输入接口，四路串行数据输出接口。完成将一路串行数据还原成四路串行数据，配合复接模块及光纤收发模块即可完成四路串行数据的单光纤传输。接口参数：四路输入数据的速率：064Kbps接口类型：RS232、NRZ等。3）CMI编译码模块编码模块：将输入的数字信号进行CMI编码。译码模块：将输入的CMI码进行译码。由CPLD(EPM3256)完成。4）电话接口模块此模块为独立的电话输入、输出接口，通过专用电话接口芯片实现。5）PCM编译码模块此模块通过专用芯片来实现PCM编译码电路，可同时完成两路信号的编译码。PCM模块可以实现传输两路语音信号的功能，采用TP3067编译码芯片。6）可调信号源模块此模块能输出三种模拟信号：方波、正弦波、三角波。频率(0.510KHz)可调。正弦波幅度可调。7）四个串行通信接口模块此模块配有RS232接口和信号端口TXD(发送)和RXD(接收)。与变速率时分复用/解复用模块及光纤收发模块结合，可实现自发自收通信实验、两台计算机、四台计算机之间的全双工数据光纤通信实验。 若再与两种波长的光纤收发模块结合可完成二八台计算机之间的全双工数据通信实验。8）1310nm波长光发送模块主要完成电光信号的转换，即可传输模拟信号(包括视频、音频信号)，又可传输数字信号，同时具有无光告警及光器件损坏告警指示。它主要有模拟调制模块和数字调制模块(包括：自动功率控制电路(APC)、无光检测电路、光器件损坏检测电路等)组成。配有视频专用接口。9）1310nm波长光接收模块主要完成光电信号的转换，小信号的检测与信号的恢复放大等功能。它主要有光检测电路、滤波电路、第一放大电路、第二放大电路、判决电平调节电路、整形电路等组成。配有视频专用接口。21550nm光发送接收系统1550nm光发送接收系统中的模块与1310nm光发送接收系统的功能一样。主要是波长不一样。(二) 系统特点1 采用对称模块化双光端机设计，体现了现代性(如新型器件CPLD)和系统性(各模块既可单独做实验又可灵活组合做系统实验)。2光器件全外置设计。3每个光端机自带数字信号源和终端显示模块，无示波器也可观测实验现象与结果。4包含双三路固定速率时分复用模块。5包含双四路固定速率时分复用模块。6采用高可靠性的接插件，灵活搭线，性能稳定。7系统自带两片CPLD芯片，并有下载接口和下载线，可进行二次开发。(三) 双光纤通信的波分复用传输 以模拟信号、数字信号双向通信的波分复用传输为例，介绍双光纤通信传输实验箱的特点。由实验老师进行演示。系统结构如图1-2所示。图1-2 模拟信号、数字信号的波分复用传输 模拟信号源（可以是实验箱自带的信号源；也可以采用模拟摄像头，对应的示波器改为监视器。）接入1310nm光端机部分的模拟信号输入端口，通过光发送器件转换为光信号发送，经光纤和波分复用器传输后，由1550nm光端机部分光接收器件转换为电信号，经模拟信号输出端口输出，由示波器（监视器）显示。 数字信号源（R_D1、R_D2等）接入1550nm光端机部分的数字信号输入端口，通过光发送器件转换为光信号发送，经光纤和波分复用器传输后，由1310nm光端机部分光接收器件转换为电信号，经数字信号输出端口输出，由示波器或终端显示模块显示。五、实验注意事项1波分复用器属易损器件，应轻拿轻放。2光器件连接时，注意要用力均匀。六、演示实验步骤1了解双光纤通信传输实验箱的结构对照图1-1了解双光纤通信传输实验箱的结构及各功能模块所在区域。了解各信号输入/输出端口的位置和意义。2模拟信号、数字信号的波分复用传输（由实验老师演示） 1) 电气实验导线的连接：关闭系统电源，将1310nm光端机的模拟信号源正弦波输出端L_SINE（或模拟摄像头）与1310nm光发送模块的模拟信号输入端口L_AIN相连，将开关S71拨向右边 (传输模拟信号)；将1550nm光端机的固定速率数据信号源输出端R_D1与1550 nm光发送模块的数字信号输入端口R_DIN相连，将开关S91拨向左边 (传输数字信号)。2) 光路部分的连接： 取下1310nm光发/光收端口上的红色橡胶保护套。 取一只波分复用器，取下其双光纤端的两根光纤的橡胶保护套。 将波分复用器的1310nm端与1310nm光发送端口(1310nm TX)的连接器对接，即：将光纤小心地插入连接器，在插入的同时保证光纤的凸起部分与连接器的凹槽完全吻合，然后拧紧固定帽即可。 同样将波分复用器的1550nm端与1310nm光接收端口(1310nm RX)的连接器对接。 用同样的方法将另一只波分复用器的1550nm端与1550nm光发送端口(1550nm TX)的连接器对接；同样将波分复用器的1310nm端与1550nm光接收端口(1550nm RX)的连接器对接。 取一只连接器，取下其两端的保护套；取下两只波分复用器单光纤端的保护套，分别将它们与连接器连接好。3) 模拟信号的观测：开启系统电源，分别用示波器（或监视器）观察1310nm光发端机的模拟信号输入端L_AIN与1550nm光收端机模拟信号输出端R_AOUT的波形。可调节电位器改变模拟信号源的频率和幅度。调节电位器W73顺时针旋转到底，使偏置电流最大。分别调节电位器W71(输入模拟信号衰减)和WA1(增益调节)使示波器上看到不失真的波形。改变模拟信号源的频率，观察波形。 4) 数字信号的观测：开启系统电源，分别用示波器观察1310nm光收端机的数字信号输出端L_DOUT与1550nm光发端机数字信号输入端R_DIN的波形。调节电位器W81(增益调节)，使输出波形与信码一致。通过拔动开关改变数字信号源的码型，观察波形。七、实验报告要求1 画出双光纤通信传输实验箱模块结构图。2 对光纤传输系统的认识和体会。实验八 数字信号电光、光电传输一、实验目的1了解数字光纤通信的基本原理。2掌握各种数字信号的传输特性。3初步了解完整光纤通信系统的基本组成结构。二、实验内容1用示波器观察各种传输信号的波形。2使用实验系统中提供的各种信号进行光传输实验，有：NRZ、CMI、PCM编码。三、实验仪器示波器一台、THKEGC-2型实验箱一台、FC/PC光纤跳线两根。四、基本原理本实验主要完成各种数据信号的光纤传输，其原理如图8-1所示，本次实验所用到的数字信号主要有：NRZ(D1、D2、D3)、FS、CMI码。各信号的详细介绍及各部分电路原理请参考后续的实验内容。图8-1 数字信号光纤传输框图图8-2 CMI码光纤传输框图五、实验步骤以1310nm光端机(1550nm光端机与其相同)为例，即实验箱左边的模块。用光跳线分别连接1310nm的TX和RX端。1数字信号光纤传输实验。1) 将固定速率数字信号源模块的L_D1或L_D2、L_D3、L_FS、L_BS、L_FY_OUT连接到光发送模块的数字信号输入端口L_DIN。2) 把开关S71拨到左边(传输数字信号)。3) 打开系统电源，用示波器在光接收模块的数字信号输出端口L_DOUT观察输出信号。4) 通过调节电位器W81、W82得到最佳的数字信号。5）通过拔动开关改变数字信号的码型，观察输出端的波形变化。2CMI码光纤传输实验1) 关闭系统电源，选数字信号模块中的L_D1、L_D2、L_D3、L_FS任意一个，连接到CPLD模块的L_D_IN，进行CMI码的编码。将L_CMI_OUT连接到光发送模块的数字信号输入端口L_DIN，并将光接收模块的输出端L_DOUT用导线连接到L_CMI_IN进行译码，还原成原始信号。2) 打开系统电源，用示波器在光接收模块的数字信号输出端口L_DOUT观察输出信号。3) 通过电位器W82来调节判决直流电平得到最佳的数字信号。4) 用示波器观察编码前后的两个波形。5）通过拔动开关改变数字信号的码型，观察输出端的波形变化。六、实验报告要求1记录数字信号CMI编码后的波形并与原始波形作比较。1。记录五组固定速率数字信号的波形。2分析数字信号光纤传输的编码规则。2。记录FS信号波形。3归纳各种数字信号光纤传输的特点。3。对比记录三组由NRZ到CMI编码的信号，分析CMI编码的规则。实验十 光纤通信线路码一、实验目的1了解光纤通信编译码的方式。2了解各种编译码方式的性能。3了解光纤线路码的选码原则。4掌握CMI编码/译码原理。5学习CMI 编译码模块的使用。二、实验内容1光纤通信编译码的方式。2光纤线路码的选码原则。3观察CMI编译码的波形。三、实验仪器示波器一台、THKEGC-2型实验箱一台。四、基本原理(一) 常见光纤线路码1mBnB码mBnB码又叫分组码(BlockCode)。其特点是将输入的原始二进制码流按m比特分组，形成m比特的码字，然后将每一码字在同样长的时隙内变成n比特的码字输出（取nm）。常见的有1B2B码、3B4B码、4B6B码、5B6B码、5B7B码和6B8B码等等，由于nm 2n个nB码字中仅有2n个与mB码字对应，其余不用的nB码字称为禁字。通常把nB码字中的“1”、“0”个数悬殊的码字作禁字，而且把录用的“1”、“0”个数不均字分成两种模式，并使“1”多的正模式与“0”多的负模式交替出现，这样就消除了线路码的直流电平浮动。mB码字到nB码字的变换及逆变换是按预定的码表进行的，不同的码表产生不同的线路码。mBnB码中，5B6B码被认为是在编码复杂性和比特冗余度之间最合理的折衷。它的线路码速只比原始码速增加20%，而变换、反变换电路也不太复杂。2mBIP码mBIP码是一种脉冲插入码。在mB码字后插入1比特P码，作为前面m比特码元的奇偶校验比特。奇偶校验可以是奇数性的，也可以是偶数性的。在偶数时，若mB中传号个数为偶数，取P码为“0”；若mB传号个数为奇数，则取P码为“1”。奇数性可以解决长连“0”问题，使连“0”数2m，当“1”为奇数时又使连“1”数2m。偶数性不能解决连“0”问题，但便于不中断业务的误码监测。应当指出，在某些外国产品资料中，线路码的名称不够规范，易造成mB1P码与mBnB的混淆，例如，7B8B码、17B18B码实际上是7B1P码和17BIP码(如图10-1所示)。图10-1 17B18B(17B1P)码的例子3mBICi码mBICi码是另一类脉冲插入码，在原始的mB码字后，插入1比特C码，它是前面m比特码元中第i位的补码(i值从C码往前数)。图10-2是5B1C码的例子。补码的插入可以控制连“1”数和连“0”数。改变i值可以调节线路码的功率谱形状。误码监测可以靠检查C是否与前面对应码元互补来实现。放弃部分C码，而以交替插入的各种附加信息比特代替，在我国又叫mBIH码，这种线路码具有帧结构。图10-2 5B1C码结构示例4CMI码和DMI码CMI码和DMI码是两种二电平传号交替反转码，它们的变换规则如表10-1所示。图10-3是CMI码变换的实例。变换后码率提高了一倍。图10-3 CMI码变换实例表10-1 CMI与DMI码变换规则普 通二进制CMIDMI模式1模式 2模式1模式2010100011101(在1之后)0010(在0之后)11CMI的连“0”最大数为3，DMI的连“0”最大数为2，因此这两种线路含有丰富的定时信息，便于定时提取。这两种码都允许进行不中断业务的误码监测。CMI码在ITU-TG.703建议中被规定为139.264Mbit/s和155.520Mbit/s的物理/电气接口的码型。因此有不少139.264Mbit/s数字光纤传输系统就用CMI码作为光线路码。除了上述优点外，直接将四次群复用设备送来的CMI码调制到光器件上，接收端再生还原的CMI码直接送给四次群复用设备，这样做无需电接口和线路码型的变换/反变换，设备简单。5Biphase码和DM码Biphase(双相)码又称Manchester码，实际上是1BIC码。它的变换规则极简单：原始二进制码“0”变“01”，原始二进制“1”变为“10”。这种线路码的直流电平恒定，最长连“0”连“1”数为2，定时信息丰富，且便于不中断业务的误码监测。变换电路简单，变换后码率提高了一倍。DM(延迟调制)码又称为Miller码，被认为是一种对双相码的改进。它在原始二进制“0”码结束时产生一个跳变；在原始二进制“1”码周期的中点产生一个跳变，好像“1”码延迟了半个周期。变换规则如表10-2所示。表10-2 DM码的变换规则普 通二进制DM模式1模式20001111001这种变换没有提高码率。DM码中最大连“0” 连“1”数为4，含有足够的定时成分，功率谱很窄，高频分量很小，但零频分量不为零。它不适宜在线误码监测。6扰码扰码是线路编码的最简单形式。它将输入的简单二进制序列打乱，重新排列，使已扰序列中“1”、“0”分布统计均匀，从而使定时提取比较方便。扰码能提高码流的比特序列独立性。扰码不增加码速，对高速系统有利。扰码还有一个重要的作用就是抑制静态图案抖动。由图10-4可以看出，不用扰码时，有约200%的抖动宽度，加扰码后抖动迅速减少，5 级以上的扰码使抖动宽度抑制到10%以下，并趋于恒定值。因此，为了有效抑制静态图案抖动，宜采用5级以上扰码。大多数设备为简单、有效起见，采用7级扰码。用输入码序列加入线性移位寄存器序列。有反馈线的m级移位寄存器可以产生的最长序列，周期为2m-1，这个序列又叫M序列。这种移位寄存器可以用特征多项式f(x)表示。式中aixi表示第i级寄存器，ai=1表示这一级有反馈线，ai=0表示这一级无反馈线。所产生的M序列可以由下式得出：式中bixi表示M序列中的第i个比特，bi=1则该比特为“1”码。否则为“0”码。M序列的研究已比较成熟，特征多项式中适宜做扰码器且只有两条反馈线的列于表10-3中(只列出23级以内)。表中的特征多项式是一种简写方法。把表中特征多项式对应的数字用二十进制表示，则得到各项的系数(即ai)，其中首位或首二位均为0，则取消这些0。例如m=5时：表10-3 扰码器的特征多项式级数特征多项式级数特征多项式级数特征多项式277211174000113139102918100020142310201120400001154511400521100000056103151000323400000041图10-4 静态图案抖动与扰码级数的曲线图实际上将二十进制倒过来看也是对的，即可得出：f2(x)=1+x2+x5采用这两个特性多项式中的任一个均可。以f1(x)为例，画出扰码器，如图10-5所示，图中第3级和第5级寄存器有反馈线。加法器为模二加电路。图10-5 5级扰码器示意图无论采用哪一种线路码型，其码型变换电路都可用图10-6所示的方框图来实现。由此可见，码变换电路主要由编码器和时钟频率变换电路组成。需要指出的是，无论选用mB1P码或是脉冲插入码，都和扰码组合使用。这是因为扰码不提高码速，却可以使不具有比特序列独立性的码型，变成具有准比特序列独立性。图10-6 码型变换电路方框图(二) 光纤线路码的性能比较光纤线路码的性能体现在以下九个方面，比较各种码型的优劣。1线路速率为了实现所需的线路码功能，须提高线路速率，造成码流的冗余度。码速提高的比率为：式中f1为原始码速，f2为线路码速。线路速率的增加会牵涉到系统功率预算和电路器件速度。光接收机的带宽(MHz)与线路速率(Mbit/s)成正比(比例系数通常为0.650.75)。线路速率的升高要求接收机的带宽加宽，导致电路噪声增大，另外光纤色散的影响亦增加，因而接收机灵敏度降低。计算和实验表明，线路速率每提高一倍，在50Mbit/s以下接收机灵敏度降低23dB，而在50Mbit/S以上接收灵敏度降低23dB (APD-BIPOLAR接收机)或34dB(PIN-FET接收机)。线路速率的升高要求电路器件工作速度加快。在高码速时，器件速率可能成为线路速率提高的障碍。几种常见线路码的速率提高率见表10-4。如果仅仅从线路码速提高率考虑，则显然8B1C类线路码最好。表10-4 常见线路码的码速提高率码型8B1C7B1P5B6BCMIDMIH/ (%)12.514.320.01001002功率谱线路码脉冲序列及其功率谱的表示式为：式中fb为线路码速，T为码元周期；g(t)和G(t)分别为线路码的单个码元脉冲的波形和频谱：ak为码元值，m和R( k)分别为它的统计平均值和相关函数，定义为： M=EakR(k)=Eajaj+k对于各种线路码序列，只要先求出R(k)，就能够计算它们的功率谱。几种常见线路的功率谱如图10-7所示。可以看出，5B6B直流分量为零，低频高频分量都很小。8B1C码的高频分量很小，但直流和低频分量最大。CMI码、DMI码的直流分量为零，低频分量很小，但高频分量最大。DM码的高频分量很小，但低频分量较大。所以若单从功率谱看，显然是5B6B最佳。图10-7 常见线路码的理论功率谱3连“0”连“1”数线路码流中的连“0”连“1”数目越小，则给定时间内发生在码元衔接点和码元中点的电平跳变次数越多，即码元功率谱中的时钟成分越丰富，使定时提取越容易实现。常见线路码的最大连“0”连“1”数如表10-5所示。在这一方面，DMI码最好，CMI码次之，nB1P码最差。表10-5 常见线路码的连“0” 连“1”数码 型DMICMI5B6B8BICi7BIP同码连续数2358+i144误码增殖系数由于线路码的码元间存在相关性，在接收端译码时，线路码中一个码元的误码可能被绎成原始码中的几个误码。常见光纤线路码的误码增殖系数M如表3-6所示。表3-6 常见光纤线路码的误码增殖系数码 型DMICMI5B6BmBICimBIPM111.281115误码监测光纤线路码必须提供不中断业务误码监测的可能性。线路码是光发送端按一定规则从原始码变换而成的。在接收端可以利用编码规则在线监测线路误码率。检测的方法、检测的快慢和精度依编码规律而异。通常有以下一些方法。(1) 同步监测法同步监测法是在收到的码字与发端取得同步的情况下监测误码，多在端机中使用。对有些码型在中继器中也必须采用同步监测法。同步监测法精度较高，但因需码字同步电路，故监测电路比较复杂。1) 码结构违犯检查法。对于nBmB类有固定结构的线路码，可检查正负不均字交替的违犯及禁字的出现来确认误码。这种监测借助于收端译码器本身再加一些辅助器件就可完成，且精度较高。2) 奇偶校验法。对于mB1P类线路码，在收端只需检查每一码字中传号个数是否为偶数(或奇数)，若不是，则表示有误码。应当指出，奇偶校验只能检测出一个码字中的奇数个(特别是1个)误码，而不能检测出偶数个误码。但在误码率不高的情况下，每一码字中出现两个以上比特错误的概率远小于出现一个比特错误的概率，所以检测精度还是较高的。3) 补码监测法。对于mB1C类线路码，可监测每一码字中C码与前面第i位码是否互补，若不是，则说明有误码。这种监测用模二加电路实现，十分简单。但由于只监测C码或m+1-i位码的误码(两位同时误码测不出)，故总的误码率须经换算，为测出误码率的(m-I-1)倍。当误码率很小时，监测时间要求较长。(2) 非同步监测法在中继器中往往不需要将线路码还原为原始码，故为了使中继器简单、体积小、功耗低，希望不采用码字同步电路。这样就需用非同步误码监测法。非同步监测法的精度一般比同步监测法差。1) 游动数字和(RDS)法。mBnB码及CMI码都可以采用RDS法。从任意时刻开始对线路码元计数，以“1”码做加1，“0”码做减1。则在没有误码时，累计数字和RDS总介于某一范围内。若RDS超出这一范围，即可知产生了误码。利用这一特性，只要用一个一定长度的可逆计数器就可以方便地监测线路误码的情况。CMI码和5B6B码的RDS值如表10-7所示。表10-7 CMI码与5B6B码的RDS值码型RDS可能值个数CMI125B6B-3RDS372) 奇偶校验法。mB1P类线路码中的奇偶性控制使得码流在两个特定时刻之间传号的个数为偶数。于是对于这种码流，无需与发端同步，只要用很简单的电路就能监测其误码情况。3) 特殊图案监测法。对于mB1C类线路码，不易采用前两种非同步监测法。可利用最大连“0”为m+i这一特性，若检测到m+i+1个连“0”，则说明有误码。这种检测用移位寄存器就可实现，十分简单。但因码流中长连“0”的出现概率很小，误码时又必须是长连“0”相邻的“1”码误为“0”才能被检出，这种概率更小，所以检测误码所需时间很长，误码率低时尤其如此。从在线误码监测的难易程度看，以非同步监测较为可取。但是如果为了插入附加比特(用于业务通话、故障监测告警或区间通信)而在线路码中安排了帧结构的话，即使在中继器中也往往只能应用同步监测法。从在线误码监测的角度看，CMI码比其他码型优越。6码字再同步时间码字同步为收端译码所必需的，而在线误码监测也往往依靠码字同步，故收端从失步到恢复同步所需要的时间，即码字再同步时间越短越好。码字同步有以下两种方法。(1) 帧同步码检出法对于有帧结构的线路码，帧同步码的检出即意味着码字已经同步。当检出有误时，用逐码移位法将分组(帧)后移一个比特，再进行检出判断，直到同步为止。这一过程称为捕捉。为了防止因假同步而放弃捕捉及假失步而重新捕捉，还必须设置前方保护和后方保护时间。帧同步平均建立时间为：式中N0为复帧长度(比特数)，r为帧同步码长度(比特数)，为线路码速率。对于交替插入帧同步比特、奇偶监测比特、业务比特和辅助比特的8B1C码，若1个复帧包含8个子帧，一个子帧包含8个码字，每一码字包含9bit，则复帧长度为N0=576，设帧同步码r=4，则四次群信号的帧同步建立时间为：对于交替插入帧同步比特、奇偶监测比特、业务比特和辅助比特的5B6B码，1个复帧包含12个子帧，1个子帧包含8个码字，每一码字包含6bit，则复帧NO=1296，帧同步码长度r=2，则可得：(2) 大误码检测法对于没有帧结构的单纯mBnB、mB1P、mB1C码和CMI码由于码字未同步时，会在码流中检测到大量违犯编码规律的情况，这时误码监测电路将指示极高的误码率，远大于正常通信时的数值。因此可在出现异常高的误码率时将码字后移1比特，再行检测，直到同步为止。码字再同步时间与线路误码率和码字同步恢复的可信度有关。如果误码监测方法是RDS监测，同步检出标准是3个连续的RDS值不超过编码规律给出的范围，那么四次群5B6B码的码字再同步时间可算得如表10-8。可见误码率小于110-3时，5B6B码的码字再同步时间在36ps范围。7B1P、8B1Ci码按大误码检测法实现的码字再同步时间略小于1us。CMI码的码字同步是在两个码字之间进行的，因此码字再同步时间非常短，四次群CMI码的码字再同步时间小于20ns。因此若只从码字再同步时间观察，则无疑是CMI码最佳，5B6B最差。加有附加比特而形成帧结构后，mBnB、mB1P、mB1Ci码的码字再同步时间可能加长1000倍。表10-8 140Mbit/s 5B6B码的码字再同步时间误 码码字数码字再同步时间可信度可信度99%99.9%99%99.9%1.010-237723413.5420.143.1610-21602345.748.401735.463.1610-4801192.874.271.010-469992.483.553.1610-566862.373.091.010-565822.332.943.1610-665812.332.911.010-965802.332.871332.877传输附加信息的可能性在光纤通信系统中需要传送业务、监控信息。在我国的长途干线中还常要求传送区间通信信息。单纯的mBnB码和CMI码是不能携带附加信息的。通常传送附加信息的办法是将低速附加信息码用浅的幅度键控方式调制在线路码流上，简称“调顶法”。这种方法的依据是这些线路码几乎不含低频成分，故可容易地将附加通路迭加到线路码流之上而不会对主信道引起干扰，如图10-8所示。图10-8 CMI编码附加信道与主信道的频谱比较图中将CMI编码的128kbit/s附加信道和140Mbit/s主信道放在一起以供比较。为了不造成接收机灵敏度的明显劣化，调顶法的调制深度应控制到小于10%。这种方法所能提供的附加信道容量不大，对四次群系统通常小于256kbit/s。对于CMI码，还有一种将辅助信号与主信号模二加之后一起传送的方法。这种方法如图10-9所示，为了简便，可以取辅助信道时钟的整数分频，为了方便，图中取为8分频。由模二加的规则可知，由于辅助信息速率比主信息速率低很多，可以看出，当辅助信息为0时，主信息按CMI原码送出。当辅助信息为1时，主信息按CMI反码即送出。因CMI码的编码规则非常简单，所以在接收端很容易将主信息和辅助信息还原。主要方法是寻找再生信号中哪一段是原码，哪一段是反码。对于 CMI编码前的“0”，原码是“01”，反码成为“10”；对于 CMI编码前的“1”，原码、反码都是“00”、“11”交替出现 ，但在原码和反码的交界处，会发现“00”、“11”中的一种重复出现，用上述方法就可以找出原码段与反码段。在原码段，主信息就是再生出的原码，辅助信息为“0”。在反码段，主信息是将再生出的反码再取反，辅助信息为“1”。这样就很方便地实现了辅助信息与主信息的同时传送。接收端对辅助信息无需提取时钟，只要把提取的主信息时钟与发端作同样的分频即可。如果处理得好，这种方法传送辅助信息的容量比较大，除传送操作、维护、管理信息外，还可以提供部分区间通信能力。图10-9 辅助信号与CMI模二加一起传送示意图对于5B6B码可安排一种帧结构，周期性地让某些5B码字不变，而在第6个码位插入帧同步、奇偶校验和附加信息比特，既解决在线误码监测问题，也解决附加信息的传送问题。但为了不破坏5B6B码的原有特性，用这种方法的附加信息容量不会超过1Mbit/s，不适合区间通信。对于mB1C和mB1P类线路码，可周期性地放弃部分C码或P码，甚至mB码字的第1位，而以帧同步、监控和附加信息比特取代，形成特定的帧结构。这样能提供的附加信道容量可达到2Mbit/s。我国开发的8B1H、4B1H可提供30个区间通信话路。所有插入附加信息比特而形成帧结构的安排，都要以极大地增加码字再同步时间和降低在线误码检测精度为代价。若仅仅从传输附加信息可能性这一角度看，带有帧结构的mB1Ci (mB1H码)显然是最好的，而CMI 码与单纯的5B6B码不相上下。8比特序列独立性(BSI)为了适应各种传输业务，希望使用的线路码对输入二进制序列不设置任何约束，即满足序列比特独立性条件。这一特性与线路码的变换与反变换规律有关。不满足BSI条件的线路码在收端做反变换时可能出现假同步。CMI码本身按编码规律是比特序列独立的。MB1C和mB1P类线路码的比特序列独立性较差，而mBnB类分组码本质上不可能是比特序列独立的，这就使得对原始信号的扰码过程成为必需，从而导致系统复杂性增加。9系统的复杂性从实用性和经济性考虑，线路码的变换和反变换电路 (除编译码器本身外还包括时钟频率变换电路，帧同步或码字同步电路及误码监测电路)应尽可能简单，因为简单意味着低成本、低功耗、小体积和高可靠性。从这一方面看，显然CMI码是最好的。CMI编码技术不难，电路非常简单，而且ITU-TG.703建议已规定四次群信号电接口码型为CMI码。四次群信号输出是CMI码，四次群光端机的发送支路对输入电信号不必做变换就可直接用它来调制光源，接收支路也需反变换电路就可将再生码直接送往电端机。CMI码的RDS只可能有两个数值，很容易进行在线误码监测。码字再同步也简单而快速。mB1C和mB1P类线路码的变换、反变换的所需的逻辑运算不难，电路也较为简单。mBnB类线路码在编译码、误码监测和码字再同步等方面都需要较繁的算法、较特殊的和较多的硬件，例如含PROM专用集成电路等，因此电路比较复杂。为实现低速附加信息的传输而采用线路码调顶方法使电路难度增加不多，但如果为实现区间通信而采用具有帧结构的线路码，那么电路的复杂程度就要大大增加。综合上述九个方面，可以清晰地看到，各种线路码各有优点和缺点。若将最常用的5B6B码、8B1H和CMI码依九个方面分别作出相对评价，则可得表10-9，表中分别以“+”、“0”、“-”表示好、中、差。表10-9 三种典型线路码比较性 能码 型CMI5B6B8B1H线路速率-0+功率谱-+0连“0”连“1”数+0-误码增殖系数+0+误码监测+0-码字再同步时间+0-传输附加信号可能性00+比特序列独立性+-0系统简单性+-0(三) 光纤线路码选择线路码型的选择是复杂的问题，除了技术因素之外，还有系统结构、网络拓朴、经济等诸方面的因素。自光纤通信问世以来，各国对线路码型都进行了大量的深入研究。在已付诸实用的数字光纤通信系统中，采用了多达数十种的线路码型。但是原ITU-T却一直没有对光线路码型制定统一的规范，而且不打算制定这种规范。单从技