光纤模拟通信系统调制方法

可分两类：一类是模拟信号直接调制光源的强度形成基带调幅（AM）系统，方式最简单，另一类是模拟信号先对一个电的副载频进行调制，这个副载频可以是正弦的也可以是脉冲序列，调制方式可以是调幅（AM）、调频（FM）或调相（PM），相应地得到AM、FM、PM、PAM、PFM或PPM电调制信号，用此信号再对光源的强度进行二次调制，最终得到AM/AM、FM/AM、PM/AM、PAM/AM、PFM/AM或PPM/AM光已调信号，这就是副载频调制系统。如果多个模拟信号对应地对多个频率选择恰当的电副载频调制，并且将此多路已调信号合成（类似于载波通信技术中的频分复用群信号），此合成信号再对光进行调制，即可实现多路光纤模拟通信。调制方法甚多，常用的方法只限于基带直接调制：AM/AM、FM/AM及PFM/AM数种。

数字通信系统无论是对噪声还是非线性失真都具有较大的容许极限。模拟通信系统则丝毫不具这种性能，噪声与非线性失真一旦附加于原信号上，就除不掉，故模拟系统对信噪比及失真性能的要求远比数字系统严格，光纤模拟通信系统也是如此。要想使光纤模拟通信系统保持与光纤数字通信系统有同等的通信质量，除了非线性失真应严格控制外，接收端的信噪比应大于数字系统20～30dB，这意味着如果两种系统的设备产生同样大的内部噪声，用模拟系统来接收信号必须加大功率或是缩短传输距离才可。

构成包括光发送机、光缆（光纤）及光接收机三部分。光发送机将用户电模拟信号经处理后转变为光模拟信号，由光纤传送至光接收机，经光电二极管恢复为电信号再经处理输出至用户。这种通信系统结构简单，造价低，适合于中、短距离（数千米至数十千米）传输音频、视频及数据等。它传输频带宽、损耗低，已广泛用于多路有线电视的主干线上。

光纤模拟通信系统主要工作于光纤的三个低损耗波长上（短波长为0.85μm，长波长为1.3μm及1.55μm），工作于短波长的系统一般都是用多模光纤传输信息，采用半导体激光器（LD）或半导体发光二极管（LED）作光源，用半导体光电二极管（PIN）或半导体雪崩光电二极管（APD）为光检测器。这类系统只适合于短距离（10km左右）传输频带不甚宽的信号。工作于长波长的系统多是采用单模光纤作为传输媒介，单模光纤在1.3μmm处的色散为零，它的损耗特性与色散特性都优于多模光纤，即使传送宽带业务（例如电视节目）也能达40余公里，如采用1.55μm的色散位移光纤，传输距离可增大到70km左右，这种系统适合于中距离传输。已用于多路有线电视主干线的传输系统中。

① 光发送机：

它的电调制部分与常规同类的通信设备相似。光源辐射出的能量远非理想单色性，而具有一定的谱线宽度，不可能单独利用它的频率与相位，只能对它的强度进行调制。因为大多数半导体激光器及发光二极管的输出光功率与输入电流基本成线性关系。光调制器实际上是以激光器或发光二极管为负载的一个电流驱动器，只需将信号的动态范围控制到适合于光源器件的线性工作电流区内即可达到一般要求。对非线性有更高要求时，可附加补偿电路以降低二次谐波、三次谐波及互调失真（在多路通信中还有交叉调制失真）并严格挑选光源器件。发送机内的激光器参数随温度变化，是不稳定的，它的阈值电流随温度上升而上升，输出光功率因温度上升而下降，为了使它工作稳定，端机内设有自动功率控制与自动温度控制电路。激光器的光子产生率是有起伏的，这就产生了量子散粒噪声，激光器件工作于阈值电流附近时，也有较大的附加噪声，调制器应避开此点以降低噪声；

②光接收机：

由光电检测器、前端放大器及后级放大器等组成。光电检测器（PIN或APD）是噪声的来源，主要是散粒噪声。它们的暗电流及感光后产生的光电流都伴有噪声，感光电流增大噪声也随之加大。接收机前端放大器也是噪声源之一，以热噪声为主，常采用高跨导低输入电容的场效应管组成跨阻抗放大器与光电二极管相联接，依靠调整跨阻抗数值来解决噪声与频带间的矛盾。前端放大器与后级放大器都应有良好的频带响应性能以避免产生失真。APD的雪崩增益是随温度与偏置电压变化的参量；在工作过程中温度发生变化会影响雪崩增益，所以常用一自动偏置电压调节电路，改变偏置电压以稳定雪崩增益；

③为了维护方便与保护器件及人身安全，在光发送机及光接收机中都设有一系列辅助监控电路，例如过压过流保护、断电、光源器件因老化后输出光功率减少、发送无光或接收无光等告警电路，完善的设备还具有自动倒换等更多的功能；

④光缆（光纤）：由多根光纤组成，光纤是传导光波的媒介，其本身不产生噪声，与光源配合不当时，也会产生严重的噪声，甚至使通信变为不可能。通常有两种现象，第一类是产生模式噪声，系统采用窄谱线的激光器（例如单纵模激光器）与多模光纤配合使用时会发生模式噪声。因为激光器辐射的相干光在光纤中激励的众多空间模相互干涉，在光纤的截面上分布的光能量是不均匀的，呈斑点状，光纤受微小外力作用或激光器波长的微小变化都会严重地影响到光纤内各模的干涉情况，使模斑点形状发生变化。若光在传输途径中经过不均匀的点或不完善的耦合连接器，通过这个点的光功率就发生起伏变化形成噪声。谱线愈宽相干性愈差的光源与多模光纤配用就不会产生模式噪声。由此可知，切勿将单纵模激光器与多模光纤配用。第二类是模分配噪声。它是由于激光器内总的辐射谱中各不同纵模的强度起伏，这些光通过单模光纤传输时，由于色散引起不同模按不同的群速迟延，它们此起彼伏的变化形成光功率的起伏，在接收端形成了噪声。这是多模激光器通过单模光纤造成的，使用时应避免这种情况。光纤的熔接点会产生反射形成噪声，降低了系统的信噪比。以上说明光纤本身虽不产生噪声但设计错误或施工不良都会引起噪声。