模擬光纖通信系統(tǒng)

PAGEPAGE1第六章模擬光纖通信系統(tǒng)（4學(xué)時）一、教學(xué)目的及要求：使學(xué)生熟悉模擬光纖通信系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)特點，重點要求他們掌握模擬光纖通信的系統(tǒng)調(diào)制方式、模擬基帶直接光強調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng)和副載波復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。二、教學(xué)重點及難點：本章重點：調(diào)制方式、模擬基帶直接光強調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng)、副載波復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng)。本章難點：調(diào)制方式三、教學(xué)手段：板書與多媒體課件演示相結(jié)合四、教學(xué)方法：課堂講解、提問五、作業(yè)：課外作業(yè)：6-16-26-46-5六、參考資料：《光纖通信》劉增基第六章。《光纖通信》楊祥林第八章第九章七、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計：教學(xué)內(nèi)容教學(xué)設(shè)計備注【導(dǎo)入】（2分鐘）回顧上節(jié)課的主要內(nèi)容，借以引出這節(jié)課的主要內(nèi)容。導(dǎo)入[提問]提問引出本章的教學(xué)內(nèi)容。2分鐘【講授新課】（96分鐘）第六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。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)。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)。2.脈沖頻率調(diào)制(PFM)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)。采用模擬間接光強調(diào)制的目的是提高傳輸質(zhì)量和增加傳輸距離。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)。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。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)(2)SCM系統(tǒng)靈敏度較高，又無需復(fù)雜的定時技術(shù)(3)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。模擬信號直接光強調(diào)制系統(tǒng)方框圖6.2.1特性參數(shù)評價模擬信號直接光強調(diào)制系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量的最重要的特性參數(shù)是信噪比(SNR)和信號失真(信號畸變)。1.信噪比系統(tǒng)的信噪比定義為接收信號功率和噪聲功率(NP)的比值。式中，〈i2s〉和〈i2n〉分別為均方信號電流和均方噪聲電流，RL為光檢測器負載電阻。信噪比一般用dB作單位。和SNR關(guān)系密切的一個參數(shù)是接收靈敏度。和數(shù)字光纖通信系統(tǒng)相似，在模擬光纖通信系統(tǒng)中，我們把接收靈敏度Pr定義為：在限定信噪比條件下，光接收機所需的最小信號光功率Ps,min，并以dBm為單位。假設(shè)系統(tǒng)除量子噪聲外，沒有其他噪聲存在，在這種情況下，靈敏度由平均信號電流決定，這樣確定的靈敏度稱為(最高)極限靈敏度。2.信號失真一般說，實現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光源，由于在大信號條件下工作，線性較差，所以發(fā)射機光源的輸出功率特性是DIM系統(tǒng)產(chǎn)生非線性失真的主要原因。非線性失真一般可以用幅度失真參數(shù)——微分增益(DG)和相位失真參數(shù)——微分相位(DP)表示，其定義為雖然LED的線性比LD好，但仍然不能滿足高質(zhì)量電視傳輸?shù)囊蟆ＤM信號直接光強調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng)的非線性補償有許多方式，目前一般都采用預(yù)失真補償方式。預(yù)失真補償方式是在系統(tǒng)中加入預(yù)先設(shè)計的、與LED非線性特性相反的非線性失真電路。這種補償方式不僅能獲得對LED的補償，而且能同時對系統(tǒng)其他元件的非線性進行補償。由于這種方式是對系統(tǒng)的非線性補償，把預(yù)失真補償電路置于光發(fā)射機，給實時精細調(diào)整帶來一定困難，而把預(yù)失真補償電路置于光接收機，則便于實時精細調(diào)整。在模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)中，最廣泛使用的電路是微分相位四點補償電路。這種電路的相位補償是利用集電極和發(fā)射極輸出的信號相位差180°的原理構(gòu)成的全通相移網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的。微分相位補償電路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。(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)。(3)調(diào)制指數(shù)m(mTV)要適當大。(4)光功率溫度穩(wěn)定性要好。模擬基帶DIM光纖電視傳輸系統(tǒng)光發(fā)射機方框圖如圖光發(fā)射機方框圖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：(1)信噪比(SNR)要高；(2)幅頻特性要好；(3)帶寬要寬。光接收機方框圖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)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。模擬基帶直接光強調(diào)值光前點時傳輸系統(tǒng)方框圖主要技術(shù)參數(shù)舉例如下。1.系統(tǒng)參數(shù)(1)視頻部分：帶寬0～6MHzSNR≥50dB(未加校)DG4%發(fā)射光功率≥15dBm(32μW)接收靈敏度≤30dBm(2)伴音部分：帶寬0.04～15kHz輸入輸出電平0dBrSNR55dB(加校)畸變2%伴音調(diào)頻副載頻8MHz2.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。3.系統(tǒng)對光纖帶寬的要求在短波長使用LED光源的情況下，光纖線路總帶寬應(yīng)為B=(B2m+B2c)1/2在實際工程中是否采用短波長LED和多模SI光纖，要根據(jù)經(jīng)濟效益(系統(tǒng)成本和維修費用)來決定。講解[板書][板書][板書][多媒體課件]96分鐘6.3副載波復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng)模擬基帶電視信號對射頻的預(yù)調(diào)制，通常用殘留邊帶調(diào)幅(VSBAM)和調(diào)頻(FM)兩種方式，各有不同的適用場合和優(yōu)缺點。副載波復(fù)用(SCM)模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)方框圖為：副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)方框圖6.3.1特性參數(shù)對于副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)，評價其傳輸質(zhì)量的特性參數(shù)主要是載噪比(CNR)和信號失真。1.載噪比載噪比CNR的定義是，把滿負載、無調(diào)制的等幅載波置于傳輸系統(tǒng)，在規(guī)定的帶寬內(nèi)特定頻道的載波功率(C)和噪聲功率(NP)的比值，并以dB為單位，用公式表示為式中,〈i2c〉為均方載波電流，〈i2n〉為均方噪聲電流。每個信道的載噪比由此可見，載噪比CNR隨著調(diào)制指數(shù)m和平均接收光功率P0的增加而增加，隨三項噪聲的增加而減小。不論采用什么預(yù)調(diào)制方式，計算CNR的公式都相同，只是公式中具體參數(shù)不同而已，既適用于VSBAM,也適合于FM。但是為獲得相同SNR，不同預(yù)調(diào)制方式所需的CNR都是不同的。為在接收機解調(diào)后獲得相同SNR，兩種預(yù)調(diào)制方式所需的CNR比值為式中,Ｆd為由圖像信號產(chǎn)生的頻偏峰-峰值，Bb為基帶信號帶寬，Bf為FM信號帶寬。就載噪比而言，預(yù)調(diào)制方式FM優(yōu)于VSBAM。但是和VSBAM方式相比，F(xiàn)M方式存在一個本質(zhì)性問題，就是它占用的帶寬較寬，約為VSBAM方式的6倍。所以要根據(jù)不同應(yīng)用場合，選擇不同預(yù)調(diào)制方式。2.信號失真副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生信號失真的原因很多，但主要原因是作為載波信號源的半導(dǎo)體激光器在電/光轉(zhuǎn)換時的非線性效應(yīng)。由于到達光檢測器的信號非常微弱，在光/電轉(zhuǎn)換時可能產(chǎn)生的信號失真可以忽略。只要光纖帶寬足夠?qū)?，傳輸過程可能產(chǎn)生的信號失真也可以忽略。副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)的信號失真用組合二階互調(diào)(CSO)失真和組合三階差拍(CTB)失真這兩個參數(shù)表示。兩個頻率的信號相互組合，產(chǎn)生和頻(ωi+ωj)和差頻(ωiωj)信號，如果新頻率落在其他載波的視頻頻帶內(nèi)，視頻信號就要產(chǎn)生失真。這種非線性效應(yīng)會發(fā)生在所有RF電路，包括光發(fā)射機和光接收機。在給定的頻道上，所有可能的雙頻組合的總和稱為組合二階(CSO)互調(diào)失真。通常用這個總和與載波的比值表示，并以dB為單位，記為dBc。組合三階差拍(CTB)失真是三個頻率(ωi±ωj±ωk)的非線性組合，其定義和表示方法與CSO相似，單位相同。CSO和CTB將以噪聲形式對圖像產(chǎn)生干擾，為減小這種干擾，可以采用如下方法。(1)采用合理的頻道頻率配置，以減小C2i和C3i，改善CSO和CTB。(2)限制調(diào)制指數(shù)m，以保證CSO和CTB符合規(guī)定的指標。(3)采用外調(diào)制技術(shù)，把光載波的產(chǎn)生和調(diào)制分開。6.3.2光端機1.光發(fā)射機對殘留邊帶—調(diào)幅光發(fā)射機的基本要求是：(1)輸出光功率要足夠大，輸出光功率特性(P[CD*2]I)線性要好；(2)調(diào)制頻率要足夠高，調(diào)制特性要平坦；(3)輸出光波長應(yīng)在光纖低損耗窗口，譜線寬度要窄；(4)溫度穩(wěn)定性要好。VSBAM光發(fā)射機的構(gòu)成示于下圖。輸入到光發(fā)射機的電信號經(jīng)前饋放大器放大后，受到電平監(jiān)控，以電流的形式驅(qū)動激光器。LD輸出特性要求是線性的，但在實際電/光轉(zhuǎn)換過程中，微小的非線性效應(yīng)是不可避免的，而且要影響系統(tǒng)的性能。所以優(yōu)質(zhì)的光發(fā)射機都要進行預(yù)失真控制。VSBAM光發(fā)射機的構(gòu)成外調(diào)制1550nmDFB光發(fā)射機結(jié)合了直接調(diào)制1310nmDFB光發(fā)射機和外調(diào)制YAG光發(fā)射機的優(yōu)點。這種光發(fā)射機采用DFBLD作光源，用電流直接驅(qū)動，因而與1310nmDFB光發(fā)射機同樣具有小型、輕便等優(yōu)點。外調(diào)制1550nmDFB光發(fā)射機和EDFA結(jié)合，在兩個重要場合特別適用。主要應(yīng)用是取代微波和強化前端(Headend)所要求的超長傳輸距離。但這時必須采用復(fù)雜的抑制受激布里淵散射(SBS)才能發(fā)揮作用。SBS是一種依賴光功率的非線性效應(yīng)，這種效應(yīng)隨光纖長度的增長而明顯增加，所以必須進行補償。另一個重要應(yīng)用是在密集結(jié)構(gòu)的結(jié)點上，這種結(jié)構(gòu)需要高功率以分配給多個光分路。在這種場合就不存在SBS的限制了。2.光接收機對VSBAM光接收機的基本要求是：(1)在一定輸入功率條件下，有足夠大的RF輸出和盡可能小的噪聲，以獲得大CNR或SNR；(2)要有足夠大的工作帶寬和頻帶平坦度，因而要采用高截止頻率的光檢測器和寬帶放大器。VSBAM光接收機的構(gòu)成6.3.3光鏈路性能由光發(fā)射機、光纖線路和光接收機構(gòu)成的基本光纖通信系統(tǒng)，作為一個獨立的“光信道”，在工程上一般稱為光鏈路。光鏈路性能通常用在規(guī)定CSO和CTB的條件下，載噪比CNR與光鏈路損耗αL的關(guān)系表示，αL=PtP0,α和L分別為光鏈路的平均損耗系數(shù)和傳輸長度，Pt和P0分別為平均發(fā)射光功率和平均接收光功率。外調(diào)制YAG光鏈路性能光發(fā)射機RF輸入電平為18～33dBmv,工作帶寬為45～750MHz,發(fā)射光功率為13dBm，調(diào)制指數(shù)為2.5%，光波長為1310nm。當光鏈路損耗為10dB(相當于接收光功率3dBm)時，CNR=53dB，并隨光鏈路損耗的增加而減小。如果增加調(diào)制指數(shù)，使CNR改善2dB,CTB將從65dBc劣化為60.3dBc。講解[板書][板書][板書][多媒體課件]100分鐘【結(jié)束語】（2分鐘）展示并簡單介紹本課程各章節(jié)的名稱和主要內(nèi)容。布置作業(yè)。小結(jié)[幻燈片]展示本課程各章節(jié)名稱。讓學(xué)生了解本課程內(nèi)容框架，做到心里有數(shù)。[作業(yè)]布置課外作業(yè)，下次上課交。2分鐘八、課后小結(jié)：教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對課堂上演示的具體例子很感興趣，參與意愿、投入程度明顯較高。作為專業(yè)基礎(chǔ)課，應(yīng)避免流于泛泛的理論陳述和空洞的說教，而應(yīng)該用具體的例子來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，引導(dǎo)他們進行自行探究。

論大學(xué)生寫作能力寫作能力是對自己所積累的信息進行選擇、提取、加工、改造并將之形成為書面文字的能力。積累是寫作的基礎(chǔ)，積累越厚實，寫作就越有基礎(chǔ)，文章就能根深葉茂開奇葩。沒有積累，胸?zé)o點墨，怎么也不會寫出作文來的。寫作能力是每個大學(xué)生必須具備的能力。從目前高校整體情況上看，大學(xué)生的寫作能力較為欠缺。一、大學(xué)生應(yīng)用文寫作能力的定義那么，大學(xué)生的寫作能力究竟是指什么呢？葉圣陶先生曾經(jīng)說過，“大學(xué)畢業(yè)生不一定能寫小說詩歌，但是一定要寫工作和生活中實用的文章，而且非寫得既通順又扎實不可?！睂τ诖髮W(xué)生的寫作能力應(yīng)包含什么，可能有多種理解，但從葉圣陶先生的談話中，我認為：大學(xué)生寫作能力應(yīng)包括應(yīng)用寫作能力和文學(xué)寫作能力，而前者是必須的，后者是“不一定”要具備，能具備則更好。眾所周知，對于大學(xué)生來說，是要寫畢業(yè)論文的，我認為寫作論文的能力可以包含在應(yīng)用寫作能力之中。大學(xué)生寫作能力的體現(xiàn)，也往往是在撰寫畢業(yè)論文中集中體現(xiàn)出來的。本科畢業(yè)論文無論是對于學(xué)生個人還是對于院系和學(xué)校來說，都是十分重要的。如何提高本科畢業(yè)論文的質(zhì)量和水平，就成為教育行政部門和高校都很重視的一個重要課題。如何提高大學(xué)生的寫作能力的問題必須得到社會的廣泛關(guān)注，并且提出對策去實施解決。二、造成大學(xué)生應(yīng)用文寫作困境的原因：（一）大學(xué)寫作課開設(shè)結(jié)構(gòu)不合理。就目前中國多數(shù)高校的學(xué)科設(shè)置來看，除了中文專業(yè)會系統(tǒng)開設(shè)寫作的系列課程外，其他專業(yè)的學(xué)生都只開設(shè)了普及性的《大學(xué)語文》課。學(xué)生寫作能力的提高是一項艱巨復(fù)雜的任務(wù)，而我們的課程設(shè)置僅把這一任務(wù)交給了大學(xué)語文教師，可大學(xué)語文教師既要在有限課時時間內(nèi)普及相關(guān)經(jīng)典名著知識，又要適度提高學(xué)生的鑒賞能力，且要教會學(xué)生寫作規(guī)律并提高寫作能力，任務(wù)之重實難完成。（二）對實用寫作的普遍性不重視。“大學(xué)語文”教育已經(jīng)被嚴重地“邊緣化”。目前對中國語文的態(tài)度淡漠，而是呈現(xiàn)出全民學(xué)英語的大好勢頭。中小學(xué)如此，大學(xué)更是如此。對我們的母語中國語文，在大學(xué)反而被漠視，沒有相關(guān)的課程的設(shè)置，沒有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)實踐訓(xùn)練。這其實是國人的一種偏見。應(yīng)用寫作有它自身的規(guī)律和方法。一個人學(xué)問很大，會寫小說、詩歌、戲劇等，但如果不曉得應(yīng)用文寫作的特點和方法，他就寫不好應(yīng)用文。（三）部分大學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度不端正。很多非中文專業(yè)的大學(xué)生對寫作的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練都只是集中在《大學(xué)語文》這一門課上，大部分學(xué)生只愿意被動地接受大學(xué)語文老師所講授的文學(xué)經(jīng)典故事，而對于需要學(xué)生動手動腦去寫的作文，卻是盡可能應(yīng)付差事，這樣勢必不能讓大學(xué)生的寫作水平有所提高。（四）教師的實踐性教學(xué)不強。學(xué)生寫作能力的提高是一項艱巨復(fù)雜的任務(wù)，但在教學(xué)中有不少教師過多注重理論知識，實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)卻往往被忽視。理論講了一大堆，但是實踐卻幾乎沒有，訓(xùn)練也少得可憐。閱讀與寫作都需要很強的實踐操作，學(xué)習(xí)理論固然必不可少，但是閱讀方法和寫作技巧的掌握才是最重要的。由于以上的原因，我們的大學(xué)生的寫作水平著實令人堪憂，那么如何走出這一困境，筆者提出一些建議，希望能對大學(xué)生寫作水平的提高有所幫助。三、提高大學(xué)生應(yīng)用寫作能力的對策（一）把《應(yīng)用寫作》課設(shè)置為大學(xué)生的必修課。在中國的每一所大學(xué)，《應(yīng)用寫作》應(yīng)該成為大學(xué)生的必修課。因為在這個被某些人形容為實用主義、功利主義甚囂塵上的時代，也是個人生存競爭最激烈的時代，人們比任何時代都更需要學(xué)會寫作實用性的文章，比如職場競爭中的求職信，生活中的財經(jīng)文書、法律文書等，以提高個人的生存競爭能力。（二）端正大學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度。首先，要讓大學(xué)生充分認識到實用寫作課的重要性，這門課關(guān)乎到他人生的每一個方面，諸如就職，求愛，理財，人際交往等，是他終生都需要使用的一些基礎(chǔ)性的知識，也是他必備的一項生存技能。其次，實用寫作有它自身的規(guī)律和方法。它不是你想怎樣寫都行的，它有嚴格的格式性的要求，所以