工程硕士光纤课件第五章.ppt

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1、5.1 调制方式5.1.1 模拟信号的强度调制(IM)模拟信号的强度调制原理如图5-1所示，半导体激光器的P-I曲线中，当注入电流(或称驱动电流)大于阈值电流时，激光器的输出光功率与注入电流成线性关系。,第五章 模拟光纤通信系统,P,图5-1 模拟信号的强度调制,IB,Ith,I,如果注入电流在时间上随输入信号电流变化，则激光器发出的光载波功率将在时间上随输入信号变化，因而光波就载荷了所要传输的信息。,1.基带-光强调制(BB/IM)模拟信号没有经过任何电的调制就是基带信号，例如电视信号，基带信号直接对光源进行强度调制就称为基带-光强调制，这种方式一根光纤只能传输一路电视信号。基带信号的光源直

2、接强度调制方式的优点是简单。但为了获得高的传输质量，需要较高的信噪比，即接收灵敏度较低。同时，光源的线性对传输质量的影响很大，一般需要补偿。,2.副载波调幅-光强调制（AM/IM）原始的电信号先对某一电载波进行调幅，然后再对光源进行调制。电载波区别于光载波，称为副载波。这种方式目前主要采用残留边带调幅(AMVSB)方式，在VHF和UHF波段的一定数目、一定频率间隔的副载波，分别由不同频道的模拟基带信号进行残留边带调幅，组成频分多路信号，再对光源进行调制。,3.副载波调频-光强调制(FM/IM)原始的电信号先对某一电载波调频，然后再对光源调制。副载波多采用微波C波段，与调幅方式同样组成频分多路信

3、号，再对光源进行调制。这种方式占用频带宽，但由于有调频增益及加重、加权改善系数，使信噪比增加约39dB，与AM-VSB方式相比，FM方式不易受失真的干扰，可以采用较大的光调制度，能进行高质量的传输。,4.脉冲调制-光强调制 脉冲调制-光强调制是通过扩展信号带宽以提高传输质量的一种预调制强度调制方式。脉冲调制-光强调制就是首先用原始的模拟信号对脉冲副载波进行预调制，然后再对光源进行强度调制。脉冲调制包括脉冲调幅(PAM)、脉位调制(PPM)、脉宽调制(PWM)、脉冲间隔调制(PIM)、脉冲频率调制(PFM)、以及方波频率调制(SWFM，脉冲化的调频波)等。,5.2 模拟基带直接光强调制光纤传输系

4、统,5.2.1 特性参数1.信噪比 经推导，正弦信号直接光强调制系统的信噪比,和SNR关系密切的一个参数是接收灵敏度。和数字光纤通信系统相似，在模拟光纤通信系统中，我们把接收灵敏度Pr定义为：在限定信噪比条件下，光接收机所需的最小信号光功率Ps,min，并以dBm为单位。,根据假设，(523)式分母后两项为零，利用响应度=e/h，m=1，g1，上式简化为,因为,得到,式中:h为光子能量 h6.62810-34 Js为普朗克常数 fc/为光频率 c 3108m/s为光速 为光波长(nm)为光检测器量子效率()B为噪声带宽。,2.信号失真 一般说，发射机光源的输出功率特性是D-IM系统产生非线性失

5、真的主要原因。这里我们只讨论光源LED的非线性失真。非线性失真一般可以用幅度失真参数微分增益(DG)和相位失真参数微分相位(DP)表示。,DG可以从LED输出功率特性曲线看出，其定义为：,DP是LED发射光功率P和驱动电流I的相位延迟差，其定义为,DP=,模拟信号直接光强调制光纤传输系统的非线性补偿有许多方式。目前一般都采用预失真补偿方式。预失真补偿方式是在系统中加入预先设计的、与LED非线性特性相反的非线性失真电路。这种补偿方式不仅能获得对LED的补偿，而且能同时对系统其他元件的非线性进行补偿。,VT,3DG6D,VD1,Re0,VD2,VD3,Re1,Re2,Re3,Rc,Ec,图5-7

6、微分增益补偿电路,Ui,Uo,E1,E2,E3,5.2.2 光端机,光端机包括光发射机和光接收机。1.光发射机模拟基带直接光强调制光纤电视传输系统光发射机的功能是把模拟电信号转换为光信号。对这种光发射机的基本要求是：,(1)输出光功率要大，以利于远距离传输。(2)调制指数m要适当大。(3)具有尽可能小的非线性失真。(4)光功率温度稳定性要好。,模拟基带D-IM光纤电视传输系统光发射机方框图,TV入,LED,2.光接收机光接收机是光纤通信系统的重要组成部分，它的作用是将由光纤传来的微弱光信号转换为电信号，经放大、处理后恢复原信号。光接收机主要性能指标是：(1)光接收机灵敏度。(2)光接收机的动态

7、范围。,5.2.3 系统性能,1.系统参数(1)视频部分 带宽 06MHz SNR 50dB(未加校)DG 4 DP 4 发射光功率-15dBm(32W)接收灵敏度-30dBm,(2)伴音部分 带宽 0.0415kHz 输入输出电平 0dBr SNR 55dB(加校)畸变 2 伴音调频副载频 8MHz,2.光纤损耗对传输距离的限制根据发射光功率、接收灵敏度和光纤线路损耗可以计算传输距离L，其公式为,式中，Pt为发射光功率(dBm)，Pr为接收灵敏度(dBm)，M为系统余量(dB)，为光纤线路(包括光纤、连接器和接头)每千米平均损耗系数(dBkm)。,5.3 多频道视频信号光纤传输系统,5.3.

8、1 调幅频分多路(AM-FDM)信号,1.系统构成及主要技术指标 非线性失真主要的技术指标有三项：载噪比C/N(或CNR)，为副载波功率与信号带宽内 噪声功率之比；复合二阶比CSO(Composite Second Order Beat)复合三阶比CTB(Composite Triple Beat),2.传输特性3.对光源的要求 对光源的主要要求：线性好 输出光功率大 相对强度噪声小 高速调制时也不产生模分配噪声。,5.3.2 调频频分多路(FMFDM)信号光纤传输方式,5.3.3 副载波复用(SCM)数字电视信号光纤传输方式,（b）频率配置,5.4 光缆CATV网的设计,5.4.1 确定系统

9、指标1.系统带宽或频道数 2.载噪比(C/N)3.载波组合三次差拍比(C/CTB)4.载波组合二次差拍比(C/CSO),5.4.2 光分路器分光比的确定,一般说来，每一条支路的光损耗与光分路器的分支损耗之和应小于或等于光发射机允许的光链路损耗与输入光接收机光功率之和。,在设计光耦合网络时，各分支器的损耗及光链路损耗应满足下式：式中：Ln为光链路损耗(dB)；Ln为分光器的分支损耗(dB)；P0为光发射机的输出功率；Pin为输入光接收机的光功率。,发射功率和耦合比换算表,5.4.3 多频道系统中额定频道和实际频道下指标之间的换算,1.光发射机每频道输入射频电平不变2.总的光调制度保持不变，实际频

10、道N下每 频道输入电平上升3.NTSC制转为PAL制，C/N要下降,5.4.4 分系统与总系统指标之间的关系,设某系统由两部分组成，各指标以1、2区分，则总的指标为：C/N=-l0lg（）C/CTB=-20lg（）C/CSO=-15lg（）,5.4.5 设计步骤,1、计算链路损耗2、设接收机接收信号为-2dBm3、计算分光器的分光比4、计算光发射机的输出功率5、验算,例题,在CATV系统中，如图所示，OT和OR分别代表光发射机和光接收机。,已知：光发射波长为1550nm,L1=12km,L2=L3=L4=4km,S2的分光比是30%:70%,不考虑活动连接器的损耗和分路器的插入损耗问：1）S1的分光比是多少？2）OR2正常工作时，OR3是否正常工作？,1.2=3=4=0.254=1dB1=0.2512=3dB,2.设接收机接收信号为-2dBm,3.P1=-2+3=1dBm=1.26mw P2=-2+1=-1dBm=0.8mw P12=2.06mw=3.14dBm S1的分光比是:P1 P12:P2 P12=60%:40%,OR2正常工作时,P4=3.14dBm+1=4.14dBm=2.6mwP34=2.60.7=3.71mwP3=3.710.3mw=1.11 mw=0.45dBmPm3=0.45-1=-0.55dBmOR3接收的功率为-0.55dBm,不可以正常工作,