《光纤通信第六章》PPT课件

1、6.1调制方式6.2基于模拟计程仪的乐队直接光强调制光纤传输系统6.3副载波复用光纤传输系统，第六章返回模拟计程仪光纤通信系统，家庭目录查询第五章典型光纤传输系统，第六章模拟光纤通信系统是通过光纤信道传输模拟信号的通信系统与数字光纤通信系统不同，模拟计程仪光纤通信系统使用残奥表的大小连续变化的信号来代表信息。 光/电转换过程中信号和信息需要线性对应关系。 因此，光源的功率特性的线性要求对系统的信噪比要求高。 由于噪声的积累，与数字光纤通信系统相比，模拟计程仪光纤通信系统具有更短的传输距离。 然而，当前采用频分多路复用(FDM )技术来实现光纤传输100多电视节目，在电缆电视(CATV )网络中

2、具有大竞争力。 模拟计程仪光纤传输系统的调制方案、(1)基于模拟计程仪的乐队直接光强调制、(2)基于模拟计程仪的间接光强调制、(3)频分多路复用光强调制、6.1.1基于模拟计程仪的直接光强调制、以及模拟基带直接光强调制(D-IM )， 使用搭载信息的基于模拟计程仪的乐队信号(未调制前的影像信号)，对信号发送器光源(LED或LD )进行直接光强度调制，使光源的输出光功率时间变化的波形和输入基于模拟计程仪的乐队信号的波形形成比率。 特点：设备简单，价格低廉，适合短距离传输。 典型的光纤传输系统为chapter 5，12，基于模拟计程仪的乐队直接光调制是以LD为例，当驱动电流大于阈值电流时，激光器的

3、输出光功率与注入电流呈线性关系。 输出光功率的变化反映了电流的变化。 光载波传送信息。 6.1.2伪间接光强度调制伪间接光强度调制方案随后使用该预调制电信号将该光源光强度调制(IM )，其中，所述预调制电信号包括基于模拟计程仪的信息。 该系统也被称为预调制直接光强度调制光纤传输系统。 预备调制有各种方式，主要有以下3种。 1 .频率调制(FM )的频率调制方案首先使用加载信息的基于天线计程仪的乐队信号对正弦载波进行频率调制，产生等幅频率调制后的正弦信号，其频率根据所输入的基于天线计程仪的乐队信号的瞬时值而改变。 然后，使用该签名频率调制信号对光源进行光强度调制，形成FMIM光纤传输系统。 2

4、.脉冲调频(PFM )脉冲调频方案，首先将脉冲载波频率调制到承载信息的基于天线计程仪的乐队信号，产生具有等振幅和等振幅的频率调制的脉冲信号，所述脉冲频率随输入的基于天线计程仪的乐队信号的瞬时值而变化。 然后，使用该脉冲调频信号对光源进行光强度调制，形成PFMIM光纤传输系统。 3 .方波频率调制(SWFM )方波频率调制方法，首先在承载信息的基于天线计程仪的乐队信号的对方波处进行频率调制，产生等宽和不等宽的方波脉冲调频信号，其方波脉冲频率根据基于输入天线的乐队信号的宽度而变化。 然后，使用该方波脉冲调频信号对光源进行光强度调制，形成SWFMIM光纤传输系统。 基于模拟计程仪的乐队直接光调制与伪

5、间接光强度调制的比较：伪间接光调制的优点：传输质量的提高，传输距离的增加。 原因：模拟计程仪直接光调制(D-IM )光纤电视传送系统的性能受光源非线性限制，一般只能用线性良好的LED作为光源。 由于LED入纤功率小，因此传输距离短。 由于模拟计程仪间光强度调制几乎不受光源的非线性的影响，所以线性差，可以采用入光光纤功率大的LD作为光源，所以传输距离长。 上述传输方式的缺点：一根光纤只能传输一个信号，一盏茶没有利用光纤带宽宽的优点。 必须多路复用。 实现单根光纤传输复用信号的方法首先复用电信号(通常使用频分多路复用FDM )，并且对光源进行光强度调制。6.1.3频分多路复用光强度调制频分多路复用

6、光强度调制方案使用模拟电视的基乐队信号来分别振幅调变(AM )或频率调制(FM )特定射频(RF )电信号，且随后通过组合器将多个已调制RF信号组合到多宽带信号上，以此多宽带信号对信号发送器光源进行光强度调制经由光纤传输光载波后，在远端接收器进行光/电转换和信号分离。 由于传统意义上的载波是光载波，因此，为了区别起见，利用基于天线计程仪的乐队信号预先调制的RF电载波称为子载波，而这种复用方案也称为子载波复用(SCM )。 (1)一个光载波可以传输多个子载波，每个子载波可以承载不同种类的服务，这对于数字和天线计程仪混合传输以及不同服务的整合和分离是有利的。 (2) SCM系统灵敏度高，不需要复杂

7、的时间节点技术，FM/SCM能够传输60120线路模拟电视节目，制造成本低。 电视传送网竞争力强，发展速度快。 (3)在数字式电视传输系统不广泛应用的今天，线性良好的大功率LD已经投入实际使用，发展SCM模拟电视传输系统是适时的选择。 这种系统不仅满足当前社会对电视频道的要求，而且也容易用于光纤和同轴线缆混合的电缆电视系统(HFC )。 子载波复用的本质是利用光纤传输系统的宽带来交换有限的信号功率，即增加信道带宽，降低对信道的信噪比(载波功率/噪声功率)的要求，使输出信噪比保持恒定。 在子载波系统中，预调制采用频率调制还是振幅调变取决于所需信道的信噪比和所占据的带宽。 6.2基于模拟计程仪的乐

8、队直接光强度调制光纤传输系统、基于模拟计程仪的乐队直接光强度调制(D-IM )光纤传输系统由光发送机(光源或通常发光二极管)、光纤线路和光接收机(光检测器)构成，该系统的框图如图6.1所示。图6.1天线计程仪信号直接光强调制系统的分块图、6.2.1特性残奥仪做评估天线计程仪信号直接光强调制系统的传输质量最重要的特性残奥仪是信噪比(SNR )和信号失真(信号失真)。 1 .信噪比正弦信号的直接光强度调制系统的信噪比主要受到光接收器的性能的影响，输入到半导体光检测器的信号非常微弱，因此对系统的SNR产生很大影响。 图6.2表示将发光二极管用正弦波信号的直接光强度调制的原理。 该系统的信噪比定义为接

9、收信号功率与噪声功率(NP )的比，图6.2发光二极管的模拟计程仪调制原理，正弦信号直接光强度调制系统的信噪比定义为e电子电荷，b表示噪声带宽(一般等于信号带宽)，Id表示暗电流，k=1.3810-23J/k表示玻尔兹曼常数，t表示热力学温度， m是调制系数，Pb是半导体光检测器的响应速度，Pb是输入到半导体光检测器的平均光功率，g是APD的倍增率。 使用PIN-PD时，g=1。 f是前置放大器的噪声系数。 RL是半导体光检测器的负载电阻。 另外，如果电视信号的直接光强度调制系统的信噪比稍微不同，假设发射的是阶梯状全部电视信号，则在该公式中，mTV是电视信号的调制系数，其他符号的含义与式(6.

10、10 )相同，但是g=1。 另外，将接收机灵敏度Pr光接收机的最小信号光功率=e/hf代入上述式，接收机的灵敏度Pr=10lg，例1某光接收机下的半导体光检测器的负载电阻为1M，放大器的带宽B=10MHZ，噪声系数为6dB，当采用PIN检测器时，PIN的暗电流Id=0.6nA，响应度Id=0.6nA w常温下温度T=300K，正弦波信号的直接光强度调制的调制系数m=1，信号的工作波长为0.85um，传送到半导体光检测器的光信号功率P=-46dBm。 在计算接收机的输出信噪比SNR时，此时的光接收机的界限灵敏度是多少？ 2 .信号失真的定义：模拟计程仪信号经由直接光强度调制系统输出光信号不能真实

11、反映输入电信号，即系统输出光功率不与输入电信号成比例地随时间变化。信号失真的原因：通常实现电光转换的光源在大信号条件下工作，线性差，因此信号发送器光源的输出功率特性是D-IM系统非线性失真的主要原因。 省略光纤传输和半导体光检测器在光/电转换过程中产生的非线性失真，只研究光源LED的非线性失真。 参见图6.2。 一般可以用振幅失真残奥仪微分男同志(DG )和相位失真残奥仪微分相位(DP )来表示非线性失真。 DG根据LED输出特性曲线，DP是LED发光功率p和驱动电流I的相位延迟差，定义为DP=(I2) -(I1)，式中，I1和I2是LED的不同数值的驱动电流，一般设为I2I1。 LED的线性

12、优于LD，但不能满足高质量的电视传送要求。 例如，短波长伽利略的DG可能高达20%，DP可能高达8 %，但是高清电视的传输要求DG和DP分别小于1%和1%。 由于影响LED非线性的因素很多，很难大幅度改善动态非线性失真，因此需要从电路面进行非线性补偿。 模拟计程仪信号的直接光强度调制光纤传输系统的非线性补偿有多种方式，目前一般采用预镜头畸变补偿方式。 该预镜头畸变补偿方案将与LED的预先设计的非线性特性相反的非线性失真电路结合在系统中。图6.3微分相位补偿原理、图6.4微分相位补偿电路、图6.5微分增益补偿电路、6.2.2光终端机光终端机光发送机和光接收机。 1 .基于光发送机天线计程仪的乐队

13、直接光强度调制光纤电视传送系统的光发送机功能是将天线计程仪电信号转换为光信号。 (1)发射(入射)光的功率很大以有助于增加传输距离。 在光纤损耗与接收灵敏度一定的条件下，传输距离与发送光功率成比例。 发光功率取决于光源，LD优于LED。 (2)非线性失真有利于减小微分相位(DP )和微分男同志(DG )并增大调制系数m(mTV )。 LED的线性优于LD。 (3)调制系数m(mTV )适当地大。 m大，有助于SNR的改善，但m过大，不利于减小DP和DG。 (4)光功率的温度稳定性良好。 LED的温度稳定性优于LD，由于将LED作为光源一般不需要自动温度控制和自动电力控制，所以可以极简化电路，降

14、低成本。 基于模拟计程仪的乐队D-IM光纤电视传送系统的光发送机分块图如图6.6中所示，输入TV信号经由同步分离和箝位电路被输入到LED驱动电路。 驱动电路的末级及其工作原理如图6.7所示。 图中，R1C1电路调整DIM系统的电视信号的幅度特性，Re监视通过LED的电流，Rc控制通过LED的极限电流，V2保护LED免于逆流破坏，并且LED的工作点由箝位电路进行调整。 另外，图6.6光发送机的分块图、图6.7 LED驱动电路的最终级及其工作原理、2 .光接收机的光接收机功能是将光信号转换成电信号。 (1)信噪比(SNR )高；(2)振幅特性好；(3)带宽宽，基于模拟计程仪的乐队DIM光纤电视传送

15、系统光接收机分块图如图6.8所示。 半导体光检测器将输入光信号转换为电信号，并由前置放大器和主放大器放大输出，为了确保输出稳定，通常进行自动增益控制(AGC )。 在半导体光检测器中可以使用PIN-PD和APD。 PIN-PD在低偏压(1020 V )下工作正常，电路简单，但没有内部增益，SNR低。 APD为了正常工作需要高偏压(30200 V )，内部增益根据环境温度而发生很大变化，需要偏压控制电路。 另外，图6.8光接收机的分块图、APD的优点有20200倍的雪崩男同志，可改善SNR。 基于模拟计程仪的乐队D-IM光纤电视传送系统中，为了简化电路，半导体光检测器通常采用PIN-PD。 由于

16、前置放大器的输入信号电平在所有系统中都是最低的，因此前置放大器决定了系统的SNR和接收灵敏度。 目前，该系统采用了补偿式的跨阻抗正向。 采用PIN-FET混合IC集成电路的前置放大器，可获得高SNR和宽工作频带。主放大器具有高增益宽带放大器，并且将预放大输出信号放大到系统所需要的适当电平。 由于光源的劣化而使光功率降低，周围温度影响光纤的损失变化或传输距离的长度不同，输入半导体光检测器的光功率的大小不同，因此为了将光接收器的输出保持一定而需要AGC。 6.2.3系统性能基于计程仪的乐队直接光强调制光纤电视传送系统的分块图如图6.9所示。 在发送侧，将基于模拟计程仪的乐队的电视信号和调频(FM

17、)的声音信号分别输入至LED驱动器，并且在接收侧进行分离。 改进DP和DG的预镜头畸变电路在接收端。 以下是主要的技术参数示例。 1 .系统残奥仪表(1)网络视频部分：带宽06 MHz SNR50 dB (未校正)，6.9模拟基本乐队直接光强度灰度光前点时传送系统分块图DG4% DP4发送光功率15 dBm(32 W )接收灵敏度30 dBm (2) 卫星部分：带宽0.0415 kHz投入产出电平0 dBr SNR55 dB (相加)失真2%线性调频副载波频率8 MHz，2 .光纤损耗传输距离的限制基于天线计程仪的乐队直接光强调制光纤电视传送系统的传输距离多被光纤损耗限制。 能够根据发射光功率

18、、接收灵敏度和光纤线路损耗来计算传输距离l，其中Pt是发射光功率(dBm )，Pr是接收灵敏度(dBm )，m是系统裕度(dB )，以及每公里光纤线路(包括光纤、连接器和连接器)的平均损耗系数(dB/km ) 在波长为0.85 m和1.31 m的多模光纤中，损耗系数可以分别为3 dB/km和1 dB/km，而m可以为3 dB。 利用上面举例说明的数据，根据Pt=15 dBm、Pr=30 dBm和方程式(6.17 )计算的中继距离分别为L=4 km和L=12 km。 图6.3表示副载波复用光纤传输系统，图6.10表示副载波复用(SCM )模拟电视光纤传输系统的分块图。 n信道的基于模拟计程仪的乐队tv信号分别对频率f1、f2、f3、fN的无线射频(RF )信号进行调制，将n个带有tv信号的子载波f1s、f2s、f3s、fNs合成为多路