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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 + 750 MHz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 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： 相对强度噪声 (RIN) 由于受环境温度变化和内部的自发辐射的影响，半导体激光器输出光的幅度或强度会发生高频(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的单位为dB/Hz，并由下式给出： 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 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 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 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： 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 = 0.6 A/W RIN = -143 dB/Hz B = 10 MHz Pc = 0 dBm ID = 10 nA Req = 750 W Ft = 3 dB 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)。 f1 f2 f3 fN 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 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，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)，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