光傳輸系統中正負碼速調整技術的設計與實現

摘 要：碼速調整是數字復接技術的關鍵技術之一，與其他關鍵技術一起構成了光傳輸設備的技術基礎。文章介紹了一種多業務光傳輸設備的設計思想及方案，詳細闡述了正負碼速調整原理與實現，并與其他碼速調整方法進行了簡要比較。

關鍵詞：正負碼速調整；HDB3/NRZ；復接/分接；鎖相環；碼速調整/碼速恢復；線路編碼/解碼；輸出抖動；時鐘提取和時鐘恢復

引言

近年來，光纖接入網發展迅猛，發展速度遠遠超過骨干網和城域網。業務種類多樣化、速率多樣化是接入網的特點，一些特殊行業、特殊場合，非標準速率十分常見。多業務光纖傳輸設備以多業務接入、多速率復接見長，非常適合于光纖接入網。因此，多業務光纖傳輸設備是光纖接入網的常用設備。

1 多業務光傳輸設備

碼速調整是數字復接技術的關鍵技術之一，與其他關鍵技術一起構成了光傳輸設備的技術基礎。無疑，作為光傳輸設備的一種，碼速調整同樣是多業務光傳輸設備的核心技術之一。本文旨在介紹一種新的碼速調整方法--正負碼速調整，這種新方法已經在一些主流多業務光傳輸設備中得到驗證。

目前大多數電子設備，特別是通信設備的主要功能都有專用芯片完成，多業務光傳輸設備也不例外。多業務光傳輸的核心芯片主要功能分為三大部分：一是碼速調整/碼速恢復功能；二是復接/分接與線路編碼/解碼功能；三是誤碼統計與勤務電話信令處理。

碼速調整/碼速恢復功能：發送端，從需要進行傳輸的2Mb/s原信碼（碼型為HDB3）中提取時鐘，進行HDB3/NRZ碼型變換，然后進行碼速調整，得到復接端支路信號，送往復接模塊。接收端，從分接模塊而來的支路信號的信號中恢復出2MHZ時鐘，對支路信號進行NRZ/HDB3碼型變換，信號得到復原。

復接/分接與線路編碼/解碼功能：發送端由32M時鐘驅動，復接與線路編碼合二為一，采用8B7C1H碼型。8B為八路復接支路信號，H位插入2Mb/s輔助數據及幀同步等信息后，編碼形成32Mb/s線路信號，送至片外的光發送模塊。接收端，利用接收到的時鐘進行線路解碼，線路同步后得到8路2Mb/s分接支路信號以及2Mb/s輔助信道數據，同時從輔助信道中得到公務電話等其他信號。

2 數字復接與正負碼速調整

對于多業務接入來講，數字復接技術無外乎兩種選擇：一是采用標準2/8復接，二是采用專用的復接方法。

標準2/8復接，其好處不言而喻。既符合國際標準，又易于為用戶所接受。不足之處是，這種方法對芯片資源需求量大。主要體現在幾個方面。由于速率（8448K/2048K）的關系，在發送端的時鐘提取和接收端的時鐘恢復，較為復雜；由于速率（8.448MHz）和幀頻（9.96KHz）的關系，勤務電話所需的幾個速率（2048K/64K/8K）必須額外產生，而且需要組成子幀傳送，除非采用異步傳輸的方式，用高速率通道傳送這幾個信號。

采用專用的復接方法，正好與前一種方案相反。資源需求量相對較少。線路速率可根據需要選定為2048KHz的倍數，碼速調整與碼恢復兩端的2048KHz時鐘容易產生的，線路編碼模塊與復接模塊也可以合二為一，幀頻選定為8KHz或8KHz的約數，這樣既方便了勤務電話的傳輸，又能滿足碼速調整的需要。

必須引起高度重視的是，在采用專用復接手段時，碼速調整部分的設計必須按照有關設計原則進行，否則，產品性能及指標很可能不理想。

對兩種方案的實現細節進行比較，并權衡性能和各項指標，最終選擇專用復接方案，碼速調整方法采用了正負碼速調整。

碼速調整通常有三種方式：正碼速調整、正負碼速調整、正/零/負碼速調整。采用后兩種調整方式時，設計者考慮的因素相對較少，但輸出抖動峰峰值最大為1UI，即使采用數字平滑也無濟于事，而正碼速調整，只要正確選擇調整比和調整速率，妥善設計碼速恢復端的鎖相環，該項指標可以達到<0.2U，這也是正碼速調整廣為人們所接受的重要原因之一。

由于許多應用場合（比如視頻及圖象傳輸）對抖動極為敏感，而碼速調整不可避免的帶入了塞入抖動。本文結合可編程邏輯芯片的設計特點，對技術指標和設計復雜度做了一定折中，設計了一種新型的正負碼速調整方案。

其基本原理是，首先把支路信碼的一部分，放在負調整位Zn，而其余的信碼放在信息位和正調整位Zp傳送。這樣使整個調整成為負調整以及負調整前提下的正調整兩個獨立的過程。負調整率為設定的模型參數M。M的選取應以實現簡單且能達到較好的抖動性能為原則。

M=fjmax/N

fjmax為最大調整率，一般為幀頻，設計中取16KHz，N為整數，設計中取16，則M=1KHz。說明每隔16幀插入一次固定的負調整。等效于復接速率為2049KHz。在此基礎上進行正碼速調整，相當于用2049KHz的復接速率調整2048KHz的支路信號。

從物理概念上講，由于插入負調整M，就必然在原正調整q上加上M，成M+q次正調整，從而使調整過程更加頻繁進行。把抖動譜的分量從低頻變換到M附近，遠大于鎖相環的低通截止頻率，從而得到有效的抑制。

3 專用芯片設計

基于上述基本原理，確定幀結構如圖所示：

線路幀結構為：

線路速率為：32.768MHz

子幀結構為：

子幀速率為：2048kHz；

幀長：128位；

幀頻：16kHz；

圖中frame_word：幀同步字，隔幀插入1111010000；

sz_n：1位，負調整指示；

sv_n：8位，負調整信息；

sz_p：8位，正調整指示；

shd：1位，本端摘機信令；

ow：1位，勤務電話；

dt：1位，同步數據64kbps；

其余為空。

正調整信息sv_p位于每條支路sv_n的相應位置。

4 關鍵模塊的設計

4.1 勤務電話所需8kHz速率的處理，由于幀同步字是隔幀插入，所以可以從奇偶幀得到8kHz。

4.2 正負碼速調整所需2049kHz，應當是均勻的，并且和調整速率2048kHz同步，可以采取措施從32.768MHz分頻得到，而不需要在芯片外部用鎖相環產生，方法如下圖所示：

4.3 負碼速調整如前所述，每隔16幀在sv_n位置插入支路信息，使速率達到2049k，然后進行2049k/2048k正碼速調整，原理以及判別方法與常見的2112k/2048k正碼速調整相同。

4.4 碼速恢復，與常見的碼速恢復略有不同。不能直接從分接得到的數據中恢復時鐘，而是從接收端的32.768MHz線路速率中產生2049kHz時鐘，扣除正調整位后的不均勻的碼流中，恢復2048k支路時鐘。2049kHz時鐘的產生與碼速調整部分相同。時鐘恢復（勻滑），采用數字鎖相環完成任務，重點是環路濾波器的設計，目的應使鎖相環通帶盡可能窄。以降低輸出抖動。

5 結束語

在一些專用場合，線路速率特殊，不是標準速率而且對信號的性能指標要求嚴格，這時采用正負碼速調整不失為一種好的選擇。

參考文獻

[1]孫玉.數字復接技術[M].第一版.北京：人民郵電出版社，1992.

[2]郭世滿.數字通信—原理、技術及其應用[M].北京：人民郵電出版社，1994.

[3]馮重熙.現代數字通信技術.第一版[M].北京：人民郵電出版社，1989.

[4]肖定中.數字通信終端及復接設備.第一版[M].北京：人民郵電出版社，1991.

[5]韋樂平.光同步傳輸網絡[M].北京：人民郵電出版社，1991.

[6]趙梓森.光線數字通信[M].北京：第一版.人民郵電出版社，1991.

[7]曾烈光，馮重熙.模型法正-零-負碼速調整的碼速恢復原理[J].通信學報，1987.

[8]曾烈光，馮重熙.數字網中的抖動[J].電信科學，1987.

[9]王河，朱家新.候時抖動抑制方法研究[J].光通信研究，1996.

[10]王廷堯.PDH信號載入SDH系統[J].天津通信技術，1996.

[11]史富強，林孝康，馮重熙.一種抑制SDH網中指針調整抖動的平滑相位泄漏技術[J].高技術通訊，1998.

[12]謝潤華，黃佩偉.多速率碼流同步復接方案設計與實現[J].通信技術，2001.

[13]董占強，劉志鵬，楊喜光，等.一種新型無線信道正零負碼速調整設計[J].計算機與網絡，2009.