【正文】 22 (CNR)RIN= () 這時(shí) CNR與 m2成正比 ， 與 (RIN)成反比 。 下面觀察一下三項(xiàng)噪聲的界限 。 LTqR I Nn Rk T F BBeIBIR I Niiii 42)(0202222 ??????（ ） 式中平均信號(hào)電流 I0=RP0, P0=Pb 10αL/10為光檢測(cè)器平均接收光功率 ， R為響應(yīng)度 。 e為電子電荷 ， B為噪聲帶寬 ， k= 1023J/K為波爾茲曼常數(shù) ， T為熱力學(xué)溫度 ， RL為光檢測(cè)器負(fù)載電阻 ， F為前置放大器噪聲系數(shù) 。 如圖 ， 輸入激光器的調(diào)幅信號(hào)電流為： 或 CNR=10lg 22lg10ncp iiNC ?() ? ? ? ? twmIIItI iNiithbb c os1?????() 圖 激光器模擬調(diào)制原理 Pmax Pmin Iom Pom Imin Imax Ib p Pb I 輸出信號(hào) 輸入信號(hào) 由于假設(shè)不存在信號(hào)失真 ， 激光器輸出光功率為： ? ? twmPPtP iNiisb c o s1???? （ ） 式中 , Ps=Pb Pth， Pb和 Pth分別為偏置電流 Ib和閾值電流 Ith對(duì)應(yīng)的光功率， N為頻道總數(shù)， mi為第 i個(gè)頻道的調(diào)制指數(shù)， ωi為第 i 設(shè)每個(gè)頻道的調(diào)制指數(shù)都相同 ， 即 mi=mj=mk=m， 暫時(shí)略去光纖傳輸因子 10αL/10, α為光纖線路平均損耗系數(shù) ， L為光纖線路平均損耗長(zhǎng)度 ， 系統(tǒng)使用 PINPD， 從光檢測(cè)器輸出的(載波 )信號(hào)電流為： ic=I0 (1+m （ ） )co s1twm iNii??均方 (載波 )信號(hào)電流： 222 ??????? mcIi （ ） 式中 , Im=mI0為信號(hào)電流幅度， I0為平均信號(hào)電流， m=m0/ 為每個(gè)頻道的調(diào)制指數(shù)， m0為總調(diào)制指數(shù)， N N SCM為模擬電視光纖傳輸系統(tǒng) ， 產(chǎn)生噪聲的主要有激光器 、 光檢測(cè)器和前置放大器 。 1. 載噪比 載噪比 CNR的定義是： 把滿(mǎn)負(fù)載 、 無(wú)調(diào)制的等幅載波置于傳輸系統(tǒng) ， 在規(guī)定的帶寬內(nèi)特定頻道的載波功率 (C)和噪聲功率(NP)的比值 ， 并以 dB為單位 ， 用公式表示為： 22ncp iiNC ? （ ） 式中 , 〈 i2c〉 為均方載波電流 ， 〈 i2n〉 為均方噪聲電流 。 我們主要討論 殘留邊帶調(diào)幅副載波復(fù)用 (VSBAM/SCM)模擬電視光纖傳輸系統(tǒng) 。 光信號(hào)經(jīng)光纖傳輸后 ， 由光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)光 /電轉(zhuǎn)換 ， 經(jīng)分離和解調(diào) ， 最后輸出 N個(gè)頻道的電視信號(hào) 。 由式 ()和式 ()得到： 212611)(1??????????????????BCBLB?? （ ） LCB C?? ???)( 6 （ ） 副載波復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng) 圖 副載波復(fù)用 (SCM)模擬電視光纖傳輸系統(tǒng) 方框圖 。 在實(shí)際工程中是否采用短波長(zhǎng) LED和多模 SI光纖 ， 要根據(jù)經(jīng)濟(jì)效益 (系統(tǒng)成本和維修費(fèi)用 )來(lái)決定 。km， 這時(shí) ， 認(rèn)真計(jì)算是必要的 ， 因?yàn)?在短波長(zhǎng)光纖材料色散和 LED光源譜線寬度的影響是不可忽視的 。km, 因此完全可以滿(mǎn)足要求 。km。 由式 ()計(jì)算得到 ， 所需單位長(zhǎng)度光纖帶寬分別為 B1=32 MHz ?MPPL rt ???（ ） 3. 系統(tǒng)對(duì)光纖帶寬的要求 對(duì)于多模光纖而言 ， 長(zhǎng)度為 L的光纖線路總帶寬 B(MHz)和單位長(zhǎng)度 (1 km)光纖帶寬 B1(MHz 2. 模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制光纖電視傳輸系統(tǒng)的傳輸距離大多受光纖損耗的限制 。 1. 系統(tǒng)參數(shù) (1) 帶寬 0～ 6 MHz SNR ≥50 dB(未加校 ) DG 4% DP 4176。 在發(fā)射端，模擬基帶電視信號(hào)和調(diào)頻 (FM)伴音信號(hào)分別輸入LED驅(qū)動(dòng)器，在接收端進(jìn)行分離。 由于光源老化使光功率下降 ， 環(huán)境溫度影響光纖損耗變化 ，以及傳輸距離長(zhǎng)短不一 ， 使輸入光檢測(cè)器的光功率大小不同 ， 所以需要 AGC來(lái)保證光接收機(jī)輸出恒定 。 如采用 PINFET混合集成電路的前放 ， 可獲得較高 SNR和較寬的工作頻帶 。 前置放大器的輸入信號(hào)電平是全系統(tǒng)最低的 ， 因此 前放決定著系統(tǒng)的 SNR和接收靈敏度 。 圖 光接收機(jī)方框圖 前放 主放 AGC 光檢測(cè)器 APD的優(yōu)點(diǎn)： 有 20～ 200倍的雪崩增益 ， 可改善 SNR。 PINPD只需較低偏壓(10～ 20 V)就能正常工作 ， 電路簡(jiǎn)單 ， 但沒(méi)有內(nèi)增益 ， SNR較低 。 對(duì)光接收機(jī)的基本要求是： ? 信噪比 (SNR) ? ? 模擬基帶 DIM光纖電視傳輸系統(tǒng)光接收機(jī)方框圖如圖 所示 ， 光檢測(cè)器把輸入光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào) ， 經(jīng)前置放大器和主放大器放大后輸出 ， 為保證輸出穩(wěn)定 ， 通常要用 自動(dòng)增益控制 (AGC)。 在全電視信號(hào)中 ， 圖像信號(hào)隨亮場(chǎng)和暗場(chǎng)而變化 ， 其同步脈沖信號(hào)在工作過(guò)程是不變的 ， 因而利用同步脈沖和圖像信號(hào)處于不同電平的特點(diǎn) ， 對(duì)全電視信號(hào)中的同步脈沖進(jìn)行 分離 和箝位 。 圖 光發(fā)射機(jī)方框圖 箝位 電路 同步 分離 驅(qū)動(dòng) 電路 LED TV 入 驅(qū)動(dòng)電路的末級(jí)及其工作原理示于圖 ， 圖中 R1C1電路用于調(diào)節(jié) DIM系統(tǒng)電視信號(hào)的幅頻特性 ， Re用于監(jiān)測(cè)通過(guò)LED的電流 ， Rc用于控制通過(guò) LED的極限電流 ， V2用于保護(hù)LED防止反向擊穿 ， LED的工作點(diǎn)由箝位電路調(diào)節(jié) 。 LED溫度穩(wěn)定性?xún)?yōu)于 LD， 用LED作光源一般可以不用自動(dòng)溫度控制和自動(dòng)功率控制 ， 因而可以簡(jiǎn)化電路 、 降低成本 。 m大 ， 有利于改善 SNR； 但 m太大 ， 不利于減小 DP和 DG。 LED線性?xún)?yōu)于 LD。 發(fā)射光功率取決于光源 ， LD優(yōu)于 LED。 對(duì)光發(fā)射機(jī)的基本要求是： ? 發(fā)射 (入纖 )光功率要大 ， 以利于增加傳輸距離 。 圖 微分增益補(bǔ)償電路 V1＋ EcU13 0 G 6 DE1Re 1Re 0V2E2Re 2V3E3Re 3U0RcV 光端機(jī) 光端機(jī)包括光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī) 。 的原理構(gòu)成的全通相移網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的 。兩個(gè)非線性電路相加， 使系統(tǒng)總相移 不隨輸入信號(hào)大小而變化，如圖 (c) ?圖 微分相位補(bǔ)償原理 （ c） （ b） （ a） 0 0 0 V1 V1 V1 2?1??圖 微分相位補(bǔ)償電路 V5R3E3V4R2E2E1V3 R1R0C0R4R5＋ Ec＋ Ec3 0 J 9 GU13 0 G 6 DV1RcC1ReV2 在模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)中 ， 最廣泛使用的電路是微分相位四點(diǎn)補(bǔ)償電路 ， 如圖 。 由于相移V1而變化 ， 如圖 (a)， 因而產(chǎn)生微分相位 DP。 由于這種方式是對(duì)系統(tǒng)的 非線性補(bǔ)償 ， 把預(yù)失真補(bǔ)償電路置于光發(fā)射機(jī) ， 給實(shí)時(shí)精細(xì)調(diào)整帶來(lái)一定困難 ， 而把預(yù)失真補(bǔ)償電路置于光接收機(jī) ， 則便于實(shí)時(shí)精細(xì)調(diào)整 。 預(yù)失真補(bǔ)償方式 是在系統(tǒng)中加入預(yù)先設(shè)計(jì)的 、 與 LED非線性特性相反的非線性失真電路 。 影響 LED非線性的因素很多 ， 要大幅度改善動(dòng)態(tài)非線性失真非常困難 ， 因而需要從電路方面進(jìn)行 非線性補(bǔ)償 。 DG可以從 LED輸出功率特性曲線看出 ， 其定義為： DP是 LED發(fā)射光功率 P和驅(qū)動(dòng)電流 I的相位延遲差 ， 其定 %100|||m ax212??????????? ??IIIdIdpdIdpdIdpDG（ ） 式中 , I1和 I2為 LED不同數(shù)值的驅(qū)動(dòng)電流，一般取 I2I1。 參看圖 。 一般說(shuō) ， 實(shí)現(xiàn)電 /光轉(zhuǎn)換的光源 ， 由于在大信號(hào)條件下工作 ， 線性較差 ， 所以 發(fā)射機(jī)光源的輸出功率特性是 DIM系統(tǒng)產(chǎn)生非線性失真的主要原因 。 因而， 實(shí)際靈敏度比極限靈敏度要低得多。 由式 ()得到 P s,min= 107 mW, Pr=10lgPs,min= dBm。s為普朗克常數(shù) ， f=c/λ為光頻率 ， c=3 108 m/s為光速 ， λ為光波長(zhǎng) (μm), η為光檢測(cè)器量子效率 (%)， B為噪聲帶寬 。 假設(shè)系統(tǒng)除量子噪聲外 ， 沒(méi)有其他噪聲存在 ， 在這種情況下 ， 靈敏度由平均信號(hào)電流決定 ， 這樣確定的靈敏度稱(chēng)為 (最高 )極限靈敏度 。 和 SNR關(guān)系密切的一個(gè)參數(shù)是 接收靈敏度 。 由式 ()～式 ()得到 均方信號(hào)電流： 〈 i2s〉 = () 2)( 2GmRPb 模擬信號(hào)直接光強(qiáng)調(diào)制系統(tǒng)的噪聲主要來(lái)源于光檢測(cè)器的量子噪聲 、 暗電流噪聲 、 負(fù)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(xiě)成 式中 , 〈 i2q〉 為 量子噪聲 、