模擬光纖技術脈沖頻率調制
脈沖頻率調制傳輸方式是目前模擬視頻光纖傳輸方式中傳輸質量最高的方式之一，其原理是調制脈沖重復頻率隨信號幅度大小呈線性變化，而脈寬保持不變。PFM 是信號光強度調制前的一種預處理過程，信號經(jīng)過脈沖調制后，頻譜會變寬，并以此可以換取傳輸質量的提高。而PFM 處理帶來的傳輸帶寬的增加，對于帶寬極寬的光纖來說并不存在什么問題，而且由于光源的非線性對系統(tǒng)的影響不大，故光調制深度可以增加，進一步提高系統(tǒng)的信噪比。
通過脈沖頻率調制可實現(xiàn)單路視頻傳輸，多路視頻傳輸，視頻/數(shù)據(jù)傳輸。下面對幾種方案做簡要描述。
單路視頻傳輸
單路視頻傳輸系統(tǒng)工作原理如圖1，在發(fā)射端基帶視頻信號經(jīng)過預加重，進行PFM 調制，然后去調制激光器。而在接收端通過PIN 管將光信號轉化成電信號，經(jīng)過PFM 解調恢復出視頻信號。
圖1 單路視頻傳輸系統(tǒng)原理圖
視頻信號經(jīng)過PFM 后，頻譜呈第一類貝塞爾函數(shù)分布，頻譜中含有無窮多個頻率分量，但功率譜主要集中在載波和低次諧波分量上，高次邊頻分量可略去不計，因此PFM 信號可近似認為具有有限頻譜?；鶐б曨l信號的帶寬為8MHz，經(jīng)過PFM 調制后，信號帶寬可限定在30 MHz以上而不會明顯影響PFM 性能。
不同于基帶視頻信號直接光強度調制方式，該系統(tǒng)對發(fā)光器件沒有特殊要求，可以根據(jù)實際工程需要選用不同的發(fā)光器件。如多模850nm 波長LED 滿足4 公里以內應用，單模1310nm波長LD 滿足30 公里以內應用，單模1550nm 波長DFB 激光器滿足100 公里以內應用。無論是多模LED，還是單模LD，系統(tǒng)都具有良好的性能。批量測試結果表明，系統(tǒng)經(jīng)過光纖傳輸后，系統(tǒng)主要指標為:加權信噪比為60dB，微分增益為3%，微分相位為3°。
由于PFM 信號解調輸出噪聲功率譜密度和調頻信號解調輸出噪聲功率譜密度一樣，呈三角形噪聲特性，造成高頻端噪聲大而低頻端噪聲小的現(xiàn)象。為了克服這種現(xiàn)象，在設計中往往采用預加重和去加重電路。預加重使視頻信號在頻率上人為地加以預傾斜，使高頻端升高，低頻端壓低。在接收端解調時，由于信號高頻端電平提升而使解調信噪比有所提高，而低頻端則有所降低，從而均衡了帶內信噪比的分布。另外，預加重對低頻成分起著壓縮作用，也壓縮了亮度信號的動態(tài)范圍，從而降低了微分增益和微分相位的失真。
多路視頻傳輸
通過將多路視頻分別調制于不同的頻率范圍，然后進行頻分復用，可以在單根光纖中實現(xiàn)多路視頻傳輸。其發(fā)射部分原理框圖如圖2，接收部分原理是發(fā)射部分的逆過程。
從理論上講，光纖和光器件的帶寬極大，完全滿足8 路以上多路視頻頻分復用的帶寬要求。但實際上由于目前采用的分立元件，特別是高頻電容和電感的精密度和穩(wěn)定性不夠，使得PFM中心頻率的穩(wěn)定性不好，中心頻率會隨時間和溫度漂移，加上帶通濾波器的特性也會隨溫度變化，給多路視頻復用帶來很多不穩(wěn)定因素。所以目前較為成熟的也只是四路圖象的頻分復用。
模擬光纖技術造價信息
基帶視頻信號直接光強度調制的工作原理是在光發(fā)射端通過基帶視頻信號直接調制光源，使輸出光的強度隨電視信號的幅度線性變化，然后在光接收端通過光電探測器將光信號還原成電信號，經(jīng)過放大和增益控制電路，得到穩(wěn)定的視頻信號。
在該系統(tǒng)中，通常采用發(fā)光二極管（LED）作為光源。LED 的特點是性能穩(wěn)定，線性度好，在多模光纖中不會產(chǎn)生模噪聲，因此能得到較好的信噪比、微分增益和微分相位。實驗證明：以LED 為光源的光傳輸系統(tǒng)中，系統(tǒng)性能指標：加權信噪比為54dB，微分增益為5%，微分相位為5°。LED 的工作波長為850nm，適合在多模光纖850 nm 窗口傳輸。LED 光源的輸出光功率典型值為-16dBm，而光電探測器的靈敏度為-30 dBm，因此光傳輸動態(tài)范圍為14 dB，在多模光纖中最遠可傳輸4 公里。
當然也可以采用LD作為光源。LD 可工作在單模1310 nm 窗口，由于單模1310 nm 窗口損耗小（考慮附加損耗后每公里0.45dB），可以滿足遠距離應用要求，傳輸距離可達30 公里。但是和LED 相比，LD 光源的線性度不好，在電路設計中必須增加預失真電路。因此增加了硬件成本和調試難度。
在接收端，必須具有自動增益控制電路，其作用除了可以使接收機的信號動態(tài)范圍擴大外，更重要的是因為這種系統(tǒng)接收端的輸出信號是隨著收到的光功率的大小而變化的，因而自動增益控制使接收端電視信號輸出電平維持衡定的接口電平。
基帶視頻信號直接光強度調制的工作原理是在光發(fā)射端通過基帶視頻信號直接調制光源，使輸出光的強度隨電視信號的幅度線性變化，然后在光接收端通過光電探測器將光信號還原成電信號，經(jīng)過放大和增益控制電路，得到穩(wěn)定的視頻信號。
在該系統(tǒng)中，通常采用發(fā)光二極管(LED)作為光源。LED 的特點是性能穩(wěn)定，線性度好，在多模光纖中不會產(chǎn)生模噪聲，因此能得到較好的信噪比、微分增益和微分相位。實驗證明:以LED 為光源的光傳輸系統(tǒng)中，系統(tǒng)性能指標:加權信噪比為54dB，微分增益為5%，微分相位為5°。目前LED 的工作波長為850nm，適合在多模光纖850 nm 窗口傳輸。LED 光源的輸出光功率典型值為-16dBm，而光電探測器的靈敏度為-30 dBm，因此光傳輸動態(tài)范圍為14 dB，在多模光纖中最遠可傳輸4 公里。
當然也可以采用LD作為光源。LD 可工作在單模1310 nm 窗口，由于單模1310 nm 窗口損耗小(考慮附加損耗后每公里0.45dB)，可以滿足遠距離應用要求，傳輸距離可達30 公里。但是和LED 相比，LD 光源的線性度不好，在電路設計中必須增加預失真電路。因此增加了硬件成本和調試難度。
在接收端，必須具有自動增益控制電路，其作用除了可以使接收機的信號動態(tài)范圍擴大外，更重要的是因為這種系統(tǒng)接收端的輸出信號是隨著收到的光功率的大小而變化的，因而自動增益控制使接收端電視信號輸出電平維持衡定的接口電平。
模擬光纖技術脈沖頻率調制常見問題
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脈沖頻率調制傳輸方式是模擬視頻光纖傳輸方式中傳輸質量最高的方式之一，其原理是調制脈沖重復頻率隨信號幅度大小呈線性變化，而脈寬保持不變。PFM 是信號光強度調制前的一種預處理過程，信號經(jīng)過脈沖調制后，頻譜會變寬，并以此可以換取傳輸質量的提高。而PFM 處理帶來的傳輸帶寬的增加，對于帶寬極寬的光纖來說并不存在什么問題，而且由于光源的非線性對系統(tǒng)的影響不大，故光調制深度可以增加，進一步提高系統(tǒng)的信噪比。
通過脈沖頻率調制可實現(xiàn)單路視頻傳輸，多路視頻傳輸，視頻/數(shù)據(jù)傳輸。下面對幾種方案做簡要描述。
模擬光纖技術單路視頻
單路視頻傳輸系統(tǒng)工作原理，在發(fā)射端基帶視頻信號經(jīng)過預加重，進行PFM 調制，然后去調制激光器。而在接收端通過PIN 管將光信號轉化成電信號，經(jīng)過PFM 解調恢復出視頻信號。
視頻信號經(jīng)過PFM 后，頻譜呈第一類貝塞爾函數(shù)分布，頻譜中含有無窮多個頻率分量，但功率譜主要集中在載波和低次諧波分量上，高次邊頻分量可略去不計，因此PFM 信號可近似認為具有有限頻譜?；鶐б曨l信號的帶寬為8MHz，經(jīng)過PFM 調制后，信號帶寬可限定在30 MHz以上而不會明顯影響PFM 性能。
不同于基帶視頻信號直接光強度調制方式，該系統(tǒng)對發(fā)光器件沒有特殊要求，可以根據(jù)實際工程需要選用不同的發(fā)光器件。如多模850nm 波長LED 滿足4 公里以內應用，單模1310nm波長LD 滿足30 公里以內應用，單模1550nm 波長DFB 激光器滿足100 公里以內應用。無論是多模LED，還是單模LD，系統(tǒng)都具有良好的性能。批量測試結果表明，系統(tǒng)經(jīng)過光纖傳輸后，系統(tǒng)主要指標為：加權信噪比為60dB，微分增益為3%，微分相位為3°。
由于PFM 信號解調輸出噪聲功率譜密度和調頻信號解調輸出噪聲功率譜密度一樣，呈三角形噪聲特性，造成高頻端噪聲大而低頻端噪聲小的現(xiàn)象。為了克服這種現(xiàn)象，在設計中往往采用預加重和去加重電路。預加重使視頻信號在頻率上人為地加以預傾斜，使高頻端升高，低頻端壓低。在接收端解調時，由于信號高頻端電平提升而使解調信噪比有所提高，而低頻端則有所降低，從而均衡了帶內信噪比的分布。另外，預加重對低頻成分起著壓縮作用，也壓縮了亮度信號的動態(tài)范圍，從而降低了微分增益和微分相位的失真。
模擬光纖技術多路視頻
通過將多路視頻分別調制于不同的頻率范圍，然后進行頻分復用，可以在單根光纖中實現(xiàn)多路視頻傳輸。
從理論上講，光纖和光器件的帶寬極大，完全滿足8 路以上多路視頻頻分復用的帶寬要求。但實際上由于采用的分立元件，特別是高頻電容和電感的精密度和穩(wěn)定性不夠，使得PFM中心頻率的穩(wěn)定性不好，中心頻率會隨時間和溫度漂移，加上帶通濾波器的特性也會隨溫度變化，給多路視頻復用帶來很多不穩(wěn)定因素。所以較為成熟的也只是四路圖象的頻分復用。
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