模拟系统PPT学习教案

1、会计学1 模拟系统模拟系统 第1页/共23页 9.1 模拟链路概述模拟链路概述 1. 直接强度调制 2. RF副载波AM/FM/PM调制 第2页/共23页 9.2 载噪比载噪比 定义：定义：在射频接收机的输入端，载波功率的均方根值与噪声功 率的均方根值之比称为载噪比 (CNR) N i i CNRCNR 1 11 若使用CNRi代表某一特殊噪声成分导致的载噪比，则对含有N 个噪声因子的系统，其总的CNR值为： 模拟系统中的噪声源： RIN、光放大器噪声、接收机中的量子 噪声、倍增噪声、电路噪声 N C CNR 第3页/共23页 tmsPtP t 1 Bt peak I I P P m 载波功率

2、 光源工作在线性区，输出光功率P(t)的包络和输入的驱动电流具有相同的波形： Pt为偏置电流处光源输出的光功率，m (0.25 0.5)为调制系数： 对于一个正弦信号，接收机输出的载波功率： 2 0 2 1 PMmC 第4页/共23页 BPRINi RINRIN 0 22 噪声源：相对强度噪声 (RIN) 由于受温度变化和内部自发辐射的影响，LD输出光强会发生高频(1012 Hz) 起伏，从而带来相对强度噪声 RIN。由 RIN导致的均方噪声电流及其产生的CNR分别为： 其中RIN由下式给出： 其中为输出激光的强度起伏均方值，PL是激光强度平均值。 2 / RINRIN CCNR 和 )dB/

3、Hz( 2 2 L L P P RIN 第5页/共23页 RIN与偏置电流的关系 右图是两个激光器的例子，噪声电平在调制频率为 100 MHz时测量。结果显示，RIN随偏置电流的增加而显著减小 因此可以通过增加偏置电流来降低可以通过增加偏置电流来降低RIN 3 1 th B I I RIN 第6页/共23页 光反射对RIN的影响 链路中的光信号如果反射回激光器，会导致 RIN的显著增加，因此在模拟链路中也同样需要尽量避免链路中光信号的反射问题。 反馈功率比 (dB) IB/Ith 对于1.33，为使RIN小于-140 dB 需要让反馈功率比小于-60 dB 第7页/共23页 BMFMIIqi

4、DpNN 222 2 t eq B TT BF R Tk i 4 22 2 / T CCNR 回顾第6章可以知道，光电二极管的噪声为： 那么光检测器的CNR为： 同样，由第6章的结论可知放大器带来的噪声： 其中，Req是等效电阻，Ft是放大器噪声系数，那么放大器的 CNR为： 噪声源：光电检测器和前置放大器的噪声 2 det / N CCNR 第8页/共23页 AM系统总的载噪比 teqBDp BFRTkBMFMIIqBPRIN PMm N C /42 2 1 2 2 0 2 0 第9页/共23页 当接收机的光功率较低时，系统中的噪声主要是前置放大器的噪声，此时： teqB BFRTk PMm

5、 N C /4 2 12 0 1lim 极限条件 BMqF Pm BMFMqI PmM N C p )(2 2 1 )(2 2 1 0 2 2 2 0 2lim 对于设计较好的光电二极管，与中等强度的接收光信号的量子噪声相比，体暗电流与表面暗电流产生的噪声很小。因此在中等强度接收光信号条件下，系统噪声主要是光电二极管的量子噪声，此时： 第10页/共23页 BRIN mM BPRIN PmM N C 2 2 0 2 0 3lim 2 1 2 1 如果激光器的RIN值很高，相对强度噪声将超过其它噪声，成为主导作用的噪声因素： 此时只有通过提高调制系数才能得到改善。 极限条件 第11页/共23页 0

6、 CNR (dB) 光源噪声 量子噪声 热噪声 BRIN mM N C 2 3lim 2 1 BMqF Pm N C )(2 2 1 2 0 2 2lim teqB BFRTk PMm N C /4 2 1 2 0 1lim 例 LD 发送机pin 接收机 m = 0.25 = 0.6 A/W RIN = -143 dB/HzB = 10 MHz Pc = 0 dBmID = 10 nA Req = 750 W Ft = 3 dB 第12页/共23页 9.3 多信道传输技术多信道传输技术 一个典型的宽带模拟应用例子是CATV系统，其主要技术是在同一根光纤中传输多个模拟信号。为实现这一目标，使用

7、多路复用技术把多个基带信号复用到频率分别为 f1, f2, , fN的N个副载波上，然后将这些已调制载波通过频分复用(FDM)形成一个复合信号，以直接调制一个单独的光源，这种技术称为副载波复用(SCM)，其中信号调制技术包括残留边带调幅(VSB-AM)和频率调制(FM)。 f1 f2 f3 fN 第13页/共23页 多信道幅度调制 信道 i 所承载的信息信号通过幅度调制到一个频率为fi的载波上，经功率合成器生成一个合成的频分复用信号(FDM)接收端通过并联的带通滤波器把混合的载波分成单个信道 典型代表 CATV：使用频带为50-88 MHz和120 MHz-550 MHz 第14页/共23页

8、N个信道的光调制指数 2/1 1 2 N i i mm 2/1 Nmm c 对于大量的有随机相位的FDM载波，以功率为基础将其相加。 于是对于有N个信道，每个信道的调制指数为mi，则m与mi之间的关系为： 若每个信道的调制指数mi取相同值mc，则： 此时，信号的载噪比将比单信道分开传输时降低10logN分贝。 第15页/共23页 r N ND1) 1(1 2 1 2 2 1 2, 1 rN N NrN r D1) 1(1 2 1 53 4 1 1 2 2 1 , 1 , 1 互调失真 当有多个载波频率通过半导体激光器等非线性器件时，会产生其他的频率分量(称为互调产物)。它们在系统的频带内外产生

9、严重干扰，导致传输信号劣化： 1. 频率为fi + fj fk的三重拍差IM产物 2. 频率为2fi fj的双频三阶IM产物 3. 频率为fi fj的二阶IM产物 若N个信号间隔相同，会发生差拍堆积差拍堆积。正好落在第r个载波处的三重差拍产物个数为 正好落在第r个载波处的双频三阶产物个数为 第16页/共23页 差拍的峰值功率组合二阶峰值载波功率IMCSO/ 差拍的峰值功率组合三阶峰值载波功率IMCTB/ 对于差频堆积的影响，常常使用组合二阶差频(CSO)和组合三重差频(CTB)来描述多信道AM的性能。 合理地进行频道频率的配置，可以改善CSO和CTB。限制调制指数m，可以保证CSO和CTB符合

10、规定指标。 组合二阶差拍和组合三重差拍 第17页/共23页 例 60个幅度调制CATV信道的相对CSO性能 频带边缘最严重 60个幅度调制CATV信道的相对CTB性能 频带中心最严重 第18页/共23页 AM调制优点：调制优点： - 简单、方便 AM调制对发射机要求：调制对发射机要求： - 发射光功率要大，以利于增加传输距离； - 线性度要好，非线性失真要小； - 光功率稳定性要好 AM调制对接收机要求：调制对接收机要求： - 信噪比要高； - 幅频特性要好； - 带宽要宽 第19页/共23页 w f f f B N C N S v pp vinout 2 2 3 log10 FM即脉冲重复频率随调制信号幅度大小成线性变化的脉冲调制。与AM相比，对光源的线性度的要求放宽，在相同的载噪比的条件下改善了信噪比，但也增加了对带宽的要求 (AM：4 MHz，FM：30 MHz)。 在FM检测器输出端的S/N比检测器输入端的C/N值大得多，其信噪比改善为： 其中B是所需带宽， fpp是调制器的峰峰频率偏离，fv是最高的视频信号频率，w是权重因子。这种性能的改善通常在36 44 dB。C/N要求的降低使FM系统比AM系统对激光器和接收机噪声的敏感程度大大降低。 多信道频率调制(FM) 第20页/共23页