第五章调制、编码和复用

6.2.2数字副载波调制
幅移键控ASK， ， 幅移键控 AmpltituteShiftKeying 频移键控FSK， 频移键控 ， frequencyShiftKeying
相移键控PSK， ， 相移键控 PhaseShiftKeying
5.3光调制 光调制
普遍采用的光调制方法是直接强度调制(IM)，它是 ， 普遍采用的光调制方法是直接强度调制 用电信号控制光源的驱动电流使输出光强(光幅度 光幅度)随 用电信号控制光源的驱动电流使输出光强 光幅度 随 输入信号电压变化。 输入信号电压变化。输入信号可以是模拟的 ，也可 以是数字的。 以是数字的。 除强度调制外,还有脉冲位置调制和脉冲宽度调制 还有脉冲位置调制和脉冲宽度调制。 除强度调制外 还有脉冲位置调制和脉冲宽度调制。 这两种调制方式是使光载波的脉冲位置和宽度在时间 上随输入电信号的幅度变化。 上随输入电信号的幅度变化。这种调制方法通常用于 低成本、单信道和短距离模拟遥测和控制系统。 低成本、单信道和短距离模拟遥测和控制系统。
5. 不归零码 图中所示的不归零码NRZ(Non-Return to Zero)的规律是当1出现时电平翻转, 当0出现时 电平不翻转。 因而数1和0的区别不是高低电平, 而是电平是否转换。 这种代码也叫差分码, 用 在终端到调制解调器(Modem)的接口中。
6. 双相码 双相码要求每一位中都要有一个电平转换。 因而这种码的最大优点是自定时, 同时双相码 也有检测错误的功能, 如果某一位中间缺少了 电平翻转, 则被认为是违例代码。
2. 极性码 在这种编码方案中, 分别用正和负电压表 示二进制数0和1, 例如在图中我们用+3 V表示 二进制数字0, 而用-3 V表示二进制数字1, 这种 代码的电平差比单极码大, 因而抗干扰特性好, 但仍然需要另外的时钟信号。
3. 双极性码 在双极性编码方案中, 信号在三个电平(正, 负, 零)之间变化, 一种典型的双极性码是所谓信 号交替反转编码AMI(Alternate Mark Inversion)。 在AMI信号中, 数据流中遇到1时交替地使电平 在正和负之间翻转, 而遇到0时则保持零电平。 双极性是三进制信号编码方法, 它与二进制相 比抗噪声特性更好。
它是保持正弦载波的幅度和频率不变， 相位调制 它是保持正弦载波的幅度和频率不变，改变它的 相位，而使其输出调制信号为输入信号电压的函数。 相位，而使其输出调制信号为输入信号电压的函数。
各种调制方式 应用范围
1 )基带 基带AM光强度调制 光强度调制(AM/IM):通常这种方式用于低成本单 基带 光强度调制 通常这种方式用于低成本单 信道系统或者宽带高SNR系统，如高性能视频传输。 系统， 信道系统或者宽带高 系统 如高性能视频传输。 2)副载波双边带 副载波双边带(DSB)调制和残留边带 调制和残留边带(VSB)调幅：这种调制 调幅： 副载波双边带 调制和残留边带 调幅 方式在光纤线路中通常并不采用， 方式在光纤线路中通常并不采用，除非待传输信号已经是这种 格式或者频分复用制式要求这种调制方式。 格式或者频分复用制式要求这种调制方式。 3)副载波调频 副载波调频(SCM/FM)：高SNR长距离光纤传输或者在单 副载波调频 ： 长距离光纤传输或者在单 根光纤上复用多个频分复用信道时，通常采用这种调制方式。 根光纤上复用多个频分复用信道时，通常采用这种调制方式。 4)副载波相位调制 副载波相位调制(SCM/PM)：通常被传输的信号已经是相 副载波相位调制 ： 位调制时才采用这种方式。 位调制时才采用这种方式。在用光纤直接取代微波或同轴电缆 的系统中应用。 的系统中应用。
4. 归零码 在归零码RZ(Return to Zero)中, 码元中间的 信号回归到0电平, 因此任意两个码元之间被0 电平隔开。 与以上仅在码元之间有电平转换的 编码方案相比, 这种编码方案有更好的噪声抑 制特性。 因为噪声对电平的干扰比对电平转换 的干扰要强, 而这种编码方案是以识别电平转 换边来判别0和1信号的。 图中表示出的是一种 双极性归零码。
第五章调制、编码和复用
概述 副载波调制 光调制 脉冲编码调制 频分复用 微波副载波复用(SCM) 时分复用(TDM) 光复用技术
5.1概述
5.1.1调制 调制
调制是用数字或模拟信号改变载波的幅度、频率或相位的过程。 调制是用数字或模拟信号改变载波的幅度、频率或相位的过程。 改变载波的幅度调制叫非相干调制， 改变载波的幅度调制叫非相干调制，而改变载波的频率或相位 调制是相干调制。 调制是相干调制。光通信系统中的非相干调制有直接调制和外 调制两种。前者是信息信号直接调制光源的输出光强： 调制两种。前者是信息信号直接调制光源的输出光强：后者是 信息信号通过外调制器对连续输出光进行调制。迄今为止， 信息信号通过外调制器对连续输出光进行调制。迄今为止，所 有实用化的光纤系统都是采用非相干的强度调制-直接检测 直接检测(IM/DD) 有实用化的光纤系统都是采用非相干的强度调制 直接检测
5.1.2编码
1为了使接收再生电路把相位或频率锁定到信号定时上。 2因为光接收机采用电容耦合，接收机不能对直流和低频分量响 应，使长连零信号的幅度逐渐下降，经判决电路后会产生误码。
编码的目的是使输出的二进制码不要产生长连“1”或长连“0”，而是使“1”码 和“0”码尽量相间排列。这样既有利于时钟提取，也不会产生如上图所示的 因长连零信号幅度下降使判决产生误码的情况。采用下面的几种编码方式就 可以基本达到以的目的：Βιβλιοθήκη Baidu1)使非归零码(NRZ)的“1”码在T/2周期时由高电平变成低电平，即由非归零 码变成归零码(RZ)，如图 (a)和(b)所示。 2)使用产生随机码的多项式编码对NRZ码进行扰码，确保长连“1”(高电平)或 长连“0”(低电平)光脉冲串不出现。 3)使用相位调制码，例如Manchester编码，不管输入信号如何，输出占空比总 是50％，如图 (c)所示。 4)在P-1特性的线性部分的于功率点偏置LED或LD，这样发射光脉冲是双极性 码，如图(d)所示。 5)在半功率点偏置光源，并用差分输入信号驱动它，发射脉冲总是正负相问变 化，因此减小了所有的低频分量，如图 (e)和(f)所示。 6)使用很高电平的窄脉冲进行脉冲位置调制，在判决前进行积分和再生，以便 恢复输入信号如图 (g)所示。
光 制 数 M0 = Ps 2P0为 调 指 ω0 和ωs 分别是光载波和输入信号角频率 R是 测 探 灵敏 度 M是 APD增 益
信号光电流
1 数 “”码时 字 “ ”码时 0
is = RMP(1) is = RMP(0)
2 2
信 比 别 噪 分 为 SNR = SNR =
( is)
σ
Is
2
2
σ
5.1.3复用 复用
信道复用是为了便于光纤传输，把多个低容量信道以及开锁信息 信道复用是为了便于光纤传输， 复用到一个大容量传输信道的过程。在电域内， 复用到一个大容量传输信道的过程。在电域内，信号复用可分为 时分复用(TDM)和频分复用 和频分复用(FDM)；在光域内，信号复用有光时 时分复用 和频分复用 ；在光域内， 分复用(OTDM)、光频 波)分复用 分复用(OFDM，WDM)和光码分复用。 和光码分复用。 分复用 、光频(波 分复用 ， 和光码分复用
=
2 +σT +σ 2 σs RIN RM PK P 2 2 σ 2 +σT s
=
(M R P ) (s ) M
0 0
σ 2为散粒噪声，T 为热噪声，2 是LD的相对强度噪声 σ2 σ RIN s
PPK 为脉冲峰值功率
6.3.2相干系统光调制 相干系统光调制
使用相干检测技术的主要优点是对接收光信号的幅度和相位进行检测和测 它允许对光载波幅度、相位或频率进行调制来发送信息。 量。它允许对光载波幅度、相位或频率进行调制来发送信息。在模拟通信 系统中，有三种调制方式，即幅度调制(AM)、频率调制 系统中，有三种调制方式，即幅度调制 、频率调制(FM)和相位调制 和相位调制 (PM)。 。 在数字通信系统中，也有三种调制方式，即幅移键控(ASK，Amplitude在数字通信系统中，也有三种调制方式，即幅移键控 ， ShiftKeying)，相移键控 和频移键控(FSK， ，相移键控(PSK，Phase-Shift Keying)和频移键控 ， 和频移键控 ， Frequency-Shift Keying)。如果基带数字信号只用来控制光载波的幅度大小 。 称幅移键控(ASK)，最简单的 就是“ 码时发送光载波 码时发送光载波， 称幅移键控 ，最简单的ASK就是“1”码时发送光载波，“0”码时不发 就是 码时不发 送光载波，称通短键控(OOK)。如果基带数字信号用来控制光载波的频率 送光载波，称通短键控 。如果基带数字信号用来控制光载波的频率, 称频移键控(FSK)。此时“1”码时发送的光载波频率为 1，“0”码时发送的 码时发送的光载波频率为f 码时发送的 称频移键控 。此时“ 码时发送的光载波频率为 光载波频率为f 根据前后光载波相位是否连续，又分为相位不连续的FSK 光载波频率为 0。根据前后光载波相位是否连续，又分为相位不连续的 和相位连续的FSK(即CPFSK)；此时“1”码和“0”码分别送出两个相位不 码和“ 码分别送出两个相位不 和相位连续的 即 ；此时“ 码和 一样(通常相差 o)的信号，如果送的是前后相位的变化量 例如“1”码时 通常相差180 的信号 如果送的是前后相位的变化量(例如 的信号， 例如“ 码时 一样 通常相差 o，“0”码时不变 ，则称差分相移键控 光载波相位改变180 码时不变)， 光载波相位改变 码时不变 则称差分相移键控(DPSK)。此外， 。此外， 还有一种载波恢复的PSK方式，称CRPSK方式。 方式， 方式。 还有一种载波恢复的 方式 方式
9. 多电平码 这种编码的码元可取多个电平之一, 每个 码元可代表几个二进制位。 例如, 令M=2n, 设 M=4, 则n=2, 若表示码元的脉冲取4个电平之一, 这样一个码元可表示两个二进制位。 和双相码 相反, 多电平码的数据速率大于波特率, 因而可 提高频带的利用率。 但是这种代码的抗噪声特 性不好, 传输过程中信号容易畸变到无法区分。
复用
调制
频分复用(FDM) 幅度调制(AM)残留边带调制(VSB) 调幅(AM) 频率调制(FM) 频移键控 (FSK)幅移键控(ASK) 相移键控(PSK) 时分复用(TDM) 差分脉码调制 脉冲编码调制(PCM) 波分复用(WDM) 直接基带传输 适用于所有形式的传输
5.2副载波调制
5.2.1模拟副载波调制
N = Tele T =10−9 2.73×10−15 = 365853
常用编码方案
数据编码
1.单极性码 在这种编码方案中, 只用正的(或负的) 电压表示数据。 例如, 在图中我们用+3 V表 示二进制数字0, 而用0 V 表示二进制数字1, 单极性码用在电传打字机(TTY)接口中以及 PC机和TTY兼容的接口中, 这种代码需要单 独的时钟信号配合定时, 否则当传送一长串0 或1时, 发送机和接收机的时钟将无法定时, 单极性码的抗噪声特性也不好。
5.3.1模拟强度光调制和数字强度光调制 模拟强度光调制和数字强度光调制
输入调制 光载波功率
模 拟 is(t ) = RMP0[1+ M0 cos(ωst )]
2P0 cos2 (ω0t )为 调 光 波 未 制 载 强度 ， p0 = A2 2为 置 平 光 率 偏 点 均 功
[1+ M0 cos(ωst)]co s2 (ω0t) P(t) = 2P0
光通信采用的调制方式
几种直接强度光调制(IM/DD)方式的实现和示意图解 方式的实现和示意图解 几种直接强度光调制
例：
用脉冲信号对光强度调制，使用波长为 用脉冲信号对光强度调制，使用波长为0.82um的 的 LED，请问当脉冲宽度为 时，在“1”码时有多少 ，请问当脉冲宽度为1ns时 码时有多少 个光振荡波形？ 个光振荡波形？ 解:已知 λ = 0.82um ,所以光频是 f = c λ = 3.66×1014 Hz , 已知 所以光频是 光波的周期是 T =1 f = 2.73×10−15 s。已知脉冲宽度是 1ns( 10−9 s )，所以在该脉冲宽度内的光周期数是 ，
7. 曼彻斯特码 曼彻斯特(Manchester)码是一种双相码。 在图中我们用高电平到低电平的转换边表示0, 而用低电平到高电平的转换边表示1。 位中间 的电平转换边既表示了数据代码, 也作为定时 信号使用。 曼彻斯特码用在以太网中。
8. 差分曼彻斯特码 这种编码也是一种双相码, 和曼彻斯特编 码不同的是, 这种编码的码元中间的电平转换 边只作为定时信号, 而不表示数据。 数据的表 示在于每一位开始处是否有电平转换: 有电平 转换表示0, 无电平转换表示1, 差分曼彻斯特编 码用在令牌环网中。
输入信号调制正弦载波的 幅度、 幅度、频率或相位的调制 方法叫模拟副载波调制
用输入模拟信号调制高频正弦波的过程叫模拟调制。 模拟调制 用输入模拟信号调制高频正弦波的过程叫模拟调制。 在接收端基带信号的恢复是通过低通滤波器滤除所有的高频成 分而得到的。 分而得到的。
它是保持正弦载波的幅度不变，改变它的频率， 频率调制 它是保持正弦载波的幅度不变，改变它的频率，使 其成为输入信号电压的函数。 其成为输入信号电压的函数。