【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 第 6章 模擬光纖通信系統(tǒng) 模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制 (DIM)是用承載信息的模擬基帶信號 ， 直接對發(fā)射機(jī)光源 (LED或 LD)進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制 ， 使光源輸出光功率隨時(shí)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(shí) ， 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 。 來自 .... 中國最大的資料庫下載 于廣播電視節(jié)目而言 ， 視頻信號帶寬 (最高頻率 )是 6 MHz， 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(jī)光源 (線性良好的 LED)進(jìn)行直接光強(qiáng)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 。 這種 DIM光纖電視傳輸系統(tǒng)的特點(diǎn)是設(shè)備簡單 、 價(jià)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(qiáng)調(diào)制方式是先用承載信息的模擬基帶信號進(jìn)行電的預(yù)調(diào)制 ， 然后用這個(gè)預(yù)調(diào)制的電信號對光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制 (IM)。 這種系統(tǒng)又稱為預(yù)調(diào)制直接光強(qiáng)調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng) 。 預(yù)調(diào)制又有多種方式 ， 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(jìn)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(shí)值而變化 。 然后用這個(gè)正弦調(diào)頻信號對光源進(jìn)行光強(qiáng)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(jìn)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(shí)值而變化 。 然后用這個(gè)脈沖調(diào)頻信號對光源進(jìn)行光強(qiáng)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(jìn)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(gè)方波脈沖調(diào)頻信號對光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制 ， 形成 SWFM IM光纖傳輸系統(tǒng) 。 采用模擬間接光強(qiáng)調(diào)制的目的是提高傳輸質(zhì)量和增加傳輸距離 。 由于模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制 (DIM)光纖電視傳輸系統(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(qiáng)調(diào)制時(shí) ， 例如采用 PFMIM光纖電視傳輸系統(tǒng) ， 由于驅(qū)動(dòng)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(dá) 10 km；若波長為 μm， 傳輸距離可達(dá) 30 km。 對于單模光纖 ， 若波長為 μm， 傳輸距離可達(dá) 50 km。 SWFMIM光纖電視傳輸系統(tǒng)不僅具有 PFMIM系統(tǒng)的傳輸距離長的優(yōu)點(diǎn) ， 還具有 PFMIM系統(tǒng)所沒有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn) 。 來自 .... 中國最大的資料庫下載 這種獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是：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) 。 此外 ， SWFMIM系統(tǒng)的信噪比也比 DIM系統(tǒng)的信噪比高得多 。 上述光纖電視傳輸系統(tǒng)的傳輸距離和傳輸質(zhì)量都達(dá)到了實(shí)際應(yīng)用的水平 ， 而且技術(shù)比較簡單 ， 容易實(shí)現(xiàn) ， 價(jià)格也比較便宜 。 盡管如此 ， 這些傳輸方式都存在一個(gè)共同的問題：一根光纖只能傳輸一路電視 。 這種情況 ， 既滿足不了現(xiàn)代社會(huì)對電視頻道日益增多的要求 ， 也沒有充分發(fā)揮光纖大帶寬的獨(dú)特優(yōu)勢 。 因此 ， 開發(fā)多路模擬電視光纖傳輸系統(tǒng) ， 就成為技術(shù)發(fā)展的必然 。 實(shí)現(xiàn)一根光纖傳輸多路電視有多種方法 ， 目前現(xiàn)實(shí)的方法是先對電信號復(fù)用 ， 再對光源進(jìn)行光強(qiáng)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(shí)分復(fù)用 (TDM)。 和TDM系統(tǒng)相比 ， FDM系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單 、 制造成本較低以及模擬和數(shù)字兼容等優(yōu)點(diǎn) 。 而且 ， 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(diǎn) ， 使 FDM多路電視傳輸方式受到廣泛的重視 。 頻分復(fù)用光強(qiáng)調(diào)制方式是用每路模擬電視基帶信號 ， 分別對某個(gè)指定的射頻 (RF)電信號進(jìn)行調(diào)幅 (AM)或調(diào)頻 (FM)， 然后用組合器把多個(gè)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(jī)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制 。 光載波經(jīng)光纖傳輸后 ， 由遠(yuǎn)端接收機(jī)進(jìn)行光 /電轉(zhuǎn)換和信號分離 。 因?yàn)閭鹘y(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 (1) 一個(gè)光載波可以傳輸多個(gè)副載波 ， 各個(gè)副載波可以承載不同類型的業(yè)務(wù) ， 有利于數(shù)字和模擬混合傳輸以及不同業(yè)務(wù)的綜合和分離 。 (2) SCM系統(tǒng)靈敏度較高 ， 又無需復(fù)雜的定時(shí)技術(shù) ， FM/SCM可以傳輸 60～ 120路模擬電視節(jié)目 ， 制造成本較低 。 因而在電視傳輸網(wǎng)中競爭能力強(qiáng) ， 發(fā)展速度快 。 (3) 在數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)未能廣泛應(yīng)用的今天 ， 線性良好的大功率 LD已能得到實(shí)際應(yīng)用 ， 因而發(fā)展 SCM模擬電視傳輸系統(tǒng)是適時(shí)的選擇 。 這種系統(tǒng)不僅可以滿足目前社會(huì)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) (HFC)中采用 。 副載波復(fù)用的實(shí)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(qiáng)調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng) 模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制 (DIM)光纖傳輸系統(tǒng)由光發(fā)射機(jī) (光源通常為發(fā)光二極管 )、 光纖線路和光接收機(jī) (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(qiáng)調(diào)制系統(tǒng)方框圖 調(diào)制器發(fā)光二極管發(fā)送機(jī)光檢測器接收機(jī)放大器恢復(fù)原信號m ( t )基帶信號 m ( t )光纖 評價(jià)模擬信號直接光強(qiáng)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(qiáng)調(diào)制系統(tǒng)的信噪比主要受光接收機(jī)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 光強(qiáng)調(diào)制的原理 。 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 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 nIom02222nsLnLsiiRiRiNps ???噪聲功率信號功率式中 ， 〈 i2s〉 和 〈 i2n〉 分別為均方信號電流和均方噪聲電流 ， RL為光檢測器負(fù)載電阻 。 信噪比一般用 dB作單位 ， 即 22lgnsiiSNR ?如圖 ， 光源驅(qū)動(dòng)電流 I=IB(1+m cosωt) () 設(shè)光源具有嚴(yán)格線性特性 ， 不存在信號畸變 ， 則輸出光功率為 來自 .... 中國最大的資料庫下載 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(shí)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(dá)光檢測器的信號很弱 ， 光接收機(jī)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 nminminmibom IIIIIIIIIIIm?????????m a xm a xm a xm inm a x2/2/平均信號電流信號電流幅度平均信號電流 I0=gIP=gρPb () 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 ， ρ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〉 = () 模擬信號直接光強(qiáng)調(diào)制系統(tǒng)的噪聲主要來源于光檢測