第九章 模拟系统

第九章模拟系统模拟系统的应用场合出现于20世纪80年代HFC系统(光纤+750MHz同轴电缆)视频分配系统雷达信号处理9.1模拟链路概述1.直接强度调制2.RF副载波AM/FM/PM调制√9.2载噪比定义：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)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、电路噪声载波功率光源工作在线性区，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：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(1012Hz)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<(DPL)2>为输出激光的强度起伏均方值，PL是激光强度平均值。和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100MHz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RIN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-140dB需要让反馈功率比小于-60dB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AM系统总的载噪比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：极限条件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：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CNR(dB)光源噪声量子噪声热噪声例LD发送机pin接收机m=0.25=0.6A/WRIN=-143dB/HzB=10MHzPc=0dBmID=10nAReq=750WFt=3dB9.3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)。f1f2f3fN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50-88MHz和120MHz-550MHzN个信道的光调制指数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。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。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符合规定指标。组合二阶差拍和组合三重差拍例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AM调制的特点AM调制优点：-简单、方便AM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：-信噪比要高；-幅频特性要好；-带宽要宽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：4MHz，FM：30MHz)。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36~44dB。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)例：FM对光源要求低假设：RIN噪声起主导作用FM系统中S/N=C