一种5B6B 编码改进技术

王延年，陈苗苗

(西安工程大学电子信息学院，西安 710048)

1 引言

光纤数字通信中传输码型众多，其传输码型的优劣对光纤通信系统的影响很大。目前光纤数字传输系统中大多采用两电平码作线路传输码，以适应光纤传输的特点，使用比较广泛的一种线路码型就是5B6B 码。为了使数据经5B6B 编码后在0 和1之间变换的密度高，其编码复杂性和比特冗余度之间达到最合理的折中，但目前还没有一种5B6B 编码方案是十全十美的。以下从体现编码优劣的两方面即连码数和误码扩散数讨论了两种编码方案，通过对一种5B6B 编码方案的改进，有效降低了码流中最长连码数和误码扩散，定时信息丰富。

2 mBnB 码编码原理

mBnB 码是把输入的二进制原始码流进行分组，每组有m个二进制码，记为mB，称为一个码字，然后把一个码字变换为n个二进制码，记为nB，并在同一个时隙内输出。这种码型是把mB 变换为nB，所以称为mBnB 码，其中m 和n 都是正整数，n ＞m，一 般 选 取n=m+1。mBnB 码 有1B2B、3B4B、5B6B、8B9B、17B18B 等等。

作为普遍规则，引入“码字数字和”(WDS)来描述码字的均匀性，并以WDS的最佳选择来保证线路码的传输特性。所谓“码字数字和”，是在nB 码的码字中，用“－1”代表“0”码，用“+1”代表“1”码，整个码字的代数和即为WDS。如果整个码字“1”码的数目多于“0”码，则WDS为正;如果“0”码的数目多于“1”码，则WDS为负;如果“0”码和“1”码的数目相等，则WDS为0。

3 5B6B 编码

3.1 5B6B的两种编码方案

5B6B 码是mBnB 分组码的一种，即把5位的二进制信源码变为6 位二进制的线路码。5B 共有(2的5 次方)32个码字，变换6B 码时共有(2的6 次方)64个码字，64个码字按照码字数字和(WDS)区分为均匀码与非均匀码。WDS=0的为均匀码，非均匀码又分为正负两种模式，WDS=+2的为正模式，WDS=－2的为负模式。由于信源码和线路码的个数不等，将5 比特的信源码转换为6 比特的线路码时，在满足基本线路码的要求下，有多种编码方案。设计编码方案时一般要考虑一下原则:不含直流，且低频分量尽量少;应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取定时信号;具有内在的检错能力，码型应具有一定的规律性，以便利用这一规律性进行宏观监测;编译码简单，以降低通信延时和成本。

表1 5B6B 编码方案一

表1的编码方案中，其中WDS=0的码字有20个，WDS=+2的码字有15个，WDS=－2的码字有15个，因此共有50个|WDS|最小的码字供选择。由于变换为6B时只需32个码字，为减少连“1”和连“0”的数目，删去:000011、110000、001111 和111100，同时禁用|WDS|=4 和6的码字。按照此编码方式，采用了6B 码中的20个均匀码，12 对正负不均码，剩余的没有定义，最大连码数为6。

表2 5B6B 编码方案二

表2的编码方案是表1 编码方案的改进。在表1 中，连码最长数出现在码字000111、111000 和其它码字相连时，此时最长连码数为6，由于消息码中包含长串的连续“1”或“0”符号时，非归零波形呈现出连续的固定电平，因而无法获取定时信息。为了减少最长连码数，在表2 中，选取了20个均匀码，13对正负不均匀码，余下没有用到的18个码字作为禁字，码字001100 和110011的引入解决了码字000111、111000相连的问题，不会出现连码为6的情况，最大连码数下降为5，接收到禁用码组时表明传输过程出现错误，从而提高了系统的检错能力。

3.2 改进前后两种编码方案的比较与分析

衡量一种线路码好坏与否，主要看它是否限制了码流中长连“0”和连“1”的数目，是否可使线路简单而传输更为有效，是否使基线漂移小，是否降低了误码扩散。按照表1的编码方式，最长连码数为6，在模式二中序号0，1的码字和000111相连用的情况下，此时最长连0为6，累计不均取负向最大值－8。在模式一中序号0，1，3的这三个码字与码字111000相连用的情况下，此时最长连1 数为6，累计不均取正向最大值+8，按此方式编码，最长连码数为6，累计不均值为±8。表2的编码方式是对表一编码方式的改进。此方案考虑了最长连码数和累计不均值，解决了000111 和111000相连的情况，把码字000111 限制在模式二中，码字111000 限制在模式一中。当码字000111、111000 和其它码字相连时，不会出现连码数为6的情况，此时最大连码数下降为5，累计不均最大数下降为±4。此外，在编码方式的设计中，要考虑线路码与信源码、线路码与线路码之间的相似关系，尽可能地降低误码扩散。在这两种编码方式中，采用的都是两种模式交替的方式，当线路码为不均匀码时，采用的是正负两种模式输出，当0 码的个数小于1 码的个数时线路码为正模式，当0 码的个数大于1 码的个数时线路码为负模式。在方案一中，同一信源码的两个不均匀线路码相差很大，模式一的线路码和模式二的线路码互为反码。这种编码方式误码扩散最大，因为两个线路码相差很大，没有相似之处，只有当模式一的正不均匀码全部误码出现6 比特的误码时，才与模式二的线路码相同，此时误码扩散为零，而这种情况几乎很难发生。而在编码方式二中，一个信源码对应的两个不均匀码是相似的，当出现2 比特的误码时，误码扩散为零的概率可达0.1，相比编码方式一，编码方式二的误码扩散系数明显下降，定时信息丰富，显然方式二优于方式一。

4 基于matlab的实现

按照编码表2的编码方式，编码过程，随机产生一64*5 矩阵代表原始的输入5B 码流，然后按顺序将这些码字转换成十进制即为对应6B的地址。若对应的6B 码WDS=0 则直接输出模式1，若不是0即为不均匀码时则交替输出模式1 和模式2。见图1 所示。

最终各码字对应WDS 代数和:SumWDS=0

运行结果如表3 所示。

图1 5B6B 编码

表3 编码结果

由运行结果看，采用改进后的编码方案，当5B的信源码组变换为6B 线路码时，按照两种模式交替的方式，信源码10101 对应6B的模式一为010101 WDS=0 故直接输出;当信源码为10010，此时对应6B的模式一为111010，WDS=2，因这是第一次WDS=2的输出故直接输出模式一;信源码是11110，对应6B的模式一为001100，WDS=－2，因上次WDS=2 输出为模式一，故此次输出为模式二，即001100，且最长连码数为5，这种编码方式使得最终码字对应的代数和为0 从而保证了足够的定时信息和尽量少的直流分量。

5 结束语

5B6B 码是西欧广泛应用的一种码型，对于mBnB 线路码型的最大优点就是最大相同码元连码和小、定时信息丰富、并且有简单成熟的误码监测与码组同步的方法。通过对一种5B6B 编码的改进，采用两种模式交替的编码方法，在满足基本的线路码编码要求下，有效降低了误码扩散系数和最大连码数，保证WDS 之和最小从而保证了足够的定时信息和尽量少的直流分量。

［1］赵梓森.数字光纤通信系统［M］.北京:科学出版社，1984－12.

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