光纤线路扰码器的设计

II上进行仿真3、写出详细的设计报告三、光纤传输原理光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式。光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。信号传输可分为两种方式，即模拟方式（基带信号）和数字方式。早期的光传输中采用模拟方式，即由光的亮度直接表示信号的幅度（AM方式或IM方式），这种传输原理与在电缆中传输无本质的区别。其明显的缺点在于信号的质量受到传输系统的影响，另外就是信号的带宽不高。数字传输是利用码流中的0和1控制激光管的开/关，形成脉冲的光信号，收端再将光脉冲恢复为电信号，其优点是：只要收端的光脉冲接收正确，就可无损地恢复原信号，并且在传输中还可对数字信号进行纠错，这与数字信号传输原理一样；激光管的开/关速度足够快，因此传输信号的码流也可足够快，信号带宽很宽。

由数字光纤传输的原理可知，只要收端的光脉冲接收正确，就可无损地恢复信号。激光发射器有一定的发射功率，光信号在光纤中传输时会有一些衰减，在熔接和接头时也有衰减，但只要激光接收器收到的功率大于它的灵敏度，接收器就可以正确地恢复信号。

四、线路编码要求在光纤系统中，由电端机输出的是适合于电缆传输的双极性码。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，即有脉冲表示1码，没脉冲表示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码的个数是随即变化的，因而直流分量也会发生随即波动，给光接收机的判决带来困难。（2）在随即码流中，容易出现长串连1码和连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）不能实现在线的误码检测，不利于长途通信系统的维护。数字光纤通信系统对线路码型的主要要求是保证传输的透明性，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少码间干扰，有利于提高光接受机的灵敏度。（2）能给光接受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，是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。

五、5B6B编码原理5B6B码的特点是把原始码按5比特分成一组，再按照一定的规则把这5比特码组交换成6比特的码组。编码方法：5B为一组，共有32种状态，即如表1。表15B码状态表0123456700000000010001000011001000010100110001118910111213141501000010010101001011011000110101110011111617181920212223100001000110010100111010010101101101011124252627282930311100011001110101101111100111011111011111同样的，6B为一组，共有64种状态。这种每五个比特为一组，称为“码组”或“字”，如果“0”用﹣1表示，“1”用﹢1表示，就表示该字的“字数字和”，记为wDS，在5B的32种状态中，如果以wDS的数值分类，则可以分为六类。如表2。表25B码分类表类别wDS=﹣1wDS=﹢1wDS=﹣3wDS=﹢3wDS=﹣5wDS=﹢5组数10105511举例000110011101000101110000011111所谓编码就是从上述64种状态中，选择若干种代替原来的32种，从有利于减少连0（或连1）数考虑，最差是wDS=﹢5或wDS=﹣5的两种。每一组5B码有两组6B码和它对应。其中一组称为“﹢”组，wDS=﹢3或wDS=﹢1，另一组称为“﹣” 组，wDS=﹣3或wDS=﹣1。“﹢”组和“﹣”组交替出现，实现组别交换。表35B6B码表信号编码线路码（6B）模式1（正组）模式2（负组）码字WDS码字WDS000000010111﹢2码字﹣2100001100111﹢2101000﹣2200010011011﹢2011000﹣230001100011101001000400100101011﹢2000111﹣2500101001011001010006001100011010001011070011100111000011010801000110011﹢2001100﹣2901001010011001001101001010010101001010101101011010110001011001201100011010001100101301101011010001101001401110011100001110001501111101101﹢2010010﹣21610000011101﹢2100010﹣21710001100011010001101810010100101010010101910011100110010011002010100101001010100102110101101010010101002210110101100010110002310111110101﹢2001010﹣2241100011000101100010实现编码的电路有两种：组全逻辑法和码表存储法。整个编码器都集成在一两个芯片上，使用非常方便，一般采用码表存储法，即码表都存储在一块只读存储器里（PROM），把输入5B串行码变成5B一组的并行输出，作为存储器的地址码，则可从存储器的输出端读出并行6B码，再进行并/串变换，其变换如图1所示：CPROM并/串变换串/并变换6B码输出ACPROM并/串变换串/并变换6B码输出A5B码输入组别控制B在上图中，A、B、C三条线是作为组别控制。C受A、B的控制，它的两种状态就确定组别，A、B受wDS的控制，表3是安排方式之一。表4组别控制逻辑表wDSABC工作组别﹣10┇﹢10┇﹣111┇01┇101┇11┇011┇00┇1“﹣”组开始“﹣”组┇“﹢”组开始“﹢”组┇“﹣”组开始译码过程与上述编码过程相反，就是把6B作为地址码，然后读出5B码，还原为原来的码流，这样就完成了编译过程。5B6B码的优点是：冗余度小；对于三和四次群，可以利用计算机的IC-PROM器件直接编、译码，电路设计得到简化；连“0”和连“12、编码表的度量任何一种mBnB，其码表的编排方法有许多，不同码表的优劣，一般用如下几点来衡量。最大同码连接数（即连0或连1数）N为便于时钟提取，希望N越小越好。3、数字运算和（RDS）RDS和wDS的处理方法一样，不同的地方是wDS是以一个字的计算单位，而RDS是从任一点止，其间的－1和+1数字代数和。RDS是具体数值，与起点的假定值有关，但对于一定的码表，以假定为基准的摆动值是一定的。如果起点和终点都是选在字尾（即字的最后一个比特）。这种数字运算和称为字尾数（即字的最后一个比特）。这种数字运算和称为字尾数字运算和，记为ERDS。ERDS为两种状态，RDS为五种状态，如果RDS的状态数越大，则码流中1，0分布越均匀，这样低频率成分越小。4、误码增值系数——K在线路传输过程中，不可避免地会出现误码，译码后，误码还会增多，这就是误码增值，用误码增值系数K来度量。其定义如下：K=计算方法如下，假定每个字依次误一个码，相对应地求出5B码的误码把5B码都如此计算，最后求出5B和6B码的误码总数。需要指出的是，禁字在编码中并不出现，但在传输计算过程，由于误码有可能出现，因此在译码表中，还要规定禁字所相对应的5B码。K越大，对传输质量影响越大，因此希望K越小越好，理想情况是K=1，但这是做不到的。仔细的选择码表和禁字所对应的译码表，可以使K比较小。六、误码检测和同步方式线路码型最重要的是能不中断业务检测误码，因此能够准确，经济检测误码也是选用码型的根据之一。误码检测方法有以下几中。（1）检测字因为在接受端出现禁字，必然是由于误码的结果。（2）检测wDS的变化规律在无误码的情况下，wDS必然是正码和负码交替出现，如果用A，B线的两种状态（01和10）表示变化，则01和10必然会交替出现。在一个字里，出现一个误码（出现两个误码的概率较小，可以忽略），就会引起wDS变化。很显然，任何一个误码都会出现01或10重复出现，从而破坏了交替出现的规律，只要检测这种重复状态，就检测了误码。这种检测方法，除误码特别多或发生误码外，检测精度相当高。以上两种方法都需要同步，才能正确检测。不过失步，虽然并未误码，但却检出误码，而只有端机才有同步电路，因此上述两种方法都只有在端机上采用。（3）检测RDS状态有RDS状态图可知，在无误码的情况下，RDS只在﹢3到﹣3的范围内游动，而相临两位的RDS值却都不相同，或者加1，或者减1。这样，在RDS=﹢3的下一位，必须是RDS=﹢1，而RDS=﹣3的下一位必然是RDS=﹣3的状态减1也保持原位，则出现误码是必然有﹢3和﹣3连续出现，利用这一点就可以检测出误码。这种检测精度比较高，而且不需要同步，因此可以用与中继器。常用电路是可逆计数器。要把6B还原成原来的5B码，必须要同步。同步的方法与误码检测方法有关，一但失步，就会出现大量的误码，远远超出线路工作的正常范围。七、扰码原理（1）扰码的作用把短期的输入信号流变换成长周期，对抑制抖动极为有利。比特序列独立。一个数字传输系统，应当对任何输入信号流都能传输，而不应当与输入比特序列有关，这就是比特序列独立。如果直接传输输入信号，而线路采用NBZ码，则当输入为全“1”是，就无法定时取出，也就无法传输了，但如果加上扰码，问题就可以得到解决。在发送侧，加扰码器把输入信号进行变换：在接受侧加解扰码器，使信号复常用的扰码器和解扰码器有两种，一种是自同步式，另一种为复位式。（2）扰码和解扰码器的原理自同步扰码器和解扰码器原理：如下图5级自同步扰码和解扰码器的原理图。图中，A、CP是输入信号和时钟，B是扰码后的信号，1～5为五个D触发器，它的个数就代表了扰码器的级数，级数越多，扰码的效果就越好。每个触发器都把B移一个比特，因此D触发器的输出可以分别用DB、DB的平方、┅、BD的五次方来表示，表示模二加。这样扰码可写成如下表示式：B=A[+]扰码器可写成： 图25级扰码器原理图图35级解扰码器原理图这种同步扰码器不需要另外措施，也不管Q触发器的初始状态如何，都会在很短时间内，自动同步，使信号还原。这一点可由模二加的逻辑表式特性加以证明，即：如果：则：B=这样，由式可知：只要传输过程不出现误码，即B相同，则A也完全一样。自同步扰码器的缺点：①误码增值，象上述电路增值为3；②当D触发器为某种初始状态时，对于某些周期信号不扰码，最常见的情况是输入信号A全为1，D触发器的初始状态也是全1，这样，B也恒为1，即不扰码，为了克服上述缺点，可以采用复位扰码器。在发送侧，产生一个独立的C序列信号，其长度与置位信号有关，然后与A模二加。在接收侧，采用完全相同的电路，并利用同步信号，检出完全相同的置位信号，这样得到的C序列与发端完全相同。然后用C与B模二加就可以得到A。八、仿真结果图45级扰码器仿真波形图55级扰码解码器仿真波九、总结与心得体会通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关光纤线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的仿真调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可!课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅