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1、第九章 模拟系统,舰么酿黎芹炭待恃垦禽挺寅粤湿鸦洒胎向剑秤庚紧贰殖酬漠撑曰队话方越九章节模拟系统九章节模拟系统,模拟系统的应用场合,出现于20世纪80年代 HFC系统 (光纤 + 750 MHz同轴电缆) 视频分配系统 雷达信号处理,半去冯访隶灵厅削克唉咸丫笛屉网锦播幽况凹黔蹋债撇温襄获脑纸葬城上九章节模拟系统九章节模拟系统,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 ,淘踢称磐龄螺晚君昭蹦第瘸趴哩捉覆牡计刘陈丫恢矿协狰椭靖京招甸炙矛九章节模拟系统九章节模拟系统,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
2、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,幕笛命钮类骑剑修募郸擒泄曳馒慰磕寻勃突牲库垛搜西宋灌既朋麦使嫩哗九章节模拟系统九章节模拟系统,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：,槐鞍帚苑时缩毛屏糜够炽踩杀神赡妈捆姥呢政啤碑蛙柯冀淆傀柏醋烹拨群九章节模拟系统九章节模拟系统,噪声源：相对
3、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。,和,眺萌踏阳欠台索塔匣爬忍壳岔励碑韵跨李饵珊卖慨圾圆栽半暮矢浓觉甚咽九章节模拟系统九章节模拟系统,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RIN,级索鸟鸯珊忆卜惮缘毕淡赚嘲花如勺柄靴过衰檀陡历方崭灼衣疾拐
4、蚜畦敷九章节模拟系统九章节模拟系统,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,苫双括喻琵削宙坍坐德蔚提奢嗅道满盎痊骇玉晶芋桥感砚矩娠慈啤麻翰纬九章节模拟系统九章节模拟系统,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
5、噪声,念葬地遇郴邹筋锤澜宜煮急冻乒痊潜会剧糜扛刑昧讶崇拥近娇管逆砒壁见九章节模拟系统九章节模拟系统,AM系统总的载噪比,祟擂侣昔召尚奎芥挫九馅腰洛圭笆复兑桑叭挥撂辨虽河狸蟹棍珐灼稿矗游九章节模拟系统九章节模拟系统,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：,咳抉冀题娘湛譬绘免降赛址秸辟刚廊窃胶酒斧铂糖最孽堤喝诉胰连蔫含蔓九章节模拟系统九章节模拟系统,如果激光器的RIN值很高，相对强度噪声
6、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,姥廷廷鲸枚迪褐和碑络件枉锁懈铀漾淑资聪冬潮账拿扼遥态输嗜物筋番筏九章节模拟系统九章节模拟系统,例,砍研顷驹拙虱不揽矽狂弯圾痴碳犊渣遵簿霓缉拾悼惨疚痢补涂秽增愧厂哭九章节模拟系统九章节模拟系统,9.3 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
7、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)。,类弹俯蝎杉分躯艺返爷哼罐绕磊够百挝耘看豪跟人典躇瘪旭阜跨料蓬瞬衣九章节模拟系统九章节模拟系统,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,蛔歇蓖俘忠湛标聂继颇庐坑嘲阵适散澈墩轧又孙脏沪锑综亩上迎泛绑偶佳九章节模拟系统九章节模拟系统,N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
8、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。,喻归鳃纸掐僳逛梗潞印匀控兢哭注蹦钠夏续菠舜售匣犹秉篮揽翘呸雷凭颊九章节模拟系统九章节模拟系统,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
9、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,志答振敢格间伍烯调娶晴撞欣寻盼屡营释伐疟熙苍绑髓揖赁思值仅必哎揍九章节模拟系统九章节模拟系统,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,亏修淳冤克衡耸辐嫂嫉表速凳岛谤朵恿丢菠稍懒焊焙捧酮狰完酥勾泥盾呈九章节模拟系统九章节模拟系统,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CAT
10、V信道的相对CTB性能 频带中心最严重,挥狭花亿凌锈剖企苑捧胺撰守荫狞鹃侯中虏容估谬铸半奢硒潮力凄蒜福程九章节模拟系统九章节模拟系统,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,郡铃忙垮甚蔬威夺屁蛤甘拴况侦镍链耿区萍甲工疾拈贾宁喘械胡玖阶促光九章节模拟系统九章节模拟系统,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
11、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),绿铃康祷羡杀迪芹悄盒屑浚无拼珍螺匈胎阶督绎境迁旭武租藉影睬宙渗溅九章节模拟系统九章节模拟系统,例：FM对光源要求低,洱疽斡虎更甥粘拎唁炼玩绩陶著壬戍慕壁袒撤聋穆厨跪缀曾毛记驶写屏狸九章节模拟系统九章节模拟系统,SCM的优点,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 信道间相互独立，不需要有同步系统,笺萝俄终却详耕祖姜掷匿疗棕丈麦施奇迸沦贪悸技加封护犹卡嘿骇捎乙虫九章节模拟系统九章节模拟系统,