模拟光纤通信系统.ppt

1、6.1调制方式6.2基于天线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，第六章天线计程仪光纤通信系统，第六章天线计程仪光纤通信系统， 第6.1调制方案6.1.1基于模拟计程仪的乐队直接光强调制基于模拟计程仪的乐队直接光强调制(DIM )是一种承载信息的基于模拟计程仪的乐队信号，当直接信号发送器光源1970年代末时分，导光纤维用于模拟电视传输时，用一根多模光纤传输电视信号基本乐队是载波调制前的视频信号频带。 在广播电视节目中，视频信号的带宽(最大射频波数)为6 MHz，除了调频伴随音信号之外，该基于模拟计程仪的乐队光纤传输系统的每个信道的电视信号的带宽为8 MHz。 使用该

2、基于模拟计程仪的乐队信号对信号发送器光源(线性良好的LED )进行直接光强度调制，若光载波的波长为0.85 m则传输距离不足4 km，若波长为1.3 m则传输距离也只有10 km左右。 该DIM光纤电视传送系统的特点是设备简单廉价，广泛应用于短距离传输。 6.1.2伪间接光强度调制伪间接光强度调制方法使用加载了信息的伪基础乐队信号进行电预调制，然后使用该预调制后的电信号对光源进行光强度调制(IM )。 这种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 .调频(FM )频率调制方案利用先前加载的基于天线计程仪的乐队信号对正弦载波进行频率调制，以产生具有

3、均匀宽度的频率已调制的正弦信号，该频率随所输入的基于天线的乐队信号的瞬时值而变化。 然后，使用该正弦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 .脉冲调频(PFM )脉冲调频方案将脉冲载波频率调制到已经加载了信息的基于天线计程仪的乐队信号中，生成具有等幅和等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 )方波频率调制方法在先加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、不等宽的方波脉冲调频信号，其方波脉冲频

4、率根据输入的基于天线计程仪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。 采用伪间接光强度调制的目的是提高传输质量和增加传输距离。 基于模拟计程仪的乐队直接光强调制(DIM )光纤电视传送系统的性能受光源非线性限制，因此只能使用线性良好的LED作为光源。 由于LED入纤功率小，因此传输距离短。 在采用模拟计程仪间光强度调制的情况下，例如采用PFMIM导光纤维电视传送系统，驱动光源的是脉冲信号，由于几乎不受光源的非线性的影响，所以可以采用线性差、大光纤功率的LD去老虎钳作为光源。 因此，PFMIM系统的传输距离比DIM系统长。 在多模光

5、纤的情况下，如果波长是0.85 m，则传送距离达到10 km。 如果波长为1.3 m，则传输距离将达到30 km。 在单人模式光纤中，如果波长是1.3 m，则传输距离达到50 km。 SWFMIM光纤电视传送系统不仅具有PFMIM系统的传输距离长的优点，还具有PFMIM系统所没有的独特优点。 此独特优点是因为在光纤上传输的等宽、不等宽的方波频率调制(SWFM )脉冲中不包括基乐队分量，所以此模拟计程仪光纤传输系统的信号质量与传输距离无关。 另外，SWFMIM系统的信噪比也远远高于DIM系统的信噪比。 上述光纤电视传送系统的传输距离和传输质量均达到实用水平，且技术比较简单，容易实现，价格也比较便

6、宜。 然而，这些个的传输方式存在着共同的问题。 据说一根光纤只能传输一台电视机。这种情况无法满足现代社会对增加电视频道的要求，无法一盏茶地发挥光纤宽带的独特优点。 因此，开发多径效应模拟电视的光纤传输系统成为技术发展的必然。 实现一台光纤传输多径效应电视有多种方法，现在现实的方法是将电信号复用后对光源进行光强度调制。 电信号的复用可以是频分复用(FDM )或时分多路复用(TDM )。 FDM系统与TDM系统相比具有电路构成简单、制造成本低、与天线计程仪具有数字兼容性等优点。 另外，FDM系统的输电能力仅受到光接收数据老虎钳的调制带宽的限制，与所使用的电子数据老虎钳的关系不大。 这些个的明显优点

7、是广泛重视FDM多径效应电视传送方式。 6.1.3频分多路复用光强度调制频分多路复用光强度调制方案针对模拟电视的每个基本乐队信号针对特定无线射频(RF )电信号执行振幅调变(AM )或频率调制(FM )，并随后通过组合器将多个普通RF信号与复用宽带信号相组合，以此复用宽带信号对信号发送器光源执行光强度调制。 光载波在经由光纤传输之后，在远端接收器进行光/电转换和信号分离。 在现有技术中的载波是光载波，由此，通过基于天线计程仪的乐队信号预先调制的RF电载波也被称为子载波，并且这种复用方案也称为子载波复用(SCM )。 SCM模拟电视导光纤维传输系统的优点： (1)可以在一个光载波中传输多个子载波

8、，每个子载波可以携带不同种类的服务，这将为数字和天线计程仪混合传输以及不同服务的整合和分离提供便利。 (2) SCM系统灵敏度高，不需要复杂的时间节点技术，FM/SCM能够传输60120线路模拟电视节目，制造成本低。 因此，在电视传送网中竞争力强，发展速度快。 (3)在数字式电视传输系统不能广泛应用的今天，线性良好的大功率LD已经实用化，因此发展SCM模拟电视传输系统是及时的选择。 这种系统不仅满足当前社会对电视频道的要求，而且在光纤和同轴线缆混合的电缆电视系统(HFC )中也较容易采用。 子载波复用的本质是通过利用光纤传输系统的宽带来增加有限的信号功率(即，增加信道带宽)，减少对信道的噪声比

9、(载波功率/噪声功率)的要求，从而使输出信噪比保持恒定。 在副载波系统中，预调制是采用频率调制还是采用振幅调变取决于所需信道的噪声比和所占据的带宽。 6.2基于模拟计程仪的乐队直接光强调制光纤传输系统、基于模拟计程仪的乐队直接光强调制(DIM )光纤传输系统由光发送机(光源通常发光二极管)、光纤线路和光接收机(光电检测器)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 .信噪比正弦信号直接光强度调制系统的信噪比主要受到光接收器性

10、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造成较大影响。 图6.2示出了对发光二极管进行正弦信号的直接光强度调制的原理。 此系统的信噪比定义为接收信号功率与噪声功率(NP )的比，其中i2s与i2n分别为平均信号电流与平均噪声电流，而RL为半导体光检测器负载电阻，如图6.2所示。 信噪比通常以dB为单位，即，如图6.2所示，光源驱动电流I=IB(1 m cost) (6.2 )，光源具有严格的线性特性，如果没有信号失真，则输出光功率为P=B(1 mcost) (6.3 )，通常的导光纤维线具有一盏茶的带宽假设信号在发送的过程中没有失真，并且仅接受exp(L )的衰减，公式

11、中导光纤维线的平均损耗系数为发送距离。 因为到达半导体光检测器的信号弱，所以可忽略由光接收机引起的信号失真。在这些个的条件下，半导体光检测器的输出光电电流is=I0(1 m cost) (6.4 )为平均信号电流，其中Im=mI0为信号电流振幅，I0为平均信号电流，m为调制系数，使用定义为平均信号电流i0=giii的PINPD，且g=1。 由式(6.5 )式(6.7 )得到平均信号电流i2s=(6.8 )模拟计程仪信号直接光强度调制系统的噪声主要来源于半导体光检测器的量子噪声、暗电流噪声、负载电阻RL的热噪声和前置放大器的噪声，总平均噪声电流(参照3.2节)能够书写e为电子电荷，b为噪声带宽，

12、 一般来说，信号带宽、Id是暗电流，k=1.381023J/K是玻尔兹曼常数，t是热力学温度，RL是半导体光检测器的负载电阻，f是前置放大器的噪声系数。 由式(6.1 )、式(6.8 )和式(6.9 )得到的正弦信号直接光强度调制系统的信噪比与电视信号直接光强度调制系统的信噪比略有不同，假定传输阶梯状的全部电视信号，其中，mTV表示电视信号的调制系数，与作为其他符号的SNR 与数字光纤通信系统同样，在模拟计程仪光纤通信系统中，接收灵敏度Pr在限定了信噪比的条件下，定义为光接收机所需的最小信号光功率Ps，min，以dBm为单位。 假定在这种情况下，除量化噪声外无噪声的系统，灵敏度是由平均信号电流

13、确定的，并且以这种方式确定的灵敏度被称为极限灵敏度。 根据假设，公式(6.10 )中分母之后的两项为零，并且在限定信噪比的条件下，根据公式(3.14 )的响应速度=e/hf，m=1，g=1，公式(6.10 )可以包括：光接收机，半导体光检测器为PINPD，光波长=1.31 m，量化效率=0.6，噪声由式(6.14 )得到P s、min=2.86107 mW或Pr=10lgP s、min=65.4 dBm。 当然，实际的系统必须考虑半导体光检测器的暗电流和前置放大器的噪声。 因此，实际灵敏度远低于极限灵敏度。 2 .为了使输入电信号与信号失真天线计程仪信号直接光强度调制系统的输出光信号成比例地随

14、时间变化，即，要求系统输出光功率不发生信号失真。 通常，用于实现电光转换的光源在较大信号条件下工作并且非线性差，因此信号发送器光源的输出功率特性成为DIM系统产生非线性失真的因素。 因此，省略光纤传输和半导体光检测器在光/电转换的过程中产生的非线性失真，仅研究光源LED的非线性失真。 参见图6.2。 与非线性失真一样，可以用振幅失真残奥仪微分增益(DG )和相位失真残奥仪微分相位(DP )来表示。 如从LED输出功率特性曲线可知的那样，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为不同数值的驱动电流，一般取I2I1。 LED的线性优于L

15、D，但不能满足高质量的电视传送要求。 例如，短波长GaAlAsLED的DG可能高达20%，DP可能高达8 %，对于高质量的电视传送，DG和DP必须分别为1%和小于1%。 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很多方式，现在采用预镜头畸变补偿方式。 预镜头畸变补偿方式在系统中并入有预先设定的、与LED的非线性特性相反的非线性镜头畸变电路。另外，该补偿方式不仅能够补偿LED，还能够补偿系统的其它元件的非线性。 因为此方案是针对系统的非线性补偿，所以将预镜头畸变补偿电路布置在光发送机处给实时

16、微调带来恒定的困难，且将预镜头畸变补偿电路布置在光接收机处对于实时微调是方便的。 将系统发送侧输入信号V1与接收侧输出信号V2间的相移设为1，包括LED输出光功率p与驱动电流间的相移、以及系统中的其它各级的输出信号与输入信号间的相移。 由于相移部1根据输入信号V1而变化，因此如图6.3(a )所示，产生微分相位DP。 在微分相位补偿中，如图6.3(b )所示，按照相移特性2和1的变化相反的方式设定、校正电路。 将两个非线性电路相加，使得系统的总相移不取决于输入信号的幅度如图6 c所示。 在模拟电视光纤传输系统中，使用最广泛的电路是如图6.4所示的微分相位四点补偿电路。 这种电路的相位补偿是使用

17、由集电极和发射极输出的信号相位差180原理构成的全通道相移网络来实现的。 与微分相位补偿原理类似，微分增益补偿是由LED等非线性失真老虎钳产生的射频波动态振幅失真的补偿，图6.5示出了当前最广泛使用的微分增益4点补偿电路。 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光学终端机包含光发送机和光接收机。 1 .基于光发送机天线计程仪的乐队直接光强度调制光纤电视传送系统的光发送机的功能是将天线计程仪电信号转换为光信号。 (1)发送(入纤)光功率较大，并且有利于增加传输距离。 在光纤的损失和接收灵敏度一定的条件下，传输距离与发送光功率成比例。 发射光的功率

18、取决于光源，LD优于LED。 (2)为了减小微分相位(DP )和微分增益(DG )，或者增大调制系数m(mTV )，需要减小非线性失真。 LED的线性优于LD。 (3)调制系数m(mTV )必须适当地增大。 m大，有助于改善SNR，但m过大，不利于减小DP和DG。 (4)光功率温度的稳定性好。 LED的温度稳定性优于LD，不需要像将LED作为光源那样进行自动温度控制和自动电力控制，因此能够简化电路，降低成本。 基于模拟计程仪的乐队DIM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。 驱动电路的最后一级及其工作原理示于图6.7，图中的R1C1电路调节DIM系统的电视信号的幅度特性，Re监视通过LED的电流