【正文】 調(diào)制方式 副載波復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng) 第 6 章 模擬光纖通信系統(tǒng) 返回主目錄 模擬光纖傳輸方式主要有以下幾種方式： ? 模擬基帶直接光強調(diào)制 (DIM) ? 模擬間接光強調(diào)制方式 ? 頻分復(fù)用光強調(diào)制方式 模擬基帶直接光強調(diào)制 模擬基帶直接光強調(diào)制 (DIM) 是用承載信息的模擬基帶信號，直接對發(fā)射機光源 (LED或LD)進行 光強調(diào)制 ，使光源輸出光功率隨時間變化的波形和輸入模擬基帶信號的波形成比例。 20世紀(jì) 70年代末期，光纖開始用于模擬電視傳輸時，采用一根多模光纖傳輸一路電視信號的方式，就是這種基帶傳輸方式。 所謂 基帶 ，就是對載波調(diào)制之前的視頻信號頻帶。 對于廣播電視節(jié)目而言 ， 視頻信號帶寬 (最高頻率 )是 6MHz， 加上調(diào)頻的伴音信號 ， 這種模擬基帶光纖傳輸系統(tǒng)每路電視信號的帶寬為 8 MHz。 用這種模擬基帶信號對發(fā)射機光源 (線性良好的 LED)進行直接光強調(diào)制 ， 若光載波的波長為 μm， 傳輸距離不到 4 km, 若波長為 μm， 傳輸距離也只有 10 km左右 。 DIM光纖傳輸系統(tǒng)的特點是： ? 設(shè)備簡單 ? 價格低廉 因而在短距離傳輸中得到廣泛應(yīng)用 。 模擬間接光強調(diào)制 模擬間接光強調(diào)制方式 是先用承載信息的模擬基帶信號進行電的預(yù)調(diào)制 ， 然后用這個預(yù)調(diào)制的電信號對光源進行 光強調(diào)制 (IM)。 這種系統(tǒng)又稱為 預(yù)調(diào)制直接光強調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng) 。 預(yù)調(diào)制主要有以下三種 : 1. 頻率調(diào)制 (FM) 頻率調(diào)制方式 是先用承載信息的模擬基帶信號對正弦載波進行調(diào)頻 ， 產(chǎn)生等幅的頻率受調(diào)的正弦信號 ， 其頻率隨輸入的模擬基帶信號的瞬時值而變化 。 然后用這個正弦調(diào)頻信號對光源進行光強調(diào)制 ， 形成 FMIM光纖傳輸系統(tǒng) 。 2. 脈沖頻率調(diào)制 (PFM) 脈沖頻率調(diào)制方式 是先用承載信息的模擬基帶信號對脈沖載波進行調(diào)頻 ， 產(chǎn)生等幅 、 等寬的頻率受調(diào)的脈沖信號 ， 其脈沖頻率隨輸入的模擬基帶信號的瞬時值而變化 。 然后用這個脈沖調(diào)頻信號對光源進行光強調(diào)制 ， 形成 PFMIM光纖傳輸系統(tǒng) 。 3. 方波頻率調(diào)制 (SWFM) 方波頻率調(diào)制方式 是先用承載信息的模擬基帶信號對方波進行調(diào)頻 ， 產(chǎn)生等幅 、 不等寬的方波脈沖調(diào)頻信號 ， 其方波脈沖頻率隨輸入的模擬基帶信號的幅度而變化 。 然后用這個方波脈沖調(diào)頻信號對光源進行光強調(diào)制 ， 形成 SWFMIM光纖傳輸系統(tǒng) 。 采用模擬間接光強調(diào)制的目的 : 提高傳輸質(zhì)量和增加傳輸距離 由于模擬基帶直接光強調(diào)制 (DIM)光纖傳輸系統(tǒng)的性能受到光源非線性的限制 ， 一般只能使用線性良好的 LED作光源 。 LED入纖功率很小 ， 所以傳輸距離很短 。 在采用模擬間接光強調(diào)制時 ， 由于驅(qū)動光源的是脈沖信號 ，它基本上不受光源非線性的影響 ， 所以可以采用線性較差 、 入纖功率較大的 LD器件作光源 。 因而 PFMIM系統(tǒng)的傳輸距離比 DIM系統(tǒng)的更長 對于多模光纖 ， 若波長為 μm， 傳輸距離可達 10 km；若波長為 μm， 傳輸距離可達 30 km。 對于單模光纖 ， 若波長為 μm， 傳輸距離可達 50 km。 SWFMIM光纖傳輸系統(tǒng)不僅具有 PFMIM系統(tǒng)的傳輸距離長的優(yōu)點，還具有 PFMIM系統(tǒng)所沒有的 獨特優(yōu)點 : ?在光纖上傳輸?shù)牡确?、不等寬的方波調(diào)頻 (SWFM)脈沖 不含基帶成分 ? 因而這種模擬光纖傳輸系統(tǒng)的 信號質(zhì)量與傳輸距離無關(guān) ? SWFMIM系統(tǒng)的 信噪比 也比 DIM系統(tǒng)的 信噪比 高 得多 上述光纖的傳輸方式都存在一個共同的問題：一根光纖只能傳輸一路信號 。 這種情況 ， 既滿足不了現(xiàn)代社會對大信息量的要求 ， 也沒有充分發(fā)揮光纖帶寬的獨特優(yōu)勢 。 因此 ， 開發(fā)多路模擬傳輸系統(tǒng) ， 就成為技術(shù)發(fā)展的必然 。 實現(xiàn)一根光纖傳輸多路信號有多種方法 目前現(xiàn)實的方法是先對電信號復(fù)用 ， 再對光源進行光強調(diào)制 。對電信號的復(fù)用可以是 頻分復(fù)用 (FDM)， 也可以是 時分復(fù)用(TDM)。 FDM系統(tǒng)的優(yōu)點： ?電路結(jié)構(gòu)簡單 、 制造成本較低以及模擬和數(shù)字兼容等 ?FDM系統(tǒng)的傳輸容量只受光器件調(diào)制帶寬的限制 ， 與所用電子器件的關(guān)系不大 這些明顯的優(yōu)點 ， 使 FDM多路傳輸方式受到廣泛的重視 。 頻分復(fù)用光強調(diào)制 頻分復(fù)用光強調(diào)制方式 用每路模擬電視基帶信號 ， 分別對某個指定的 射頻 (RF)電信號 進行 調(diào)幅 (AM)或 調(diào)頻 (FM)， 然后用組合器把多個預(yù)調(diào) RF信號組合成多路寬帶信號 ， 再用這種多路寬帶信號對發(fā)射機光源進行光強調(diào)制 。 光載波經(jīng)光纖傳輸后 ， 由遠端接收機進行光 /電轉(zhuǎn)換和信號分離 。 因為傳統(tǒng)意義上的載波是 光載波 ， 為區(qū)別起見 ， 把受模擬基帶信號預(yù)調(diào)制的 RF電載波稱為 副載波 ， 這種復(fù)用方式也稱為 副載波復(fù)用 (SCM)。 SCM模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點： ? 一個光載波可以傳輸多個副載波 ， 各個副載波可以承載不同類型的業(yè)務(wù) 。 ? SCM系統(tǒng)靈敏度較高 ， 又無需復(fù)雜的定時技術(shù) ， 制造成本較低 。 ? 前后兼容 。 不僅可以滿足目前社會對電視頻道日益增多的要求 ， 而且便于在光纖與同軸電纜混合的 有線電視系統(tǒng) 中采用 。 副載波復(fù)用的實質(zhì)是 : 利用光纖傳輸系統(tǒng)很寬的帶寬換取有限的信號功率 ， 也就是增加信道帶寬 ， 降低對信道載噪比 (載波功率 /噪聲功率 )的要求 ， 而又保持輸出信噪比不變 。 在副載波系統(tǒng)中 ， 預(yù)調(diào)制是采用調(diào)頻還是調(diào)幅 ， 取決于所要求的信道載噪比和所占用的帶寬 。 模擬基帶直接光強調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng) 模擬基帶直接光強調(diào)制 (DIM)光纖傳輸系統(tǒng)由 光發(fā)射機 (光源通常為發(fā)光二極管 )、 光纖線路 和 光接收機 (光檢測器 )組成 ， 這種系統(tǒng)的方框圖如圖 。 圖 模擬信號直接光強調(diào)制系統(tǒng)方框圖 調(diào) 制 器 發(fā)光 二極管 發(fā)送機 光檢測器 接收機 放大器 恢復(fù)原信號 m ( t ) 基帶信號 m ( t ) 光纖 特性參數(shù) 評價模擬信號直接光強調(diào)制系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量的最重要的特性參數(shù)是 信噪比 (SNR)和 信號失真 (信號畸變 )。 1. 信噪比 正弦信號直接光強調(diào)制系統(tǒng)的 信噪比 主要受光接收機性能的影響 ， 因而輸入到光檢測器的信號非常微弱 ， 所以對系統(tǒng)的 SNR影響很大 。 圖 發(fā)光二極管模擬調(diào)制原理 輸 出 信 號輸 入 信 號PPbIbIIm axIm i nIom0 圖 理 。 2222nsLnLsiiRiRiNps ???噪聲功率信號功率式中 ， 〈 i2s〉 為 均方信號電流 和 〈 i2n〉 為 均方噪聲電流 ， RL為 光檢測器負載電阻 。 這種系統(tǒng)的信噪比定義為接收信號功率和噪聲功率 (NP)的比值 ： 信噪比一般用 dB作單位 ， 即 22lg10nsiiS N R ?（ ） 如圖 ， 光源驅(qū)動電流 ： I=IB(1+m cosωt) () 設(shè)光源具有嚴格線性特性 ， 不存在信號畸變 ， 則 輸出光功率為 P=Ｐ B(1+mcosωt) () 式中 ， PB為偏置電流 IB產(chǎn)生的光功率 ， m為調(diào)制指數(shù) ， ω=2πf， f為調(diào)制頻率 ， t為時間 。 一般光纖線路有足夠的帶寬 ， 可以假設(shè)信號在傳輸過程不存在失真 ， 只受到 exp(αL)的衰減 ， 式中 α為光纖線路平均損耗系數(shù) ， L為傳輸距離 。 由于到達光檢測器的信號很弱 ， 光接收機引起的信號失真可以忽略 。 在這些條件下 ， 光檢測器的輸出光電流： is=I0(1+m cosωt) () 均方信號電流： 222 ??????? msIi （ ） 式中 , Im=mI0 為 信號電流幅度 ， I0為 平均信號電流 ， m為調(diào)制指數(shù) ， 其定義為： ? ?? ? nmi nminminmiBomIIIIIIIIIIIm?????????m a xm a xm a xm i nm a x2/2/平均信號電流信號電流幅度平均信號電流 : I0=GIP=GRPb () 式中 , Pb=KPB為輸入光檢測器的平均光功率 ， K代表 光纖線路的衰減 ， R為 光檢測器的響應(yīng)度 ， IP為 一次光生電流 ， GAPD的倍增因子 。 設(shè)使用 PINPD, G=1。 由式 ()～式 ()得到 均方信號電流： 〈 i2s〉 = () 2)( 2GmRPb 模擬信號直接光強調(diào)制系統(tǒng)的噪聲主要來源于光檢測器的量子噪聲 、 暗電流噪聲 、 負載電阻 RL的熱噪聲和前置放大器的噪聲 ， 總均方噪聲電流 可寫成