1、模擬模擬(mn)光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)1014第一頁(yè)，共95頁(yè)。6.1.1 模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制 模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制(D-IM) 是用承載信息的模擬基帶信號(hào)，直接對(duì)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(shr)模擬基帶信號(hào)的波形成比例。 20世紀(jì)70年代末期，光纖開(kāi)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(hào)的方式，就是這種基帶傳輸方式。 所謂基帶，就是對(duì)載波調(diào)制之前的視頻信號(hào)頻帶。 第1頁(yè)/共95頁(yè)第二頁(yè)，共95頁(yè)。 對(duì)于廣播電視節(jié)目而言，視頻信號(hào)帶寬(最高頻率)是6MHz， 加上調(diào)頻的伴音信號(hào)，這種模擬基帶光纖傳輸系統(tǒng)每路電視信號(hào)的帶

2、寬為8 MHz。 用這種模擬基帶信號(hào)對(duì)發(fā)射機(jī)光源(線性良好的LED)進(jìn)行直接(zhji)光強(qiáng)調(diào)制，若光載波的波長(zhǎng)為0.85 m， 傳輸距離不到4 km, 若波長(zhǎng)為1.3 m，傳輸距離也只有10 km左右。 D-IM光纖傳輸系統(tǒng)的特點(diǎn)是： 設(shè)備簡(jiǎn)單 價(jià)格低廉 因而在短距離傳輸中得到廣泛應(yīng)用。第2頁(yè)/共95頁(yè)第三頁(yè)，共95頁(yè)。 6.1.2 模擬間接光強(qiáng)調(diào)制 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(hào)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(hào)對(duì)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

3、模擬基帶信號(hào)對(duì)正弦(zhngxin)載波進(jìn)行調(diào)頻，產(chǎn)生等幅的頻率受調(diào)的正弦(zhngxin)信號(hào)，其頻率隨輸入的模擬基帶信號(hào)的瞬時(shí)值而變化。然后用這個(gè)正弦(zhngxin)調(diào)頻信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制， 形成FM-IM光纖傳輸系統(tǒng)。 第3頁(yè)/共95頁(yè)第四頁(yè)，共95頁(yè)。 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(hào)對(duì)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(hào)，其脈沖頻率隨輸入的模擬基帶信號(hào)的瞬時(shí)值而變化。然后用這個(gè)(zh ge)脈沖調(diào)頻信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，形成PFM-IM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

4、基帶信號(hào)對(duì)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(hào)，其方波脈沖頻率隨輸入的模擬基帶信號(hào)的幅度而變化。然后用這個(gè)(zh ge)方波脈沖調(diào)頻信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，形成SWFM-IM光纖傳輸系統(tǒng)。第4頁(yè)/共95頁(yè)第五頁(yè)，共95頁(yè)。第5頁(yè)/共95頁(yè)第六頁(yè)，共95頁(yè)。 SWFM-IM光纖傳輸系統(tǒng)不僅具有PFM-IM系統(tǒng)的傳輸距離長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，還具有PFM-IM系統(tǒng)所沒(méi)有(mi yu)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn): 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(hào)質(zhì)量與傳輸距離無(wú)關(guān) SWFM-IM系統(tǒng)的信噪比也比D-IM系統(tǒng)的信噪比高得多上述光纖的傳輸方式都存在一個(gè)共同

5、的問(wèn)題：一根光纖只能傳輸一路信號(hào)。 這種情況，既滿足不了現(xiàn)代社會(huì)對(duì)大信息量的要求，也沒(méi)有(mi yu)充分發(fā)揮光纖帶寬的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。 因此，開(kāi)發(fā)多路模擬傳輸系統(tǒng)，就成為技術(shù)發(fā)展的必然。第6頁(yè)/共95頁(yè)第七頁(yè)，共95頁(yè)。 實(shí)現(xiàn)一根光纖傳輸多路信號(hào)有多種方法 目前現(xiàn)實(shí)(xinsh)的方法是先對(duì)電信號(hào)復(fù)用，再對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制。對(duì)電信號(hào)的復(fù)用可以是頻分復(fù)用(FDM)，也可以是時(shí)分復(fù)用(TDM)。 FDM系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本較低以及模擬和數(shù)字兼容等 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多路傳輸方式受到廣泛的重視。第7頁(yè)/共95頁(yè)

6、第八頁(yè)，共95頁(yè)。 6.1.3 頻分復(fù)用光強(qiáng)調(diào)制 頻分復(fù)用光強(qiáng)調(diào)制方式 用每路模擬電視基帶信號(hào)，分別對(duì)某個(gè)指定的射頻(RF)電信號(hào)進(jìn)行調(diào)幅(AM)或調(diào)頻(FM)，然后用組合(zh)器把多個(gè)預(yù)調(diào)RF信號(hào)組合(zh)成多路寬帶信號(hào)，再用這種多路寬帶信號(hào)對(duì)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(hào)分離。 因?yàn)閭鹘y(tǒng)意義上的載波是光載波，為區(qū)別起見(jiàn)，把受模擬基帶信號(hào)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)。第8頁(yè)/共95頁(yè)第九頁(yè)，共95頁(yè)。 SCM模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： 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)。

7、 SCM系統(tǒng)靈敏度較高，又無(wú)需復(fù)雜的定時(shí)技術(shù)， 制造成本較低。 前后兼容。不僅可以滿足目前社會(huì)對(duì)電視頻道(din sh pn do)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)中采用。第9頁(yè)/共95頁(yè)第十頁(yè)，共95頁(yè)。 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(hào)功率，也就是增加信道帶寬，降低對(duì)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(tiozh)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。第10頁(yè)/共95頁(yè)第十一頁(yè)，共95頁(yè)。 模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制(D-IM)光纖傳輸系統(tǒng)(xtng)由光發(fā)射機(jī)(光

8、源通常為發(fā)光二極管)、光纖線路和光接收機(jī)(光檢測(cè)器)組成， 這種系統(tǒng)(xtng)的方框圖如圖6.1所示。 圖圖 6.1 模擬信號(hào)直接模擬信號(hào)直接(zhji)光強(qiáng)調(diào)制系統(tǒng)光強(qiáng)調(diào)制系統(tǒng)方框圖方框圖 調(diào)制器發(fā)光二極管發(fā)送機(jī)光檢測(cè)器接收機(jī)放大器恢復(fù)原信號(hào)m(t)基帶信號(hào)m(t)光纖第11頁(yè)/共95頁(yè)第十二頁(yè)，共95頁(yè)。 6.2.1 特性參數(shù) 評(píng)價(jià)模擬信號(hào)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(hào)失真(信號(hào)畸變)。 1. 信噪比 正弦信號(hào)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(shr)到光檢測(cè)器的信號(hào)非常微弱，所以對(duì)系統(tǒng)的SNR影響很大。第12頁(yè)/共95頁(yè)第

9、十三頁(yè)，共95頁(yè)。圖圖 6.2 發(fā)光二極管模擬調(diào)制原理發(fā)光二極管模擬調(diào)制原理 輸出信號(hào)輸入信號(hào)PPbIbIImaxIminIom0 圖6.2示出對(duì)發(fā)光二極管進(jìn)行正弦信號(hào)直接光強(qiáng)調(diào)制(tiozh)的原理。第13頁(yè)/共95頁(yè)第十四頁(yè)，共95頁(yè)。2222nsLnLsiiRiRiNps噪聲功率信號(hào)功率式中，i2s為均方信號(hào)電流(dinli)和i2n為均方噪聲電流(dinli)， RL為光檢測(cè)器負(fù)載電阻。 這種系統(tǒng)的信噪比定義這種系統(tǒng)的信噪比定義(dngy)為接收信號(hào)功率和噪聲功率為接收信號(hào)功率和噪聲功率(NP)的比值的比值 ：信噪比一般(ybn)用dB作單位，即22lg10nsiiSNR （6.1）第

10、14頁(yè)/共95頁(yè)第十五頁(yè)，共95頁(yè)。如圖6.2所示， 光源驅(qū)動(dòng)電流： I=IB(1+m cost) (6.2) 設(shè)光源具有嚴(yán)格(yng)線性特性， 不存在信號(hào)畸變， 則輸出光功率為 P=B(1+mcost) (6.3)式中，PB為偏置電流IB產(chǎn)生的光功率，m為調(diào)制指數(shù)， =2f，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(hào)在傳輸過(guò)程不存在(cnzi)失真，只受到exp(-L)的衰減，式中為光纖線路平均損耗系數(shù)， L為傳輸距離。第15頁(yè)/共95頁(yè)第十六頁(yè)，共95頁(yè)。 由于(yuy)到達(dá)光檢測(cè)器的信號(hào)很弱，光接收機(jī)引起的信號(hào)失真可以忽略。在這些條件下，光檢測(cè)器的輸出光電流： i

11、s=I0(1+m cost) (6.4)均方信號(hào)電流：均方信號(hào)電流：222msIi（6.5） 式中, Im=mI0 為信號(hào)電流(dinli)幅度，I0為平均信號(hào)電流(dinli)，m為調(diào)制指數(shù)，其定義為：nminminminmiBomIIIIIIIIIIImmaxmaxmaxminmax2/2/平均信號(hào)電流信號(hào)電流幅度第16頁(yè)/共95頁(yè)第十七頁(yè)，共95頁(yè)。平均信號(hào)平均信號(hào)(xnho)電流電流: I0=GIP=GRPb (6.7)式中, Pb=KPB為輸入光檢測(cè)器的平均光功率，K代表光纖線路(xinl)的衰減，R為光檢測(cè)器的響應(yīng)度，IP為一次光生電流，G為APD的倍增因子。設(shè)使用PIN-PD,

12、G=1。由式(6.5)式(6.7)得到均方信號(hào)電流：均方信號(hào)電流： i2s= (6.8)2)(2GmRPb第17頁(yè)/共95頁(yè)第十八頁(yè)，共95頁(yè)。 模擬信號(hào)直接光強(qiáng)調(diào)制系統(tǒng)的噪聲主要(zhyo)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成 式中, i2q為量子噪聲、i2d為暗電流(dinli)、i2T為熱噪聲產(chǎn)生的均方噪聲電流(dinli)，e為電子電荷，B為噪聲帶寬，一般等于信號(hào)帶寬， Id為暗電流(dinli)，k=1.381023J/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(xiàn)為前置放大器的噪聲系數(shù)。LdbTdqnRkT

13、FBBeIBeRPiiii4222222（6.9）第18頁(yè)/共95頁(yè)第十九頁(yè)，共95頁(yè)。 由式(6.1)、式(6.8)和式(6.9)得到，正弦信號(hào)(xnho)直接光強(qiáng)調(diào)制系統(tǒng)的信噪比為： 對(duì)于(duy)電視信號(hào)直接光強(qiáng)調(diào)制系統(tǒng)的信噪比有些不同，假設(shè)傳輸?shù)氖请A梯形全電視信號(hào)，則)/422(2/)(lg102LdbbRkTFeIeRPBGmRPSNR（6.10）)/422(44. 1lg20LdbbTVRkTFeIeRPBRPmSNR（6.11）式中, mTV為電視信號(hào)的調(diào)制指數(shù)， 其他符號(hào)的意義(yy)和式(6.10)相同，但G=1。第19頁(yè)/共95頁(yè)第二十頁(yè)，共95頁(yè)。 和SNR關(guān)系密切的一個(gè)

14、參數(shù)是接收靈敏度。和數(shù)字光纖通信系統(tǒng)相似，在模擬光纖通信系統(tǒng)中，我們把接收靈敏度Pr定義為：在限定信噪比條件下，光接收機(jī)所需的最小信號(hào)光功率Ps, min，并以dBm為單位(dnwi)。 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為(最高)極限靈敏度。 根據(jù)假設(shè)，式(6.10)分母后兩項(xiàng)為零，利用式(3.14)響應(yīng)度R=e/hf，m=1, G=1, 式(6.10)簡(jiǎn)化為hfBPNsbP4（6.12）第20頁(yè)/共95頁(yè)第二十一頁(yè)，共95頁(yè)。 式中, hf為光子能量，h=6.62810-34Js為普朗克常數(shù)， f=c/為光頻率，c=3108

15、m/s為光速，為光波長(zhǎng)(m), 為光檢測(cè)器量子(lingz)效率(%)，B為噪聲帶寬。 在限定信噪比條件下， 光接收機(jī)所需的最小信號(hào)光功率：最小信號(hào)光功率：2min,bSpP(6.13)把式(6.12)代入式(6.13)得到PSNSBhfP22min,(6.14)第21頁(yè)/共95頁(yè)第二十二頁(yè)，共95頁(yè)。 設(shè)光檢測(cè)器為PIN-PD, 光波長(zhǎng)=1.31 m, 量子效率=0.6，噪聲帶寬(di kun)B=8 MHz，系統(tǒng)要求SNR=50 dB。 由式(6.14)得到P s,min=2.8610-7 mW, Pr=10lgPs,min=-65.4 dBm。當(dāng)然， 實(shí)際系統(tǒng)必須考慮光檢測(cè)器的暗電流和前

16、置放大器的噪聲。 因而，實(shí)際靈敏度比極限靈敏度要低得多。第22頁(yè)/共95頁(yè)第二十三頁(yè)，共95頁(yè)。 2. 信號(hào)(xnho)失真 為使模擬信號(hào)(xnho)直接光強(qiáng)調(diào)制系統(tǒng)輸出光信號(hào)(xnho)真實(shí)地反映輸入電信號(hào)(xnho)，要求系統(tǒng)輸出光功率與輸入電信號(hào)(xnho)成比例地隨時(shí)間變化， 即不發(fā)生信號(hào)(xnho)失真。 一般說(shuō)，實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光源， 由于在大信號(hào)(xnho)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。 因而略去光纖傳輸和光檢測(cè)器在光/電轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的非線性失真， 只討論光源LED的非線性失真。參看圖6.2。第23頁(yè)/共95頁(yè)第二十四頁(yè)

17、，共95頁(yè)。 非線性失真一般可以用幅度失真參數(shù)(cnsh)微分增益(DG)和相位失真參數(shù)(cnsh)微分相位(DP)表示。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(xingwi)延遲差，其定義為：%100|max212IIIdIdpdIdpdIdpDG（6.15）式中, I1和I2為L(zhǎng)ED不同數(shù)值的驅(qū)動(dòng)電流，一般取I2I1。 12IIDP（6.16）第24頁(yè)/共95頁(yè)第二十五頁(yè)，共95頁(yè)。 雖然LED的線性比LD好，但仍然不能滿足高質(zhì)量電視傳輸?shù)囊蟆Ｓ绊慙ED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(fichng)困難，因而需要從電

18、路方面進(jìn)行非線性補(bǔ)償。 模擬信號(hào)直接光強(qiáng)調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng)的非線性補(bǔ)償有許多方式，目前一般都采用預(yù)失真補(bǔ)償方式。 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。這種補(bǔ)償方式不僅能獲得對(duì)LED的補(bǔ)償，而且能同時(shí)對(duì)系統(tǒng)其他元件的非線性進(jìn)行補(bǔ)償。 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。第25頁(yè)/共95頁(yè)第二十六頁(yè)，共95頁(yè)。 設(shè)系統(tǒng)發(fā)射端輸入信號(hào)V1與接收端輸出信號(hào)V2之間相移為 ，它包含了LED輸出光功率P與驅(qū)動(dòng)電流之間的相移，以及系統(tǒng)中其他各級(jí)輸出信號(hào)和輸入信

19、號(hào)之間的相移。由于相移隨輸入信號(hào)V1而變化，如圖6.3(a)，因而產(chǎn)生微分相位DP。 1112 微分相位補(bǔ)償是設(shè)計(jì)一種電路，使其相移特性 與 的變化相反，如圖6.3(b)。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6.3(c)。第26頁(yè)/共95頁(yè)第二十七頁(yè)，共95頁(yè)。圖圖 6.3 微分相位補(bǔ)償原理微分相位補(bǔ)償原理 （c）（b）（a）000V1V1V121第27頁(yè)/共95頁(yè)第二十八頁(yè)，共95頁(yè)。圖圖 6.4 微分相位補(bǔ)償電路微分相位補(bǔ)償電路 V5R3E3V4R2E2E1V3R1R0C0R4R5 Ec Ec30J9GU130G6DV1RcC1ReV2 在模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)中

20、，最廣泛使用的電路是微分(wi fn)相位四點(diǎn)補(bǔ)償電路，如圖6.4所示。這種電路的相位補(bǔ)償是利用集電極和發(fā)射極輸出的信號(hào)相位差180的原理構(gòu)成的全通相移網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第28頁(yè)/共95頁(yè)第二十九頁(yè)，共95頁(yè)。 和微分相位補(bǔ)償原理相似，微分增益補(bǔ)償是對(duì)LED等非線性器件產(chǎn)生的高頻(o pn)動(dòng)態(tài)幅度失真的補(bǔ)償，目前最廣泛使用的微分增益四點(diǎn)補(bǔ)償電路如圖6.5所示。圖圖6.5 微分增益補(bǔ)償電路微分增益補(bǔ)償電路 V1 EcU130G6DE1Re1Re0V2E2Re2V3E3Re3U0RcV第29頁(yè)/共95頁(yè)第三十頁(yè)，共95頁(yè)。 6.2.2 光端機(jī) 光端機(jī)包括(boku)光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)。 1. 光發(fā)射

21、機(jī) 模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制光纖電視傳輸系統(tǒng)光發(fā)射機(jī)的功能是，把模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。第30頁(yè)/共95頁(yè)第三十一頁(yè)，共95頁(yè)。對(duì)光發(fā)射機(jī)的基本對(duì)光發(fā)射機(jī)的基本(jbn)要求是：要求是： 發(fā)射發(fā)射(入纖入纖)光功率要大，以利于增加傳輸距離。光功率要大，以利于增加傳輸距離。 在光纖損耗在光纖損耗和接收靈敏度一定的條件下，傳輸距離和發(fā)射光功率成正比。和接收靈敏度一定的條件下，傳輸距離和發(fā)射光功率成正比。 發(fā)射發(fā)射光功率取決于光源，光功率取決于光源，LD優(yōu)于優(yōu)于LED。 非線性失真要小，以利于減小微分相位非線性失真要小，以利于減小微分相位(DP)和微分增益和微分增益(DG)，或增大調(diào)制指數(shù)或增大調(diào)制指數(shù)

22、m(mTV)。LED線性優(yōu)于線性優(yōu)于LD。 調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù)m(mTV)要適當(dāng)大。要適當(dāng)大。m大，有利于改善大，有利于改善SNR； 但但m太太大，不利于減小大，不利于減小DP和和DG。 光功率溫度穩(wěn)定性要好。光功率溫度穩(wěn)定性要好。LED溫度穩(wěn)定性優(yōu)于溫度穩(wěn)定性優(yōu)于LD， 用用LED作作光源一般可以不用自動(dòng)溫度控制和自動(dòng)功率控制，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)化電因而可以簡(jiǎn)化電路、降低成本。路、降低成本。 第31頁(yè)/共95頁(yè)第三十二頁(yè)，共95頁(yè)。 模擬基帶DIM光纖電視傳輸系統(tǒng)光發(fā)射機(jī)方框圖如下圖所示，輸入TV信號(hào)經(jīng)同步分離和箝位電路(dinl)后，輸入LED的驅(qū)動(dòng)電路

23、(dinl)。 圖圖 6.6 光發(fā)射機(jī)方框圖光發(fā)射機(jī)方框圖 箝位電路(dinl)同步(tngb)分離驅(qū)動(dòng)電路LEDTV入第32頁(yè)/共95頁(yè)第三十三頁(yè)，共95頁(yè)。 驅(qū)動(dòng)(q dn)電路的末級(jí)及其工作原理示于圖6.7，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)。圖圖6.7 (a) LED驅(qū)動(dòng)電路的末級(jí)驅(qū)動(dòng)電路的末級(jí)C1R1EcRc(a)V2ReV1LED第33頁(yè)/共95頁(yè)第三十四頁(yè)，共95頁(yè)。圖圖6.7 (b) LED驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路(dinl)工作原理工作原理

24、時(shí)間電流(dinli)時(shí)間光功率(b)第34頁(yè)/共95頁(yè)第三十五頁(yè)，共95頁(yè)。 由于全電視信號(hào)隨亮場(chǎng)和暗場(chǎng)的變化而變化，為保證動(dòng)態(tài)DP和DG的規(guī)定值，必須保持(boch)DP和DG補(bǔ)償電路的工作點(diǎn)不隨亮場(chǎng)和暗場(chǎng)而變化，所以應(yīng)有箝位電路來(lái)保證其工作點(diǎn)恒定。 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。 第35頁(yè)/共95頁(yè)第三十六頁(yè)，共95頁(yè)。2. 光接收機(jī)光接收機(jī) 光接收機(jī)的功能光接收機(jī)的功能(gngnng)是把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。是把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。 對(duì)光接收機(jī)的基本要求

25、是：對(duì)光接收機(jī)的基本要求是： 信噪比信噪比(SNR)要高要高 幅頻特性要好幅頻特性要好 帶寬帶寬(di kun)要寬要寬第36頁(yè)/共95頁(yè)第三十七頁(yè)，共95頁(yè)。 模擬基帶D-IM光纖電視傳輸系統(tǒng)光接收機(jī)方框圖如圖6.8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)。 光檢測(cè)器可以用PIN-PD或APD。PIN-PD只需較低偏壓(1020 V)就能正常工作，電路簡(jiǎn)單(jindn)，但沒(méi)有內(nèi)增益，SNR較低。 APD需要較高偏壓(30200 V)才能正常工作，且內(nèi)增益隨環(huán)境溫度變化較大，應(yīng)有偏壓控制電路。 第37頁(yè)/共95頁(yè)

26、第三十八頁(yè)，共95頁(yè)。圖圖 6.8 光接收機(jī)方框圖光接收機(jī)方框圖 前放主放AGC光檢測(cè)器第38頁(yè)/共95頁(yè)第三十九頁(yè)，共95頁(yè)。 APD的優(yōu)點(diǎn)：有20200倍的雪崩(xubng)增益，可改善SNR。 對(duì)于模擬基帶D-IM光纖電視傳輸系統(tǒng)，力求電路簡(jiǎn)單，光檢測(cè)器一般都采用PIN-PD。 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。目前這種系統(tǒng)都采用補(bǔ)償式跨阻抗前放。 如采用PIN-FET混合集成電路的前放，可獲得較高SNR和較寬的工作頻帶。 主放大器是一個(gè)高增益寬頻帶放大器，用于把前放輸出的信號(hào)放大到系統(tǒng)需要的適當(dāng)電平。 由于光源老化使光功率下降，環(huán)境溫度影

27、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。 第39頁(yè)/共95頁(yè)第四十頁(yè)，共95頁(yè)。驅(qū)動(dòng)箝位阻抗匹配同步分離FM阻抗匹配接收放大AGCTV伴音分離箝位同步分離DFMDGDP箝位視放同步分離音放TV入75 不平伴音 入600 平衡伴音 出600平衡TV出75不平LEDPIN光纖 6.2.3 系統(tǒng)性能 模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制光纖電視傳輸(chun sh)系統(tǒng)方框圖如下圖所示。 在發(fā)射端，模擬基帶電視信號(hào)和調(diào)頻(FM)伴音(bnyn)信號(hào)分別輸入LED驅(qū)動(dòng)器，在接收端進(jìn)行分離。改進(jìn)DP和DG的預(yù)失真電路置于接收端。第40頁(yè)/共95頁(yè)第四十

28、一頁(yè)，共95頁(yè)。1. 系統(tǒng)參數(shù)系統(tǒng)參數(shù) (1) 視頻部分：視頻部分： 帶寬帶寬(di kun) 06 MHz SNR 50 dB(未加校未加校) DG 4% DP 4 發(fā)射光功率發(fā)射光功率 -15 dBm(32 W) 接收靈敏度接收靈敏度 -30 dBm (2) 伴音部分： 帶寬0.0415 kHz 輸入輸出電平0 dBr SNR 55 dB(加校) 畸變2% 伴音調(diào)頻(dio pn)副載頻8 MHz主要(zhyo)技術(shù)參數(shù)舉例如下。 第41頁(yè)/共95頁(yè)第四十二頁(yè)，共95頁(yè)。2. 光纖損耗對(duì)傳輸距離的限制光纖損耗對(duì)傳輸距離的限制 模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制光纖電視傳輸系統(tǒng)的傳輸距離大多模擬基帶直接光

29、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。根據(jù)受光纖損耗的限制。根據(jù)(gnj)發(fā)射光功率、接收靈敏度和光發(fā)射光功率、接收靈敏度和光纖線路損耗可以計(jì)算傳輸距離纖線路損耗可以計(jì)算傳輸距離L，其公式為：，其公式為： 式中, Pt為發(fā)射光功率(dBm)，Pr為接收靈敏度(dBm), M 為系統(tǒng)余量(y lin)(dB)，為光纖線路(包括光纖、連接器和接頭)每千米平均損耗系數(shù)(dB/km)。MPPLrt（6.17）第42頁(yè)/共95頁(yè)第四十三頁(yè)，共95頁(yè)。3. 系統(tǒng)對(duì)光纖帶寬的要求系統(tǒng)對(duì)光纖帶寬的要求(yoqi) 對(duì)于多模光纖而言，長(zhǎng)度為對(duì)于多模光纖而言，長(zhǎng)度為L(zhǎng)的光纖線路總帶寬的光纖線路總帶

30、寬B(MHz)和單位長(zhǎng)度和單位長(zhǎng)度(1 km)光纖帶寬光纖帶寬B1(MHzkm)的關(guān)系為：的關(guān)系為： B1=BL (6.18) 式中串接因子式中串接因子=0.51，為方便起見(jiàn)，取，為方便起見(jiàn)，取=1, 這是最保守的取值，光纖這是最保守的取值，光纖線路總帶寬線路總帶寬B=8 MHz，根據(jù)上面的計(jì)算，根據(jù)上面的計(jì)算，0.85 m和和1.31 m中繼距離分別為中繼距離分別為L(zhǎng)=4 km和和L=12 km。 由式由式(6.18)計(jì)算得到，所需單位長(zhǎng)度光纖帶寬分別為計(jì)算得到，所需單位長(zhǎng)度光纖帶寬分別為B1=32 MHzkm和和 B1=96 MHzkm。第43頁(yè)/共95頁(yè)第四十四頁(yè)，共95頁(yè)。如果采用原C

31、CITT G.651的標(biāo)準(zhǔn)多模GI光纖，其單位長(zhǎng)度帶寬至少是200 MHzkm, 因此完全可以滿足要求。如果采用多模SI光纖，其帶寬只有幾十MHzkm，這時(shí)，認(rèn)真計(jì)算是必要的，因?yàn)樵诙滩ㄩL(zhǎng)光纖材料色散和LED光源譜線寬度的影響是不可忽視的。 在短波長(zhǎng)使用(shyng)LED光源的情況下， 光纖線路總帶寬應(yīng)為：2122cmBBB(6.19) 式中, Bm和Bc分別為模式色散和材料(cilio)色散引起的帶寬。 第44頁(yè)/共95頁(yè)第四十五頁(yè)，共95頁(yè)。 在實(shí)際工程(gngchng)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。 ）取1(11LBLBBrm 式中,

32、 C()為光纖材料色散，為光源(gungyun)FWHM譜線寬度。 由式(6.19)和式(6.20)得到：2126111044. 0)(1BCBLB（6.21）LCBC)(1044. 06（6.20）第45頁(yè)/共95頁(yè)第四十六頁(yè)，共95頁(yè)。 圖6.10示出副載波復(fù)用(f yn)(SCM)模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)方框圖。 N個(gè)頻道的模擬基帶電視信號(hào)分別調(diào)制頻率為f1,f2,f3,fN的射頻(RF)信號(hào)，把N個(gè)帶有電視信號(hào)的副載波f1s, f2s, f3s，, fNs組合成多路寬帶信號(hào)，再用這個(gè)寬帶信號(hào)對(duì)光源(一般為L(zhǎng)D)進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換。 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，

33、經(jīng)分離和解調(diào)，最后輸出N個(gè)頻道的電視信號(hào)。第46頁(yè)/共95頁(yè)第四十七頁(yè)，共95頁(yè)。圖圖 6.0 副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)方框圖副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)方框圖 放大M1BPFf1f1s放大M2BPFf2f2s放大MNBPF頻道1頻道2頻道N組合電路寬放驅(qū)動(dòng)電路光發(fā)射機(jī)LD光纖探測(cè)電路寬放分離電路D1LPFf1sD2LPFDNLPFf2sf3s頻道1頻道2頻道NMi為調(diào)制器Di為解調(diào)器BPF為帶通濾波器LPF為低通濾波器fNfNsPIN光接收機(jī) 模擬基帶電視信號(hào)對(duì)射頻的預(yù)調(diào)制，通常用殘留邊帶調(diào)幅(VSBAM)和調(diào)頻(FM)兩種方式，各有不同的適用場(chǎng)合和優(yōu)缺點(diǎn)。 我們主要(zhyo)討論

34、殘留邊帶調(diào)幅副載波復(fù)用(VSB-AM/SCM)模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)。第47頁(yè)/共95頁(yè)第四十八頁(yè)，共95頁(yè)。 6.3.1 特性參數(shù) 對(duì)于副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)， 評(píng)價(jià)其傳輸質(zhì)量的特性參數(shù)主要是載噪比(CNR)和信號(hào)失真(sh zhn)。 1. 載噪比 載噪比CNR的定義是：把滿負(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：22ncpiiNC（6.22）第48頁(yè)/共95頁(yè)第四十九頁(yè)，共95頁(yè)。 式中, i2c為均方載波電流，i2n為均方噪聲電流。 設(shè)在電/光轉(zhuǎn)換、光纖傳輸和光/電轉(zhuǎn)換過(guò)程中，都不存在(cn

35、zi)信號(hào)失真。如圖6.11所示，輸入激光器的調(diào)幅信號(hào)電流為： 或 CNR=10lg 22lg10ncpiiNC(6.23) twmIIItIiNiithbbcos1(6.24)第49頁(yè)/共95頁(yè)第五十頁(yè)，共95頁(yè)。圖圖 6.11 激光器模擬調(diào)制原理激光器模擬調(diào)制原理 PmaxPminIomPomIminImaxIbpPbI輸出信號(hào)輸出信號(hào)輸入信號(hào)輸入信號(hào)第50頁(yè)/共95頁(yè)第五十一頁(yè)，共95頁(yè)。 由于假設(shè)不存在(cnzi)信號(hào)失真， 激光器輸出光功率為： twmPPtPiNiisbcos1（6.25） 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(

36、gngl)，N為頻道總數(shù)，mi為第i個(gè)頻道的調(diào)制指數(shù)，i為第i個(gè)頻道的副載波角頻率。第51頁(yè)/共95頁(yè)第五十二頁(yè)，共95頁(yè)。 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(ynz)10-L/10, 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PIN-PD，從光檢測(cè)器輸出的(載波)信號(hào)電流為： ic=I0 (1+m （6.26）)cos1twmiNii均方(載波)信號(hào)電流：222mcIi（6.27） 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為頻道總數(shù)。N第52頁(yè)/共95頁(yè)第五十三頁(yè)，共

37、95頁(yè)。 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(qin zh)放大器。采用PIN-PD，略去暗電流，系統(tǒng)的總均方噪聲電流可表示為： 式中, i2RIN為激光器的相對(duì)強(qiáng)度(qingd)噪聲、i2q為激光器的光檢測(cè)器的量子噪聲,i2T為激光器的折合到輸入端的放大器噪聲產(chǎn)生的均方噪聲電流。 e為電子電荷， B為噪聲帶寬，k=1.3810-23J/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(xiàn)為前置放大器噪聲系數(shù)。相對(duì)強(qiáng)度(qingd)噪聲(RIN)是激光器諧振腔內(nèi)載流子和光子密度隨機(jī)起伏產(chǎn)生的噪聲， 一般不可忽略。 LTqRINnRkTFBBeIBIRI

38、Niiii42)(0202222（6.28）第53頁(yè)/共95頁(yè)第五十四頁(yè)，共95頁(yè)。式中平均信號(hào)(xnho)電流I0=RP0, P0=Pb10L/10為光檢測(cè)器平均接收光功率，R為響應(yīng)度。由式(6.29)得到每個(gè)信道的載噪比 由式(6.22)、 式(6.27)和式(6.28)得到/42)(2)(02020LpRkTFeIIRINBmINC(6.29) CNR=10lg (6.30)/42)(2)(02020LRkTFeRPRPRINBmRP第54頁(yè)/共95頁(yè)第五十五頁(yè)，共95頁(yè)。 由此可見(jiàn)，載噪比CNR隨著調(diào)制指數(shù)m和平均接收光功率P0的增加而增加，隨三項(xiàng)噪聲的增加而減小。下面觀察一下三項(xiàng)噪聲

39、的界限。 在平均接收光功率P0較大的條件下，激光器的相對(duì)強(qiáng)度噪聲(RIN)和前置放大器的噪聲可以忽略，這樣(zhyng)系統(tǒng)只有量子噪聲起作用，由式(6.30)得到 這時(shí)CNR與m2和P0成正比。eBRPm402(CNR)q=10 lg（6.31）第55頁(yè)/共95頁(yè)第五十六頁(yè)，共95頁(yè)。 如果平均(pngjn)接收光功率P0很大，激光器相對(duì)強(qiáng)度噪聲(RIN)起決定作用，光檢測(cè)器的量子噪聲和前置放大器噪聲都可以忽略，在這個(gè)條件下，BRINm)(22 (CNR)RIN= (6.32)這時(shí)CNR與m2成正比，與(RIN)成反比。 當(dāng)平均接收光功率P0很小時(shí)，前置放大器噪聲(zoshng)起著決定性作

40、用，其他兩項(xiàng)噪聲(zoshng)都可以忽略，這時(shí)由式(6.30)得到 （CNR)T=10lg kTFBRmRPL8)(20(6.33)第56頁(yè)/共95頁(yè)第五十七頁(yè)，共95頁(yè)。 利用式(6.30)式(6.33)，設(shè)平均接收光功率P0=212 dBm,計(jì)算AM/SCM光纖傳輸系統(tǒng)CNR與P0的關(guān)系以及各項(xiàng)噪聲起決定作用時(shí)CNR的界限(jixin)，如圖6.12所示。計(jì)算中采用的數(shù)據(jù)如下：電子電荷： e=1.610-19 C波爾茲曼常數(shù)： k=1.3810-23 J/K調(diào)制指數(shù)： m=0.05相對(duì)強(qiáng)度噪聲： (RIN)=150 dB/Hz噪聲帶寬(di kun)： B=4106 Hz響應(yīng)度： R=0

41、.8 A/W第57頁(yè)/共95頁(yè)第五十八頁(yè)，共95頁(yè)。圖圖 6.12 CNR的特性和各種噪聲的界限的特性和各種噪聲的界限 RIN噪聲的界限噪聲的界限量子噪聲界量子噪聲界限限前置放大器前置放大器噪聲界限噪聲界限平均接收光功率平均接收光功率/dBmCNR/dB20-2-4-6-8-10-1244485052545646第58頁(yè)/共95頁(yè)第五十九頁(yè)，共95頁(yè)。 負(fù)載電阻: RL=1 k 前放噪聲系數(shù)：F=3 dB 熱噪聲溫度：T=290 K 假設(shè)P0=0 dBm, 計(jì)算各項(xiàng)噪聲分別(fnbi)起決定作用時(shí)的CNR。由式(6.32)，相對(duì)強(qiáng)度噪聲起決定作用時(shí)， (CNR)RIN=54.9 dB。由式(6

42、.31)，量子噪聲起決定作用時(shí)，CNR=58.9 dB。由式(6.33)，前置放大器噪聲起決定作用時(shí)，CNR=68.0 dB。 提高CNR是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要問(wèn)題。由式(6.30)可以看出， 增大P0不一定能提高CNR。為了提高CNR，增大m是可取的。 第59頁(yè)/共95頁(yè)第六十頁(yè)，共95頁(yè)。 但是增大m又會(huì)使激光器的線性劣化，要用預(yù)失真(sh zhn)技術(shù)來(lái)補(bǔ)償。如果選用質(zhì)量極好的DFB激光器來(lái)制造線性良好、發(fā)射功率又大的光發(fā)射機(jī)，勢(shì)必降低器件成品率，增加成本。 綜合各種因素，最好采用適當(dāng)?shù)偷墓夤β屎瓦m當(dāng)大的調(diào)制指數(shù)，而不是相反。 不論采用什么預(yù)調(diào)制方式，計(jì)算CNR的公式都相同， 只是公式中具體

43、參數(shù)不同而已。所以式(6.29)式(6.33)既適用于VSBAM, 也適合于FM。 第60頁(yè)/共95頁(yè)第六十一頁(yè)，共95頁(yè)。 式中, d為由圖像信號(hào)產(chǎn)生的頻偏峰-峰值，Bb為基帶信號(hào)帶寬，Bf為FM信號(hào)帶寬。 設(shè)Fd=17 MHz, Bb=4 MHz, Bf=27 MHz, 代入式(6.34)計(jì)算結(jié)果用dB表示，得到(d do)FM相對(duì)于VSB-AM, 其CNR改善了21.1 dB?？紤]到其他因素的影響，這個(gè)數(shù)值可以達(dá)到24 dB。 但是(dnsh)為獲得相同SNR，不同預(yù)調(diào)制方式所需的CNR都是不同的。為在接收機(jī)解調(diào)后獲得相同SNR， 兩種預(yù)調(diào)制方式所需的CNR比值為：32.23)/()/(

44、bfdFMPAMVSBPBBFNCNC（6.34）第61頁(yè)/共95頁(yè)第六十二頁(yè)，共95頁(yè)。 兩種預(yù)調(diào)制方式的CNR比較如圖6.13所示。 例如(lr)，用VSB-AM方式，要求CNR=52 dB，圖中顯示， 至少要求平均接收光功率為2 dBm。如果用FM方式，只需要CNR=5224=28 dB, 圖中顯示，平均接收光功率可以降低到15 dBm，接收光功率改善了13 dB。 設(shè)光纖線路平均損耗系數(shù)為0.5 dB/km, 則FM方式的傳輸距離可增加13/0.5=26 km。 由此可見(jiàn)，就載噪比而言，預(yù)調(diào)制方式FM優(yōu)于VSB-AM。但是和VSB-AM方式相比，F(xiàn)M方式存在一個(gè)本質(zhì)性問(wèn)題，就是它占用的

45、帶寬較寬， 約為VSBAM方式的6倍。所以要根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合，選擇不同預(yù)調(diào)制方式。 第62頁(yè)/共95頁(yè)第六十三頁(yè)，共95頁(yè)。圖圖 6.13 VSB-AM和和FM方式方式CNR的比較的比較 NoImage+2-8-6-40-2-14-12-10-16106050403020平均接收光功率平均接收光功率/dBmCNR/dB4MHZ帶寬（帶寬（VSB-AM）27MHZ帶寬（帶寬（FM）第63頁(yè)/共95頁(yè)第六十四頁(yè)，共95頁(yè)。 2. 信號(hào)失真 副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生信號(hào)失真的原因很多，但主要原因是作為(zuwi)載波信號(hào)源的半導(dǎo)體激光器在電/光轉(zhuǎn)換時(shí)的非線性效應(yīng)。 由于到達(dá)光檢測(cè)器的信號(hào)非

46、常微弱，在光/電轉(zhuǎn)換時(shí)可能產(chǎn)生的信號(hào)失真可以忽略。只要光纖帶寬足夠?qū)?，傳輸過(guò)程可能產(chǎn)生的信號(hào)失真也可以忽略。 下面討論激光器非線性效應(yīng)產(chǎn)生的信號(hào)失真，參看圖6.11。 輸入激光器的調(diào)幅信號(hào)電流仍為式(6.24)所示，即 NiiithbbtwmIIItI1cos第64頁(yè)/共95頁(yè)第六十五頁(yè)，共95頁(yè)。 由于實(shí)際激光器輸出光功率P(t)與驅(qū)動(dòng)電流I(t)的關(guān)系是非線性的，因而輸出光信號(hào)產(chǎn)生失真。在調(diào)制頻率fi(i/2)不超過(guò)1 GHz時(shí)，可以利用泰勒(ti l)級(jí)數(shù)展開(kāi)，把輸出光功率表示為 略去式(6.35)四階以上(m4)的非線性項(xiàng)， 把式(6.24)代入，用一組簡(jiǎn)化的符號(hào)(fho)，得到 P(

47、t)=a0+a1Is+a2I2s+a3I3s (6.36) 式中ai(i=1,2,3)包含(bohn)P(t)對(duì)I(t)的i階導(dǎo)數(shù)， !)(|1mItIdIpdPtPmbIINmmmbb(6.35)NiiistwII1cos（6.37）第65頁(yè)/共95頁(yè)第六十六頁(yè)，共95頁(yè)。 Ii=(Ib - Ith)mi為第i個(gè)頻道的信號(hào)電流(dinli)幅度。我們所關(guān)心的二階非線性項(xiàng)和三階非線性項(xiàng)分別為： 31333cosNiiiStwIaIaNiNjNkkjikjiwwwIIIa1113)cos(4NiNjNkkjikjiwwwIIIa1113)cos(421222cosNiiiStwIaIaNiNjj

48、ijiNiNjjijitwwIIatwwIIa112112)cos(2)cos(2(6.38)第66頁(yè)/共95頁(yè)第六十七頁(yè)，共95頁(yè)。 式中Ii=Ij=Ik=(Ib-Ith)mi=(Ib-Ith)m=I0m為每個(gè)信道的信號(hào)電流幅度。 副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸(chun sh)系統(tǒng)的信號(hào)失真用組合二階互調(diào)(CSO)失真和組合三階差拍(CTB)失真這兩個(gè)參數(shù)表示。 兩個(gè)頻率的信號(hào)相互組合，產(chǎn)生和頻(i+j)和差頻(i - j)信號(hào)，如果新頻率落在其他載波的視頻頻帶內(nèi)， 視頻信號(hào)就要產(chǎn)生失真。 NiNjNkkjikjiwwwIIIa1113)cos(4（6.39）第67頁(yè)/共95頁(yè)第六十八頁(yè)，共9

49、5頁(yè)。 這種非線性效應(yīng)會(huì)發(fā)生在所有RF電路，包括光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)。 在給定的頻道上，所有可能的雙頻組合的總和稱為組合二階(CSO)互調(diào)失真。通常用這個(gè)(zh ge)總和與載波的比值表示，并以dB為單位，記為dBc。 組合三階差拍(CTB)失真是三個(gè)頻率(ijk)的非線性組合，其定義和表示方法與CSO相似，單位相同。 第68頁(yè)/共95頁(yè)第六十九頁(yè)，共95頁(yè)。根據(jù)(gnj)以上分析， 第i個(gè)頻道的CSO和CTB分別表示為： 20222)()2(lg10mPPPCCSOi(6.40) 40223)()2(lg10mPPPCCTBi(6.41) 式中C2i為組合二階互調(diào)的系數(shù)，C3i為組合三階(sn

50、 ji)差拍的系數(shù)， 在頻道頻率配置后具體計(jì)算。P P、P和 分別為P對(duì)I的一階、 二階和三階導(dǎo)數(shù)，其數(shù)值由實(shí)驗(yàn)確定。P0m為每個(gè)頻道輸出光信號(hào)幅度。第69頁(yè)/共95頁(yè)第七十頁(yè)，共95頁(yè)。 CSO和CTB將以噪聲形式對(duì)圖像(t xin)產(chǎn)生干擾， 為減小這種干擾，可以采用如下方法。 (1) 采用合理的頻道頻率配置，以減小C2i和C3i，改善CSO和CTB。 為改善CSO，系統(tǒng)頻道N的副載波頻率fN和頻道1的副載頻f1應(yīng)滿足fN2f1, 即副載波最高頻率應(yīng)小于最低頻率的2倍。 這樣，如圖6.14所示，二階互調(diào)(fi+fj)都大于fN，落在系統(tǒng)頻帶的高頻端以外。二階互調(diào)(fi - fj)都小于f1

51、,落在低頻端以外。 同理，為減少落在系統(tǒng)頻帶內(nèi)的三階互調(diào)，應(yīng)適當(dāng)配置各頻道的副載波頻率，使三階互調(diào)頻率(fjfjfk)即使落在系統(tǒng)的頻帶內(nèi)，也不落在工作頻道的信號(hào)頻帶內(nèi)。第70頁(yè)/共95頁(yè)第七十一頁(yè)，共95頁(yè)。圖圖 6.14 fN2f1的的SCM系統(tǒng)的頻譜分布系統(tǒng)的頻譜分布 fi fjf1f2f3fifi fjfN 1fN2f1系統(tǒng)頻寬f第71頁(yè)/共95頁(yè)第七十二頁(yè)，共95頁(yè)。圖圖 6.15 SCM系統(tǒng)帶內(nèi)三階互調(diào)干擾的最佳頻譜分布系統(tǒng)帶內(nèi)三階互調(diào)干擾的最佳頻譜分布 f1BifjfN系統(tǒng)頻寬三階互調(diào)譜f 如圖6.15所示。 這樣，雖然系統(tǒng)輸出端存在(cnzi)互調(diào)干擾，但分離和濾波后各頻道單獨(dú)

52、輸出時(shí)，其影響就不明顯了。第72頁(yè)/共95頁(yè)第七十三頁(yè)，共95頁(yè)。 (2) 限制調(diào)制指數(shù)m，以保證(bozhng)CSO和CTB符合規(guī)定的指標(biāo)。 由式(6.40)和式(6.41)可以看到，CSO與m2成正比，CTB與m4成正比，因此隨著m值的增大，CSO和CTB迅速劣化。 因?yàn)轵?qū)動(dòng)(q dn)激光器的信號(hào)電流隨m值的增大而增加，可能偶然延伸到LD的閾值以下或超過(guò)功率特性曲線的線性部分，引起削波(削底和限頂)效應(yīng)，如圖6.16所示，因而產(chǎn)生信號(hào)失真。 由于多路RF信號(hào)的疊加具有隨機(jī)性， 當(dāng)N很大時(shí)，服從高斯分布， 產(chǎn)生過(guò)大信號(hào)的概率很小。分析計(jì)算表明，CSO和CTB是參數(shù)=m 和N十分復(fù)雜的函數(shù)

53、， m為調(diào)制指數(shù)，N為頻道總數(shù)。2N第73頁(yè)/共95頁(yè)第七十四頁(yè)，共95頁(yè)。圖圖6.16 激光器的削波效應(yīng)激光器的削波效應(yīng) 削波削波部分部分IbIthIP輸出功輸出功率率線性線性第74頁(yè)/共95頁(yè)第七十五頁(yè)，共95頁(yè)。 分析計(jì)算表明，CSO和CTB是參數(shù)= 和N十分復(fù)雜的函數(shù)， m為調(diào)制指數(shù)， N為頻道總數(shù)。2NN 圖6.17(a)和(b)分別示出N=47和N=59時(shí)CSO, CTB與和m的關(guān)系曲線。由圖可見(jiàn)， 為保證CSO-65 dBc和CTB-65 dBc，值不應(yīng)大于0.25，由此得到m0.35/ 。 圖圖6.17 CSO、 CTB與光調(diào)制指數(shù)的關(guān)系與光調(diào)制指數(shù)的關(guān)系 COSCTBCOSC

54、TBmm(a)(b)00.400.600.600.800.801.001.0010.010.030.030.050.050.070.070.090.090.00.0370.0740.1100.1470.1840.0410.0830.1240.1650.206CSO,CTB/-dBcCSO,CTB/-dBc第75頁(yè)/共95頁(yè)第七十六頁(yè)，共95頁(yè)。 由圖6.18可以(ky)看到，當(dāng)0.31 時(shí)， CSO, CTB與N幾乎無(wú)關(guān)。 (3) 采用外調(diào)制技術(shù)，把光載波的產(chǎn)生和調(diào)制分開(kāi)。這樣， 光源譜線不會(huì)因調(diào)制而展寬，沒(méi)有附加的線性調(diào)頻(啁啾， chirp)產(chǎn)生的信號(hào)失真， 因而(y

55、n r)改變了CSO和CTB。圖圖 6.18 CSO和和CTB與頻道數(shù)的關(guān)系與頻道數(shù)的關(guān)系 =0.22=0.25=0.31=0.28=0.22=0.25=0.31=0.281010303050507070909050.050.070.070.090.090.0110.0110.0頻道數(shù)頻道數(shù)頻道數(shù)頻道數(shù)（ a ）（ b）CSO/-dBcCTB/-dBc第76頁(yè)/共95頁(yè)第七十七頁(yè)，共95頁(yè)。 6.3.2 光端機(jī)光端機(jī) 1. 光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī) 對(duì)殘留邊帶對(duì)殘留邊帶調(diào)幅光發(fā)射機(jī)的基本要求是：調(diào)幅光發(fā)射機(jī)的基本要求是： 輸出光功率要足夠大，輸出光功率要足夠大， 輸出光功率特性輸出光功率特性(P-I)

56、線線性要好性要好 調(diào)制頻率要足夠高，調(diào)制頻率要足夠高， 調(diào)制特性要平坦調(diào)制特性要平坦(pngtn)； 輸出光波長(zhǎng)應(yīng)在光纖低損耗窗口，輸出光波長(zhǎng)應(yīng)在光纖低損耗窗口， 譜線寬度要譜線寬度要窄；窄； 溫度穩(wěn)定性要好。溫度穩(wěn)定性要好。 第77頁(yè)/共95頁(yè)第七十八頁(yè)，共95頁(yè)。 VSB-AM光發(fā)射機(jī)的構(gòu)成示于圖6.19。輸入到光發(fā)射機(jī)的電信號(hào)經(jīng)前饋放大器放大后，受到電平監(jiān)控，以電流的形式驅(qū)動(dòng)激光器。 LD輸出特性要求是線性的，但在實(shí)際電/光轉(zhuǎn)換過(guò)程中，微小的非線性效應(yīng)是不可避免的，而且要影響系統(tǒng)的性能。所以優(yōu)質(zhì)的光發(fā)射機(jī)都要進(jìn)行預(yù)失真控制。方法是加入(jir)預(yù)失真補(bǔ)償電路(預(yù)失真線性器)。第78頁(yè)/共

57、95頁(yè)第七十九頁(yè)，共95頁(yè)。 預(yù)失真補(bǔ)償電路實(shí)際上是一個(gè)與激光器的非線性相反的非線性電路，用來(lái)補(bǔ)償激光器的非線性效應(yīng)，以達(dá)到高度線性化的目的。為保證輸出光的穩(wěn)定，通常采用制冷元件和熱敏電阻進(jìn)行(jnxng)溫度控制。 同時(shí)用激光器的后向輸出通過(guò)PIN-PD檢測(cè)的光電流實(shí)現(xiàn)自動(dòng)功率控制。為抑制光纖線路上不均勻點(diǎn)(如連接器)的反射， 在LD輸出端設(shè)置光隔離器。 第79頁(yè)/共95頁(yè)第八十頁(yè)，共95頁(yè)。圖圖6.19 VSB-AM光發(fā)射機(jī)的構(gòu)成光發(fā)射機(jī)的構(gòu)成 前饋放大器電控衰減器電平檢測(cè)寬帶驅(qū)動(dòng)與預(yù)失真補(bǔ)償自動(dòng)功率控制PINLD隔離器雙向溫控致冷器熱敏電阻偏流指示光纖溫度致冷電流光功率指示激光器組件 正

58、確選擇光發(fā)射機(jī)對(duì)系統(tǒng)性能和正確選擇光發(fā)射機(jī)對(duì)系統(tǒng)性能和CATV網(wǎng)的造價(jià)都有重大網(wǎng)的造價(jià)都有重大意義。目前可供選擇的光發(fā)射機(jī)有：意義。目前可供選擇的光發(fā)射機(jī)有： (1) 直接調(diào)制直接調(diào)制(tiozh)1310 nm分布反饋分布反饋(DFB)激光器光發(fā)激光器光發(fā)射機(jī)，射機(jī)， 如圖如圖6.19和圖和圖6.20所示；所示；第80頁(yè)/共95頁(yè)第八十一頁(yè)，共95頁(yè)。圖圖6.20 直接調(diào)制直接調(diào)制DFB光發(fā)射機(jī)方框圖光發(fā)射機(jī)方框圖 CSO熱敏電阻CTB預(yù)失真控制微型計(jì)算機(jī)/控制器光輸出1310DFB激光器dc電源與通信接口RF功率檢測(cè)器RF 監(jiān)視點(diǎn)RF輸入第81頁(yè)/共95頁(yè)第八十二頁(yè)，共95頁(yè)。圖圖6.21

59、 外調(diào)制外調(diào)制DFB光發(fā)射機(jī)方框圖光發(fā)射機(jī)方框圖 1550DFB激光器LiNbO3調(diào)制器SBS預(yù)失真線性器微型計(jì)算機(jī)/控制器光纖2輸出RF監(jiān)視點(diǎn)RF輸入RF功率檢測(cè)器光纖1輸出 (2) 外調(diào)制1550 nm分布(fnb)反饋(DFB)激光器光發(fā)射機(jī)， 如圖6.21所示；第82頁(yè)/共95頁(yè)第八十三頁(yè)，共95頁(yè)。圖圖6.22 外調(diào)制外調(diào)制YAG光發(fā)射機(jī)方框圖光發(fā)射機(jī)方框圖 微型計(jì)算機(jī)/控制器光功率調(diào) 節(jié)Nd:YAG激光器監(jiān)視器接收機(jī)光纖1輸出光纖2輸出光監(jiān)視點(diǎn)光監(jiān)視點(diǎn)互調(diào)控制器預(yù)失真線性器RF驅(qū)動(dòng)偏置驅(qū)動(dòng)LiNbO3調(diào)制器光分路器RS-485通信RF輸入 (3) 外調(diào)制摻釹釔鋁石榴石(Nd: YA

60、G)固體(gt)激光器光發(fā)射機(jī)， 如圖6.22所示。第83頁(yè)/共95頁(yè)第八十四頁(yè)，共95頁(yè)。 直接調(diào)制1310 nm DFB光發(fā)射(fsh)機(jī)是目前CATV光纖傳輸網(wǎng)特別是分配網(wǎng)使用最廣泛的光發(fā)射(fsh)機(jī)。 原因是這種光發(fā)射(fsh)機(jī)發(fā)射(fsh)光功率高達(dá)10 mW, 傳輸距離可達(dá)35 km, 而且性能良好， 價(jià)格比其他兩種光發(fā)射(fsh)機(jī)便宜。這種良好性能來(lái)自DFB激光器這種單模激光器，其譜線寬度非常窄。 外調(diào)制YAG光發(fā)射(fsh)機(jī)主要由YAG激光器、 電光調(diào)制器、 預(yù)失真線性器和互調(diào)控制器構(gòu)成。第84頁(yè)/共95頁(yè)第八十五頁(yè)，共95頁(yè)。缺點(diǎn)是缺點(diǎn)是: 設(shè)備較大設(shè)備較大 技術(shù)較復(fù)