第一章-概論PPT課件.ppt

1、第九章 模擬系統(tǒng)設計,9.1 模擬鏈路概述 9.2 系統(tǒng)主要性能指標 9.3 多信道傳輸技術 9.4 相關應用,9.1 模擬鏈路概述,模擬光纖通信系統(tǒng)始于20世紀80年代末，主要用于微波多路復用信號、同軸電纜CATV網絡（HFC）、視頻分配、天線遙控、雷達信號處理等。,1. 直接強度調制 2. RF副載波AM/FM/PM調制 ,模擬線路的基本組成及噪聲分配,載噪比(CNR)是在光檢測過程之后，在射頻（RF）接收機的輸入端，計算規(guī)定的帶寬內一個頻道中的載波功率(C)與噪聲功率(N)之比，一般以dB作單位。定義式為：,9.2 系統(tǒng)主要性能指標,9.2.1. 載噪比,含有N個噪聲因子的系統(tǒng)，其總的C

2、NR值由下式給出：,單信道傳輸鏈路的主要信號損傷：激光器強度噪聲波動、激光削波、光檢測器噪聲、光放大器噪聲。 多信道傳輸鏈路的主要信號損傷：諧波失真、互調失真、放大的自發(fā)輻射(ASE)噪聲。 三個主要因素：散彈噪聲、光放大器噪聲、激光削波。,讓光源工作在線形區(qū)，其輸出光功率P(t)的包絡和輸入的驅動電流s(t)具有相同的波形 Pt為偏置電流處光源輸出的光功率，m (通常取0.25 0.5) 為調制系數： 對于一個正弦信號，接收機輸出的載波功率：,9.2.2 載波功率,其中，R0為光檢測器的單位增益響應度。M是光檢測器的增益，P是平均接收光功率。,9.2.2 光檢測器和前置放大器的噪聲,光檢測器

3、噪聲和載噪比：,其中，Ip為初始光電流，ID為體暗電流，M增益，F(M)是過剩噪聲系數，B為接收機帶寬。,前置放大器噪聲和載噪比：,其中，Req為光檢測器負載和前置放大器等效電阻，Ft為前置放大器的噪聲系數。,9.2.2 相對強度噪聲（RIN）,RIN：輸出光的幅度或強度隨機波動產生的噪聲。,其中，(L)2為輸出激光的強度起伏均方值， L是激光強度平均值。RIN與注入電流成反比。,Examples of RIN effects,IB/Ith1.2時，折射率導引激光器的RIN范圍為-400dB/Hz到-500dB/Hz,當接收機的光功率較低時，系統(tǒng)中的噪聲主要是前置放大器的噪聲，此時載噪比與輸入

4、光功率的平方成正比，即輸入光功率增加1dB，載噪比增加2dB。,9.2.2 總的載噪比,對于設計較好的光電二極管，與中等強度的接收光信號相比，體暗電流與表面暗電流產生的噪聲很小。因此，在中等強度接收光信號條件下，系統(tǒng)噪聲主要是光電二極管的量子噪聲，此時：,如果激光器的RIN值很高，反射噪聲將超過其它噪聲，成為主導作用的噪聲因素：,9.3 多信道傳輸技術,使用多路復用技術把多個基帶信號復用到頻率分別為f1, f2, , fN的N個副載波上，然后將這些已調制載波通過頻分復用(FDM)形成一個復合信號，以直接調制一個單獨的光源。其實現技術包括殘留邊帶調幅(VSB-AM)、頻率調制(FM)和副載波復用

5、（SCM）。,9.3.1 多信道幅度調制(AM),信道i所承載的信息信號通過幅度調制到一個頻率為fi的載波上，經功率合成器生成一個合成的頻分復用信號（FDM）,接收端通過并聯的帶通濾波器把混合的載波分成單個信道,當有多個載波頻率通過半導體激光器等非線性器件時，除了原有的信號外，還會產生其他的頻率分量（稱為互調產物），他們在系統(tǒng)的頻帶內外產生嚴重干擾，從而導致傳輸信號劣化。,光調制指數：,mi為每個信道的調制指數,mi mc,對于差頻堆積的影響，常常使用組合二階差頻（CSO）和組合三重差頻（CTB）來描述多信道AM的性能。,合理地進行頻道頻率的配置，可以改善CSO和CTB。 限制調制指數m，可以

6、保證CSO和CTB符合規(guī)定指標。,60個幅度調制 CATV信道的相對CSO性能 （CSO在通頻帶邊緣最為嚴重）,60個幅度調制 CATV信道的相對CTB性能（CTB在頻帶中部最為嚴重）,AM調制優(yōu)點：簡單、方便,AM調制對發(fā)送機要求： 發(fā)射光功率要大，以利于增加傳輸距離； 非線性失真要??； 光功率穩(wěn)定性要好；,AM調制對接收機要求： 信噪比要高； 幅頻特性要好； 帶寬要寬；,在FM檢測器輸出端的S/N比檢測器輸入端的C/N值大得多，其信號比改善為：,9.3.2 多信道頻率調制,即脈沖重復頻率隨調制信號幅度大小成線性變化的脈沖調制，與AM相比，對光源的線性放寬，改善了信噪比，但也增加了對帶寬的要

7、求（AM：4MHz，FM：30MHz）。,其中B是所需帶寬， fpp是調制器的峰峰頻率偏離，fv是最高的視頻信號頻率，w是權重因子,系統(tǒng)對FM調制器的要求： 調制線性好； 調制系數高； 調制靈敏度高； 穩(wěn)定可靠；,對不同信噪比（SNR）要求，AM與FM視頻信號的RIN值與每信道光調制指數之間的關系曲線,多信道AM與FM視頻信號分配系統(tǒng)中，功率預算與每信道光調制指數（OMI）之間的關系曲線,9.3.3 副載波復用（SCM）,所謂副載波是指射頻電磁波，以區(qū)別于光調制時的光載波。在該系統(tǒng)中，信號由光傳輸，微波載波起光載波的副載波作用。,副載波復用模擬電視傳輸系統(tǒng),每路電視信號調制在一個特定的射頻載波

8、上，通過組合電路合成一路，然后將復用后的信號調制在光波上。,檢測器將光信號還原為復用的電信號，再用解調器從各個已調副載波上解調出各路電視信號。,SCM特點：,不需要復雜的數字編碼及數字復用技術，成本較低； 頻帶寬、容量大； 對激光器頻譜純度、頻率穩(wěn)定性沒有特別的要求； 不需要放大器，避免放大器噪聲影響； 信道間相互獨立，不需要有同步系統(tǒng)。,9.4 相關應用微波光子技術（microwave photonics),利用光子技術實現微波信號的傳輸、處理等 主要應用領域 ROF（radio over fiber) 相控陣雷達 天文觀測,ROF技術,移動通信： 1G,2G,3G,4G（beyond 3G

9、) 寬帶無線接入 寬帶固定無線接入（ MMDS） 無線局域網（WLAN） 寬帶無線城域網（WiMAX） 超寬帶無線接入（UWB） 個人無線局域網等,工作頻率延伸至毫米波段,ROF技術,ROF的目的：,簡化基站：將基站（BS）的絕大部分信號處理功能移至中心站（CS）集中處理，基站中的RF只保留必要的射頻收發(fā)功能，基站和中心站之間的RF信號通過模擬光纖鏈路來傳輸分布式天線,問題：工作頻率增加天線覆蓋范圍減小天線（基站）密度增加系統(tǒng)成本增加,關鍵技術：光纖模擬傳輸鏈路,相控陣雷達,相控陣雷達,調整天線元之間的的延遲差（相位差）實現波束方向的調整，故由稱為波束形成器（beam forming) 可實現： 無慣性快速波束掃描 多個獨立波束（多目標跟蹤） 大功率（多天線元總和） 倍受關注的雷達技術 關鍵技術： 微波真延遲 微波移相 基于微波器件的問題： 易受干擾 系統(tǒng)笨重 功耗大,相控陣雷達,引入光子技術的目的： 抗電磁干擾 帶寬傳輸 重量輕、體積小 關鍵技術 光子微波真延遲器（true time delay) 光子微波移相器(phase shifter) 光纖微波傳輸線,相控陣雷達,True time delay 2,天文觀測,相干連接多個毫米波天線，構建毫米波天線陣（Millimeter Array） ALMA計劃： 工作頻率：28938GH