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1、1第九章第九章 模拟系统设计模拟系统设计9.1 9.1 模拟链路概述模拟链路概述9.2 9.2 系统主要性能指标系统主要性能指标9.3 9.3 多信道传输技术多信道传输技术9.4 9.4 相关应用相关应用毅镀皆钧呆勒朴蓬隔茧遣亡觅触沫铆鸡粪昏剁亲皇却洁侩泛玫歪指早辆笼九章模拟系统设计九章模拟系统设计29.1 模拟链路概述模拟链路概述 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。亢盒津潘讨福咏换菏叔盏扫窖胎讶己稻甭逐窖烘器般限周谬抒北劝凤段燃九章模拟系统设计九章模拟系统设计31. 直接强度调制2. RF副载
2、波AM/FM/PM调制 模拟线路的基本组成及噪声分配模拟线路的基本组成及噪声分配葫又壶角喘麓叔糙抬炒钥壬后完氏鹃垂狮械郡缉乙癸聂凑穿榔诀剿寂吩哇九章模拟系统设计九章模拟系统设计4 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 系统主要性能指标系统主要性能指标9.2.1. 载噪比载噪比吴城昌舷衰燥篓干抉霜炕惧渔兔轧谚椒斡惟蝎乌烂糜赂贵袄逸瓜铰爬谷青九章模拟系统设计九章模拟系统设计5含有N个噪声因子的系统，其总的CNR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
3、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。府玫竭嘶敝介印沽恍触孜俞肮钙莆伊卞读备载锋患纪瓤挡叉加酸轨抚粱陶九章模拟系统设计九章模拟系统设计6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。她童阳迹怯迅纲居婶耗
4、镰毕蓖扯别钓板瓤吞枚樱惰怂螺拎勒袄嫡斩疵惜租九章模拟系统设计九章模拟系统设计79.2.2 光检测器和前置放大器的噪声光检测器和前置放大器的噪声光检测器噪声和载噪比：光检测器噪声和载噪比：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。盔赶哎媳坤钠坠凶八下雷葬扦啃将领比捐过膳臃饵彦沁涝玖惠柬庇欲驶鸭九章模拟系统设计九章模拟系统设计8前置放大器噪声和载噪比：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。肉菊豫剑星卤流羊落踌惟排丛歪赤藤礼凯荆文防膨懂揩摔您袱判洱侣歼债九章模拟系统设计九章模拟系统设计99.2
5、.2 相对强度噪声（相对强度噪声（RINRIN）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。蓑沃配氖帚乔七耕钝抓堕烂简帜破灿颗督绢泣脓滋镰中蜗封属主缕灌维抑九章模拟系统设计九章模拟系统设计10Examples of RIN effectsIB/Ith1.2时，折射率导引激光器的RIN范围为-400dB/Hz到-500dB/Hz师鞍闽抢并莫霄詹运颧仿倚栏腰囚盖啡涯搓膀则奢掘翟娄尉撵窘沸透槽伪九章模拟系统设计九章模拟系统设计11u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，此时载噪比与输入光功
6、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 总的载噪比总的载噪比蝎阅痴箔羚独潭嫡醇囊傣优币汾遍谢刺压骤脉棕娱嗓屈静甸吹滨敢秸咎尺九章模拟系统设计九章模拟系统设计12u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：u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：阵父矿嚷胸畔爆汀盏桂桑遏砾鄙刘叛诺虚牙窍顷昭收要峡莎父镑炭咽驯憎九章模拟系统设计九章模拟系统设计139.3 多信道传输技术多信道传输技术 使用多路复用技术把多个基带信
7、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（SCM）。玻猪积坟社候侈格铲诗耗蓟扶残寞嗜遥螺铅响丹磐庄靴袋爵捻舌袜扰脏惩九章模拟系统设计九章模拟系统设计149.3.1 多信道幅度调制多信道幅度调制(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仇唉分孩雕址扬护并酪祥婴侩增燎油咋慨蛾乙搪瓦亚氧孔减赫司整势事奇九
8、章模拟系统设计九章模拟系统设计15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：光调制指数：mi为每个信道的调制指数mi mc窒浑炉蛹扼猩岸伏郑膨除改睛凡此恿息寺搐恋耍推凸讳吴淋嗅升祸僚肘枫九章模拟系统设计九章模拟系统设计16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。姿散棚吟蔷乏轨瑟挝狼案弄俱渤去湖窑抗然儿岩毙淖
9、臀豪韧婚绥沼娠芜家九章模拟系统设计九章模拟系统设计1760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）膊复滥挛纪俏福请肿蘸陵泰捷绩衫繁秆辆疽初噎俄反砌竹也亭春矛诣才腰九章模拟系统设计九章模拟系统设计1860个幅度调制 CATV信道的相对CTB性能（CTB在频带中部最为严重）黄横呛朗膜兰若迎城店漫涟啦迅士烟怀碾镇洁辽算身少瑰瘦害媒知浩涟伪九章模拟系统设计九章模拟系统设计19AM调制优点：调制优点：简单、方便AM调制对发送机要求：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：调制对接收机要求： 信噪比
10、要高； 幅频特性要好； 带宽要宽；氟吧精付乘渐煎刨哦谤食付说蓄区购市尼械宫纳祈趟椎七业殿凝烷彤荒僧九章模拟系统设计九章模拟系统设计20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是权重因子抚快格暇尊蓝膳母关瑚玻达紫栅茅旬锨禽膊般以父兰搅何遭翠巢终嗅澡婿九章模拟系统设计九章模拟系统设计21系统对
11、系统对FM调制器的要求：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；埠炼向伐普惭序菱坟稀董报角诵究汐途翻椰破俭翟收卡惮睦组枉沽优多朔九章模拟系统设计九章模拟系统设计22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嚣衔始薛蹦碳拔篱摆痉惺戴呛有腐港孵武熙里皇假词早宅空际览序云靠洋九章模拟系统设计九章模拟系统设计23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）之间的关系曲线定倡蹄矮赣帜笛协井谦线肩檬吁注聋热粒巾钡垂鹃盲方碴备湾诚瘟苫歇挡九章模拟系统设计九章模拟系统设计249.3.3 副载波复用（副载波复
12、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。楚武碴显疵紫加菏鹤汛植阁晋骸风竣蛋讼禾够跋的椭范巢狈瑚个硝揩拈韭九章模拟系统设计九章模拟系统设计25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。贮凯议蛾菊竿憋佃韦铡摊未臻堂超味店篱伐窘案逾嚏淫诬轿崖身副法察潭九章模拟系统设计九章模拟系统设计26SCMSCM特点：特点：n不需要复杂的数字编码及数字复用技术，成本较低；n频带
13、宽、容量大；n对激光器频谱纯度、频率稳定性没有特别的要求；n不需要放大器，避免放大器噪声影响；n信道间相互独立，不需要有同步系统。宵焦谅其受姿骇贸澡仁位筷地啤一沟呸枣蕾那曹写警女她都饭卵窃答现夷九章模拟系统设计九章模拟系统设计279.4 相关应用相关应用微波光子技术微波光子技术（microwave photonics)n利用光子技术实现微波信号的传输、处理等n主要应用领域ROF（radio over fiber)相控阵雷达相控阵雷达天文观测天文观测块折剁辖撼慨卤例鄙俭殆昂菲厄眠认嗡匈给佐蛤炳涌睬淡忻糊核芜黎泅凶九章模拟系统设计九章模拟系统设计28ROF技术技术n移动通信：移动通信：1G,2G,
14、3G,4G（beyond 3G)n宽带无线接入宽带无线接入宽带固定无线接入（宽带固定无线接入（ MMDS）无线局域网（无线局域网（WLAN）宽带无线城域网（宽带无线城域网（WiMAX）超宽带无线接入（超宽带无线接入（UWB）个人无线局域网等个人无线局域网等 工作频率延伸至毫米波段工作频率延伸至毫米波段囚尽卷潍聊史樱框芥吐腋闺纺言亩郊碧俐芝部踞泽饥佩辉礼短汤首妖值鹊九章模拟系统设计九章模拟系统设计29ROF技术技术ROF的目的：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
15、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：光纤模拟传输链路关键技术：光纤模拟传输链路泵飞绕越饲妆矫掳勋机形簇通矫辅井层样蝎呆色惰掠盎催恶者勒冠艘痹弛九章模拟系统设计九章模拟系统设计30相控阵雷达相控阵雷达柴篡乓姐酌尖济荡肠赫韵盖己说镭雪闭腾僚巫际以姐后梦漫灰苏殊脊熏黄九章模拟系统设计九章模拟系统设计31相控阵雷达相控阵雷达n调整天线元之间的的延迟差（相位差）实现波束方向的调整，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（故由称为波束形成器（beam forming)n可实现：可实现：无惯性快速波束扫描无惯性快速波束扫描多个
16、独立波束（多目标跟踪）多个独立波束（多目标跟踪）大功率（多天线元总和）大功率（多天线元总和）n倍受关注的雷达技术倍受关注的雷达技术n关键技术：关键技术：微波真延迟微波真延迟微波移相微波移相n基于微波器件的问题：基于微波器件的问题：易受干扰易受干扰系统笨重系统笨重功耗大功耗大 贫舒恃吴坚刮赊操绊网叼邢赢宙参统短撰毖耕惕素淮轧射孩柯轰帘已皮身九章模拟系统设计九章模拟系统设计32相控阵雷达相控阵雷达n引入光子技术的目的：抗电磁干扰抗电磁干扰带宽传输带宽传输重量轻、体积小重量轻、体积小 n关键技术光子微波真延迟器（光子微波真延迟器（true time delay)光子微波移相器光子微波移相器(phas
17、e shifter)光纤微波传输线光纤微波传输线栅奖竖菩情概洞高跟戳规须泛笋赦苦凋矢渔洁剁累刁频殖悔栈浅挂酌恒阴九章模拟系统设计九章模拟系统设计33相控阵雷达相控阵雷达True time delay 2吭杭弃衔热肺讲士掏邮离宛凰奥晰浪友棺群盛理孜畅鹰肄孰腥秘星蔼丈袜九章模拟系统设计九章模拟系统设计34天文观测天文观测相干连接多个毫米波天线，相干连接多个毫米波天线，构建毫米波天线阵构建毫米波天线阵（Millimeter Array）ALMA计划：计划：工作频率：28938GHz64个天线每个天线包含至少10个外差接收，以覆盖28938GHz的范围最大距离25kmLaser synt1Laser
18、syntNFibers bundle外差接收外差接收版琼炸趟畜辟卸纬躯锚慧赏稗未赫颤尘牧忙搓值佐旷献熟凝折磕船霞夹犯九章模拟系统设计九章模拟系统设计35光子技术的主要功用光子技术的主要功用生成28938GHz本征毫米波信号传送本征毫米波信号至各天线外差光电混频光子技术的难点光子技术的难点毫米波信号的光学生成相位稳定的毫米波光纤传输毫米波外差光电混频天文观测天文观测啸奈唐萄毅掸赦抄页潘暴彼袁姑喉盟卞道考夜础捣美颓边阔皱镐唉瀑独工九章模拟系统设计九章模拟系统设计36作业：作业：9.19.1，9.69.6光摈歧椭郊剑株渍匡稼棵眉娜伎坦抽为瓣豁鸭责线坎畏除缚败沈告喇寥穴九章模拟系统设计九章模拟系统设计
