第一章-概论PPT课件.ppt

1、第九章 模拟系统设计,9.1 模拟链路概述 9.2 系统主要性能指标 9.3 多信道传输技术 9.4 相关应用,9.1 模拟链路概述,模拟光纤通信系统始于20世纪80年代末，主要用于微波多路复用信号、同轴电缆CATV网络（HFC）、视频分配、天线遥控、雷达信号处理等。,1. 直接强度调制 2. RF副载波AM/FM/PM调制 ,模拟线路的基本组成及噪声分配,载噪比(CNR)是在光检测过程之后，在射频（RF）接收机的输入端，计算规定的带宽内一个频道中的载波功率(C)与噪声功率(N)之比，一般以dB作单位。定义式为：,9.2 系统主要性能指标,9.2.1. 载噪比,含有N个噪声因子的系统，其总的C

2、NR值由下式给出：,单信道传输链路的主要信号损伤：激光器强度噪声波动、激光削波、光检测器噪声、光放大器噪声。 多信道传输链路的主要信号损伤：谐波失真、互调失真、放大的自发辐射(ASE)噪声。 三个主要因素：散弹噪声、光放大器噪声、激光削波。,让光源工作在线形区，其输出光功率P(t)的包络和输入的驱动电流s(t)具有相同的波形 Pt为偏置电流处光源输出的光功率，m (通常取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：,9.2.2 载波功率,其中，R0为光检测器的单位增益响应度。M是光检测器的增益，P是平均接收光功率。,9.2.2 光检测器和前置放大器的噪声,光检测器

3、噪声和载噪比：,其中，Ip为初始光电流，ID为体暗电流，M增益，F(M)是过剩噪声系数，B为接收机带宽。,前置放大器噪声和载噪比：,其中，Req为光检测器负载和前置放大器等效电阻，Ft为前置放大器的噪声系数。,9.2.2 相对强度噪声（RIN）,RIN：输出光的幅度或强度随机波动产生的噪声。,其中，(L)2为输出激光的强度起伏均方值， L是激光强度平均值。RIN与注入电流成反比。,Examples of RIN effects,IB/Ith1.2时，折射率导引激光器的RIN范围为-400dB/Hz到-500dB/Hz,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，此时载噪比与输入

4、光功率的平方成正比，即输入光功率增加1dB，载噪比增加2dB。,9.2.2 总的载噪比,对于设计较好的光电二极管，与中等强度的接收光信号相比，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，反射噪声将超过其它噪声，成为主导作用的噪声因素：,9.3 多信道传输技术,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。其实现技术包括残留边带调幅(VSB-AM)、频率调制(FM)和副载波复用

5、（SCM）。,9.3.1 多信道幅度调制(AM),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,当有多个载波频率通过半导体激光器等非线性器件时，除了原有的信号外，还会产生其他的频率分量（称为互调产物），他们在系统的频带内外产生严重干扰，从而导致传输信号劣化。,光调制指数：,mi为每个信道的调制指数,mi mc,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

6、保证CSO和CTB符合规定指标。,60个幅度调制 CATV信道的相对CSO性能 （CSO在通频带边缘最为严重）,60个幅度调制 CATV信道的相对CTB性能（CTB在频带中部最为严重）,AM调制优点：简单、方便,AM调制对发送机要求： 发射光功率要大，以利于增加传输距离； 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；,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，其信号比改善为：,9.3.2 多信道频率调制,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，对光源的线性放宽，改善了信噪比，但也增加了对带宽的要

7、求（AM：4MHz，FM：30MHz）。,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,系统对FM调制器的要求： 调制线性好； 调制系数高； 调制灵敏度高； 稳定可靠；,对不同信噪比（SNR）要求，AM与FM视频信号的RIN值与每信道光调制指数之间的关系曲线,多信道AM与FM视频信号分配系统中，功率预算与每信道光调制指数（OMI）之间的关系曲线,9.3.3 副载波复用（SCM）,所谓副载波是指射频电磁波，以区别于光调制时的光载波。在该系统中，信号由光传输，微波载波起光载波的副载波作用。,副载波复用模拟电视传输系统,每路电视信号调制在一个特定的射频载波

8、上，通过组合电路合成一路，然后将复用后的信号调制在光波上。,检测器将光信号还原为复用的电信号，再用解调器从各个已调副载波上解调出各路电视信号。,SCM特点：,不需要复杂的数字编码及数字复用技术，成本较低； 频带宽、容量大； 对激光器频谱纯度、频率稳定性没有特别的要求； 不需要放大器，避免放大器噪声影响； 信道间相互独立，不需要有同步系统。,9.4 相关应用微波光子技术（microwave photonics),利用光子技术实现微波信号的传输、处理等 主要应用领域 ROF（radio over fiber) 相控阵雷达 天文观测,ROF技术,移动通信： 1G,2G,3G,4G（beyond 3G

9、) 宽带无线接入 宽带固定无线接入（ MMDS） 无线局域网（WLAN） 宽带无线城域网（WiMAX） 超宽带无线接入（UWB） 个人无线局域网等,工作频率延伸至毫米波段,ROF技术,ROF的目的：,简化基站：将基站（BS）的绝大部分信号处理功能移至中心站（CS）集中处理，基站中的RF只保留必要的射频收发功能，基站和中心站之间的RF信号通过模拟光纤链路来传输分布式天线,问题：工作频率增加天线覆盖范围减小天线（基站）密度增加系统成本增加,关键技术：光纤模拟传输链路,相控阵雷达,相控阵雷达,调整天线元之间的的延迟差（相位差）实现波束方向的调整，故由称为波束形成器（beam forming) 可实现： 无惯性快速波束扫描 多个独立波束（多目标跟踪） 大功率（多天线元总和） 倍受关注的雷达技术 关键技术： 微波真延迟 微波移相 基于微波器件的问题： 易受干扰 系统笨重 功耗大,相控阵雷达,引入光子技术的目的： 抗电磁干扰 带宽传输 重量轻、体积小 关键技术 光子微波真延迟器（true time delay) 光子微波移相器(phase shifter) 光纤微波传输线,相控阵雷达,True time delay 2,天文观测,相干连接多个毫米波天线，构建毫米波天线阵（Millimeter Array） ALMA计划： 工作频率：28938GH