光纤通信中的线路码型
光纤通信中的线路码型
在数字光纤通信系统中所传播的信号是数字信号，而由交换机送来的电信号符合ITU-T所规定的脉冲编码调制（PCM）通信系统中的接口码率和码型。而PCM通信系统中的码率和码型，尤其是码型，是不适合在光纤通信系统中传输的。因此，在光纤通信里，我们需要把原来PCM中的码型解掉，重新编成在光纤通信中适用的线路码型。
那么这一次的笔记，我们将分三部分进行介绍：先来看一下原有PCM通信系统中的接口码率和码型是怎样的，为什么不适合在光纤通信中传输，在光纤通信系统中常使用的线路码型又有哪些？
- PCM通信系统中的接口码率和码型
对于传统的PCM通信系统，最基本的一个通信要求是要能够传送语音。而语音呢，我们知道，时间是连续的，幅度高高低低也是连续的，是一个模拟信号。而要把模拟信号变成数字信号肯定要经过三大步骤：分别是抽样、量化和编码。抽样就是每间隔一个时间长度要对语言信号取样，取样的点量化之后要重新进行编码。对于每一次取样值，编8个比特码。8个比特，我们称为一个时隙。那么，每取一次样，得到8bit码，一秒钟取8000次样值，因此，8000×8=64kb/s，一路语音的取样速率就是64kb/s。一路语音的取样速率64kb/s构成了一个时隙，如果要将多个语言信号经过时分复用复用在一起，一起传输，一共会有32个时隙来进行时分复用。在这32个时隙中，其中，第一个时隙TS0是用于同步的，中间的时隙TS16是用于信令的，其余的30个时隙是用于传送语音信号的。32个时隙，每个时隙都对应8个比特，每一个时隙一秒钟都传8000次，换句话说，也就是：对于一路语音速率来说，是8000×8=64kb/s，如果是32个时隙时分复用在一起一块传，就是32×64kb/s=2.048Mb/s，这就相当于是30个语音用户时分复用在一起。这就是所谓的PCM30-32路系统。
PCM30-32路系统得到的是多个用户时分复用在一起以后的速率，而这就是所谓的基群（我们刚刚算出来32个64k=2.048Mb/s），基群的速率还比较低，我们将四个基群的速率再复用成一个二次群，在复用的时候需要经过码速调整，得到一个二次群，速率是8.448Mb/s，就是我们通常所说的8M。在这里，四个基群的速率不是严格地得到一个二次群，而是经过码速调整之后再复用在一起得到一个二次群，我们把这种复用称为异步复用。四个二次群再复用成一个三次群的速率，也同样要经过码速调整，调整之后四个二次群得到一个三次群的速率是34.368Mb/s，这种复用也是异步复用。四个三次群再经过异步复用也就是码速调整之后得到一个四次群，就是139.264Mb/s。这样得到了一个PCM通信系统中的接口码率。在其中，基群、二次群和三次群所对应的码型是HDB3码，而四次群对应的码型是CMI码。
（1）HDB3码
HDB3码称为三阶高密度双极性码。
所谓双极性，也就是具有+1和-1两种电平，而三阶是代表+1、-1和0三个状态。
这种双极性码，由于采用了一定的措施，使码流中的+1和-1交错出现，因而没有直流分量。
这种码型又可以利用其正、负极性交替出现的规律，进行自动误码检测等（比如说+1出现了，下一个出现的1肯定是-1，如果还是+1那就是出现了误码）。
（2）CMI码
四次群所采用的码为CMI码，CMI码为反转码，我们从它的编码中可以看到，它实际上是将0这个不归零码用01来代替，而1这个不归零码用00和11交替来代替。00和11交替出现，所以“0”和“1”在码流中是平衡的，基本上是等概率出现的。并且，在CMI中没有10这个组合，因此10可作为禁字使用。如果在传输的过程中出现了10，我们马上可以判断这里面一定有误码，所以它也有自动误码检测功能。
- 不适合在光纤通信中传输的原因
这两种码型虽然都适合于传统的PCM通信系统，但是却都不适合在光纤数字通信系统中传输，比如说：
HDB3码有+1，-1,和0三种状态，而在光纤通信系统中，光源是通过发光和不发光来表示“1”和“0”两种状态的，只能表示2种状态，无法表示HDB3的三个电平，因此在光纤通信系统中无法传输HDB3码。
为此需要进行码型变换，将双极性码变为单极性码，但变换后将失去原有的误码监测等功能。
此外，在光纤通信系统中，除了需要传输主信号外，还需要增加一些其他的功能，如传输监控信号、区间通信信号、公务通信信号和数据通信信号，当然也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。
- 光通信系统中常使用的线路码型
我们主要看PDH和SDH这两种光通信系统中的线路码型。
1、PDH光通信系统中的线路码型
在PDH准同步数字体系这样的光通信系统中，是通过重新编码（通常称为线路编码），即在原有的码流中插入脉冲实现的。
在PDH光通信系统中，常使用的线路编码有分组码、伪双极性码（CMI和DMI）、插入码等。
它们都是在信息码的基础上，增加附加比特，从而使光纤线路速率高于有效信息速率（也就是在有效信息之外还会传送一些额外的区间信息、公务信息等等）。
（1）分组码——mBnB码
它是将原来的码流中m个bit分为一组，重新编成n个bit作为一组，同时增加了额外的附加信息，因此n＞m。
eg：
原码型： 110 101 010 ，m=3
3B4B码：1101 0001 1010，n=4
原来的码流把它分为3个比特一组也就是m取3，然后重新编为4个bit一组，110编为1101,101编为0001,010编为1010，也就是一组中n=4，那么这样的码型，我们就称为3B4B码（即将原来的码流中3个bit分为一组，重新编为4个bit为一组）。很显然，它的新码流中增加了额外的信息，只不过这些信息是按一定的编码规则从3个bit编为4个bit。
（2）插入码——mB1P码
P——奇偶校正码
也就是将原来的码流中m个bit分为一组，在其末尾插入一个奇偶校正码。
eg：
原码型： 110 101 010 ，m=3
3B1P码：1100 1100 0101，n=4
原来的码流把它分为3个比特一组，在其末尾插一个奇偶校正码，目的是使这一组中1的个数为偶数，因此，我们可以看到在第一组中应该插0，使1的个数为偶数，第二组中同样要插0保证1的个数为偶数，第三组中要插1才能使1的个数为偶数。这样编出来的码为3B1P码（即原来的码流中3个bit为一组，在其末尾插入一个奇偶校正码）。
2、SDH光通信系统中的线路码型
在SDH同步数字体系这样的光通信系统中，广泛使用的是加扰的二进制码，它是利用一定规则将信号码流进行扰码处理，经过扰码后使线路码流中的“0”和“1”出现的概率相等，使码流中不会出现长连“0”和长连“1”情况（因为在接收端很难从长连“0”和长连“1”这样的信号中提取出时钟信号，所以扰码要有规律地扰乱长连“0”和长连“1”，不让其出现长连“0”和长连“1”），从而有利于接收端时钟信号的提取。
关于SDH的相关内容，在后续的文章中会做详细介绍，在这里就先不赘述。