光纖通信全套教學課件

1、6.1 調(diào)制方式6.2 模擬基帶直接光強調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng)6.3 副載波復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng)第 6 章模擬光纖通信系統(tǒng)返回主目錄坤烈韶至伎給役嘴綽通截企棒懈帳礙凜誕刃鐐不較梨襄鼠燥媳蔑略逆襄禮光纖通信全套課件光纖通信全套課件第6章 模擬光纖通信系統(tǒng) 6.1調(diào)制方式 6.1.1模擬基帶直接光強調(diào)制 模擬基帶直接光強調(diào)制(DIM)是用承載信息的模擬基帶信號，直接對發(fā)射機光源(LED或LD)進行光強調(diào)制，使光源輸出光功率隨時間變化的波形和輸入模擬基帶信號的波形成比例。 20世紀70年代末期，光纖開始用于模擬電視傳輸時，采用一根多模光纖傳輸一路電視信號的方式，就是這種基帶傳輸方式。 所謂基帶，就是對載波調(diào)制

2、之前的視頻信號頻帶。 緝玫埋冠院哎龔鹿敞鉛謀礁毒甩走死椅犢怪喉山昭渡橋掣攝德江胃帛繁卻光纖通信全套課件光纖通信全套課件 于廣播電視節(jié)目而言，視頻信號帶寬(最高頻率)是6 MHz， 加上調(diào)頻的伴音信號，這種模擬基帶光纖傳輸系統(tǒng)每路電視信號的帶寬為8 MHz。用這種模擬基帶信號對發(fā)射機光源(線性良好的LED)進行直接光強調(diào)制，若光載波的波長為0.85 m， 傳輸距離不到4 km, 若波長為1.3 m，傳輸距離也只有10 km左右。這種DIM光纖電視傳輸系統(tǒng)的特點是設(shè)備簡單、 價格低廉，因而在短距離傳輸中得到廣泛應(yīng)用。青烽援耙虛賴喉沖袒宙顫費丹掐莫賞雖瘴詭銘宮幽宅御犢留隔囤綿閏牽頒光纖通信全套課件光

3、纖通信全套課件 6.1.2模擬間接光強調(diào)制 模擬間接光強調(diào)制方式是先用承載信息的模擬基帶信號進行電的預(yù)調(diào)制，然后用這個預(yù)調(diào)制的電信號對光源進行光強調(diào)制(IM)。這種系統(tǒng)又稱為預(yù)調(diào)制直接光強調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng)。 預(yù)調(diào)制又有多種方式，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模擬基帶信號對正弦載波進行調(diào)頻，產(chǎn)生等幅的頻率受調(diào)的正弦信號，其頻率隨輸入的模擬基帶信號的瞬時值而變化。然后用這個正弦調(diào)頻信號對光源進行光強調(diào)制， 形成FMIM光纖傳輸系統(tǒng)。 碟乓于憫息鎳稠洽鈍巡舒弘瓶子粉敬幢裹鍬燦巖潮慷倪遲鐵奉迸隨衷灑貪光纖通信全套課件光纖通信全套課件 2. 脈沖頻率調(diào)制(PFM)

4、 脈沖頻率調(diào)制方式是先用承載信息的模擬基帶信號對脈沖載波進行調(diào)頻，產(chǎn)生等幅、等寬的頻率受調(diào)的脈沖信號，其脈沖頻率隨輸入的模擬基帶信號的瞬時值而變化。然后用這個脈沖調(diào)頻信號對光源進行光強調(diào)制，形成PFMIM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基帶信號對方波進行調(diào)頻，產(chǎn)生等幅、不等寬的方波脈沖調(diào)頻信號，其方波脈沖頻率隨輸入的模擬基帶信號的幅度而變化。然后用這個方波脈沖調(diào)頻信號對光源進行光強調(diào)制，形成SWFMIM光纖傳輸系統(tǒng)。山婿瀑領(lǐng)憑井嫂懶鋅侖勻苯雕獲墾增養(yǎng)膿磊誠餓框邁唾稼圖蘆憾恍箱賈坤光纖通信全套課件光纖通信全套課件 采用模擬間接光強調(diào)制的目的是提

5、高傳輸質(zhì)量和增加傳輸距離。由于模擬基帶直接光強調(diào)制(DIM)光纖電視傳輸系統(tǒng)的性能受到光源非線性的限制，一般只能使用線性良好的LED作光源。 LED入纖功率很小，所以傳輸距離很短。在采用模擬間接光強調(diào)制時，例如采用PFMIM光纖電視傳輸系統(tǒng)，由于驅(qū)動光源的是脈沖信號， 它基本上不受光源非線性的影響，所以可以采用線性較差、入纖功率較大的LD器件作光源。因而PFMIM系統(tǒng)的傳輸距離比DIM系統(tǒng)的更長。對于多模光纖，若波長為0.85 m，傳輸距離可達10 km；若波長為1.3 m，傳輸距離可達30 km。對于單模光纖，若波長為1.3 m，傳輸距離可達50 km。SWFMIM光纖電視傳輸系統(tǒng)不僅具有P

6、FMIM系統(tǒng)的傳輸距離長的優(yōu)點，還具有PFMIM系統(tǒng)所沒有的獨特優(yōu)點。 渴箋屏粘過饋隘遜粹抨誣落私霄涯焚穆茫扦秉嗽蔡爍脯擻融避鴻字備脾攫光纖通信全套課件光纖通信全套課件 這種獨特優(yōu)點是：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)的信號質(zhì)量與傳輸距離無關(guān)。此外，SWFMIM系統(tǒng)的信噪比也比DIM系統(tǒng)的信噪比高得多。 上述光纖電視傳輸系統(tǒng)的傳輸距離和傳輸質(zhì)量都達到了實際應(yīng)用的水平，而且技術(shù)比較簡單，容易實現(xiàn)，價格也比較便宜。 盡管如此， 這些傳輸方式都存在一個共同的問題：一根光纖只能傳輸一路電視。這種情況，既滿足不了現(xiàn)代社會對電視頻道日益增多的要求，

7、也沒有充分發(fā)揮光纖大帶寬的獨特優(yōu)勢。因此，開發(fā)多路模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)，就成為技術(shù)發(fā)展的必然。 蓄眠遂失手扯掐鄙赤辜沃企充餅半肋反黍臥硫佑痔扭服期扼惜扯痕汽蕪豺光纖通信全套課件光纖通信全套課件 實現(xiàn)一根光纖傳輸多路電視有多種方法，目前現(xiàn)實的方法是先對電信號復(fù)用，再對光源進行光強調(diào)制。對電信號的復(fù)用可以是頻分復(fù)用(FDM)，也可以是時分復(fù)用(TDM)。和TDM系統(tǒng)相比，F(xiàn)DM系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單、制造成本較低以及模擬和數(shù)字兼容等優(yōu)點。而且，F(xiàn)DM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，使FDM多路電視傳輸方式受到廣泛的重視。渡甭槳視孤藍泉漸鈕榔捎熒瞪拳姿

8、吹漏吉鉆是遮扇署券灰零亨冠迄輥樸畦光纖通信全套課件光纖通信全套課件 6.1.3頻分復(fù)用光強調(diào)制 頻分復(fù)用光強調(diào)制方式是用每路模擬電視基帶信號，分別對某個指定的射頻(RF)電信號進行調(diào)幅(AM)或調(diào)頻(FM)， 然后用組合器把多個預(yù)調(diào)RF信號組合成多路寬帶信號，再用這種多路寬帶信號對發(fā)射機光源進行光強調(diào)制。光載波經(jīng)光纖傳輸后，由遠端接收機進行光/電轉(zhuǎn)換和信號分離。因為傳統(tǒng)意義上的載波是光載波，為區(qū)別起見，把受模擬基帶信號預(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)。 SCM模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點： (1) 一個光載波可以傳輸多個副載波，各個副載波可以承載不同類型的業(yè)務(wù)

9、，有利于數(shù)字和模擬混合傳輸以及不同業(yè)務(wù)的綜合和分離。翰斡戲?qū)涌赔櫫恍涕庁斨斐幤η柽z攙段敞莖洛擠傅酞銘暢雙甜耕霜恕篡光纖通信全套課件光纖通信全套課件 (2) SCM系統(tǒng)靈敏度較高，又無需復(fù)雜的定時技術(shù)， FM/SCM可以傳輸60120路模擬電視節(jié)目，制造成本較低。 因而在電視傳輸網(wǎng)中競爭能力強，發(fā)展速度快。 (3) 在數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)未能廣泛應(yīng)用的今天，線性良好的大功率LD已能得到實際應(yīng)用，因而發(fā)展SCM模擬電視傳輸系統(tǒng)是適時的選擇。這種系統(tǒng)不僅可以滿足目前社會對電視頻道日益增多的要求，而且便于在光纖與同軸電纜混合的有線電視系統(tǒng)(HFC)中采用。 副載波復(fù)用的實質(zhì)是利用光纖傳輸系統(tǒng)很寬的帶寬換

10、取有限的信號功率，也就是增加信道帶寬，降低對信道載噪比(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。錠癥機鋒躊拙沖芹咨戚髓所房含抗咎肉鈔衡杏衛(wèi)尊的撾喀刀撂張荊漾帥金光纖通信全套課件光纖通信全套課件6.2 模擬基帶直接光強調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng) 模擬基帶直接光強調(diào)制(DIM)光纖傳輸系統(tǒng)由光發(fā)射機(光源通常為發(fā)光二極管)、光纖線路和光接收機(光檢測器)組成， 這種系統(tǒng)的方框圖如圖6.1所示。 裂膛墑凈散恿戊須臍屠誕隘吳戲蔭裔樁綸誓淫損巧秦戎弗栗肌碳惱聲尸貍光纖通信全套課件光纖通信全套課件圖 6.1 模擬信號直接

11、光強調(diào)制系統(tǒng)方框圖 凍聚醬當枕苫曝票泊表蔓峻簾傳西恢領(lǐng)耗埂埂遠中舊亡咨宜遲汲衙礬矗饋光纖通信全套課件光纖通信全套課件 6.2.2光端機 光端機包括光發(fā)射機和光接收機。 1. 光發(fā)射機 模擬基帶直接光強調(diào)制光纖電視傳輸系統(tǒng)光發(fā)射機的功能是，把模擬電信號轉(zhuǎn)換為光信號。對這種光發(fā)射機的基本要求是： (1) 發(fā)射(入纖)光功率要大，以利于增加傳輸距離。 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。 發(fā)射光功率取決于光源，LD優(yōu)于LED。 (2) 非線性失真要小，以利于減小微分相位(DP)和微分增益(DG)，或增大調(diào)制指數(shù)m(mTV)。LED線性優(yōu)于LD。濃詣汲乍鄭臃醉傘魯醇差罵莽膨

12、楔怎宣綴軀請碾莽泰更筒迢原帚齲桓失劊光纖通信全套課件光纖通信全套課件 (3) 調(diào)制指數(shù)m(mTV)要適當大。m大，有利于改善SNR； 但m太大，不利于減小DP和DG。 (4) 光功率溫度穩(wěn)定性要好。LED溫度穩(wěn)定性優(yōu)于LD， 用LED作光源一般可以不用自動溫度控制和自動功率控制， 因而可以簡化電路、降低成本。 模擬基帶DIM光纖電視傳輸系統(tǒng)光發(fā)射機方框圖如圖6.6所示，輸入TV信號經(jīng)同步分離和箝位電路后，輸入LED的驅(qū)動電路。驅(qū)動電路的末級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)電視信號的幅頻特性，Re用于監(jiān)測通過LED的電流，Rc用于控制通過LED的極限電流，V2用于保護

13、LED防止反向擊穿，LED的工作點由箝位電路調(diào)節(jié)。怠粒恿牢瓤喂狡磁抑弟傀縱骯試死鄧曝浙時撐蔚賈鋸敬怎卡遮沫拌臂黍瞎光纖通信全套課件光纖通信全套課件 圖 6.6 光發(fā)射機方框圖 房嚏慮歪苗盈巳季猶申芝涅躊縮低挑昆浚棕渦躲缺吐侖齡檀耿籍翔瘦田擰光纖通信全套課件光纖通信全套課件圖6.7 LED驅(qū)動電路的末級及其工作原理 餅蛙奔己態(tài)雀亮稿驚律渦是頭茍肢俠頓墊阮女渴毛喀頌霹悔驚河嬌嶼博假光纖通信全套課件光纖通信全套課件 由于全電視信號隨亮場和暗場的變化而變化，為保證動態(tài)DP和DG的規(guī)定值，必須保持DP和DG補償電路的工作點不隨亮場和暗場而變化，所以應(yīng)有箝位電路來保證其工作點恒定。 在全電視信號中，圖像信

14、號隨亮場和暗場而變化，其同步脈沖信號在工作過程是不變的，因而利用同步脈沖和圖像信號處于不同電平的特點， 對全電視信號中的同步脈沖進行分離和箝位。 2. 光接收機 光接收機的功能是把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。 對光接收機的基本要求是： 交仇竿匆瓶苯壩班砰刷脅支節(jié)蘭甄辰吊溪嘴酣驗播產(chǎn)澎即夯瀾席肌呢岔瓊光纖通信全套課件光纖通信全套課件 (1) 信噪比(SNR)要高； (2) 幅頻特性要好； (3) 帶寬要寬。 模擬基帶DIM光纖電視傳輸系統(tǒng)光接收機方框圖如圖6.8所示，光檢測器把輸入光信號轉(zhuǎn)換為電信號，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，通常要用自動增益控制(AGC)。 光檢測器可以用PIN

15、PD或APD。PINPD只需較低偏壓(1020 V)就能正常工作，電路簡單，但沒有內(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。 規(guī)帆析蒜呢筏跌捌弛揍秒宇竄淆竭阿販鋅穩(wěn)逼鬧晤寸芭矮乃旭絞衣礙淬抉光纖通信全套課件光纖通信全套課件圖 6.8 光接收機方框圖 速賦季膘履傻蜂肅頂砍育絮罪潰齡頓罕康燈眺焊嘉夠傻預(yù)燎筋俱轄溉軋劇光纖通信全套課件光纖通信全套課件 APD的優(yōu)點是有20200倍的雪崩增益，可改善SNR。 對于模擬基帶DIM光纖電視傳輸系統(tǒng)，力求電路簡單，光檢測器一般都采用PINPD。 前置放大器的輸入信號電平是全系統(tǒng)最低的

16、， 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)都采用補償式跨阻抗前放。 如采用PINFET混合集成電路的前放，可獲得較高SNR和較寬的工作頻帶。 主放大器是一個高增益寬頻帶放大器，用于把前放輸出的信號放大到系統(tǒng)需要的適當電平。 由于光源老化使光功率下降，環(huán)境溫度影響光纖損耗變化，以及傳輸距離長短不一，使輸入光檢測器的光功率大小不同，所以需要AGC來保證光接收機輸出恒定。 前音瘁絨曝個寶搪繞椎抵防悅氯麗喉各國贏嚎民傭扇漓奢配同獺盅驟復(fù)慣光纖通信全套課件光纖通信全套課件 6.2.3系統(tǒng)性能 模擬基帶直接光強調(diào)制光纖電視傳輸系統(tǒng)方框圖如圖6.9所示。在發(fā)射端，模擬基帶電視信號和調(diào)頻(FM)

17、伴音信號分別輸入LED驅(qū)動器，在接收端進行分離。改進DP和DG的預(yù)失真電路置于接收端。主要技術(shù)參數(shù)舉例如下。 1. 系統(tǒng)參數(shù) (1) 視頻部分： 帶寬06 MHz SNR50 dB(未加校)計太需綠締圖他誦者伍吭暢阜茁緞椿鵲愿嘆罪乏遷殼肌煙姓撂婚稼又熄惠光纖通信全套課件光纖通信全套課件6.9 模擬基帶直接 光強調(diào)值光前點時傳輸系統(tǒng)方框圖福癥紀噴酵哲司殊共蹬葷荷銹李芳昂藝捍價由冕瞅渝蓖裳蜂引猛我杠變匹光纖通信全套課件光纖通信全套課件DG4%DP4發(fā)射光功率15 dBm(32 W)接收靈敏度30 dBm (2) 伴音部分：帶寬0.0415 kHz輸入輸出電平0 dBrSNR55 dB(加校)畸變2

18、%伴音調(diào)頻副載頻8 MHz 鋪釋采憲屬強幀天拯陪嗽詢債摘郎傳矽坯惋制吮誘欲芯冤身咆筑裳坯尼阜光纖通信全套課件光纖通信全套課件 2. 光纖損耗對傳輸距離的限制 模擬基帶直接光強調(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)發(fā)射光功率、接收靈敏度和光纖線路損耗可以計算傳輸距離L，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(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)。咸疲秒博愛斃駛狐桔房霞票紫環(huán)激譽洲穩(wěn)籬勛痹掀剖攪拐求敏料幽柄捻宵光纖通信全套課件光纖通信全套課件 對于波長為0.85 m和1.31 m的多模光纖

19、，損耗系數(shù)可以分別取3 dB/km和1 dB/km，M取3 dB。用上述舉例中的數(shù)據(jù)，Pt=15 dBm，Pr=30 dBm，由式(6.17)計算得到中繼距離分別為L=4 km和L=12 km。 3. 系統(tǒng)對光纖帶寬的要求 對于多模光纖而言，長度為L的光纖線路總帶寬B(MHz)和單位長度(1 km)光纖帶寬B1(MHzkm)的關(guān)系為 B1=BLJY(6.18) 式中串接因子=0.51，為方便起見，取=1, 這是最保守的取值，光纖線路總帶寬B=8 MHz，根據(jù)上面的計算，0.85 m和1.31 m中繼距離分別為L=4 km和L=12 km。 梗濘釀侵熄桓帽仍幅足壟魔富牛腕鵲霧隊涌啞住稱遣奏蝸沃嘯

20、畝耐卸莢氧光纖通信全套課件光纖通信全套課件 由式(6.18)計算得到，所需單位長度光纖帶寬分別為B1=32 MHzkm和 B1=96 MHzkm。 如果采用原CCITT G.651的標準多模GI光纖，其單位長度帶寬至少是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，認真計算是必要的，因為在短波長光纖材料色散和LED光源譜線寬度的影響是不可忽視的。 在短波長使用LED光源的情況下， 光纖線路總帶寬應(yīng)為 B=(B2m+B2c)1/2 貓綿暴黍促嗡垣壟豁悍觸褲鑒叭餒采凡找絲肅陽露戶磺瓣中回仙歲開捕叫光纖通信全套課件光纖通信全套課件 式中, Bm和Bc分別為模式色散和材料色散引起的帶寬。 式中, C()為光纖材料色散，為光源FWHM譜線寬度。 由式(6.19)和式(6.20)得到趴烘氟見