模拟光纤通信系统方案
模拟光纤通信系统
模拟光纤通信系统模拟光纤通信系统是一种基于光纤技术实现数据传输的通信系统。
光纤通信系统是目前最快、最可靠、最广泛使用的通信方式之一，其数据传输速度、带宽和抗干扰能力都在其他传输方式中处于领先地位。
下面就模拟光纤通信系统进行详细讲解。
一、光纤通信系统的简介光纤通信系统是一种利用光的传输效果将数字或模拟信号从一个地方传输到另一个地方的技术。
它基于光纤传输方式，即光信号通过光纤传输，具有低损耗、高速率和长距离等优势。
目前，光纤通信系统被广泛应用于电话、互联网、电视、广播等通信领域。
二、模拟光纤通信系统的工作原理模拟光纤通信系统一般分为发送端、光纤传输通道和接收端三个部分。
在发送端，模拟信号经过信号处理和调制后被转换成模拟光信号。
光信号经过一系列光学器件的调制和调节后沿着光纤传输通道送到接收端。
在光纤传输通道中，光信号由光纤中名为光纤芯的中央部分传输。
光纤芯由高折射率的玻璃或塑料材料制成，光通过它时被完全反射，从而减少了传播信号的损耗。
光纤芯的外部被一个被称为光纤包层的低折射率材料包围，其作用是防止光纤芯中的光逸出。
光纤包层还可以防止外界干扰信号，提高传输质量。
在接收端，经光纤传输的信号进入接收机进行解调，解调后的模拟信号经过放大和滤波处理后输出。
接收端还需要有一个时钟源对信号进行时钟恢复，以便于后续的数字处理。
三、模拟光纤通信系统的优点1、高速率。
模拟光纤通信系统的传输速率可以达到几千兆每秒（Gbps），比其他传输方式快得多，可以满足大量数据传输和信息交流的需求。
2、长距离。
光纤通信系统的传输距离可以达到数千公里，能够满足远距离通信的需求。
3、低损耗。
光纤传输中信号传输损耗小，信噪比高，能够有效地提高通信质量。
4、抗干扰能力强。
光纤通信系统中信号传输不受外界干扰的影响，能够保障通信信号的稳定性。
四、模拟光纤通信的应用领域光纤通信已经成为当今通信行业最重要的技术之一。
除了经典的电话、广播、电视传输以外，还有广域网应用，以及局域网、视频监控等领域都广泛应用了光纤通信。
光纤通信：光纤传输系统设计方案
光纤通信：光纤传输系统设计方案近年来信息化建设迅猛发展，人们对于数据、语音、图像等多媒体通信的需求日益旺盛，这大大加快了光纤通信的发展。
由于传统以太网在传输距离和覆盖范围方面已不再满足需要，同时光纤通信具有传输距离长、信息容量大、保密性好等优点，因此光纤通信对于信息化建设具有重要意义。
1、光纤通信的原理光纤通信技术从光通信中脱颖而出,已成为现代通信的主要支柱之一,在现代电信网中起着举足轻重的作用。
信息源把用户信息转换为原始电信号，这种信号称为基带信号。
电发射机把基带信号转换为适合信道传输的信号，这个转换如果需要调制，则其输出信号称为已调信号，然后把这个已调信号输入光发射机转换为光信号，光载波经过光纤线路传输到接收端，再由光接收机把光信号转换为电信号，电接收机的功能和电发射机的功能相反，它把接收的电信号转换为基带信号，最后由信息宿恢复用户信息。
2、本系统的设计方案本设计利用光发送模块、光接收模块以及光纤，设计并制作一套简易光纤传输系统。
总体方案如下图所示。
利用信号发生器产生待传送的模拟信号，经A/D转换电路变为数字电平，再通过光发送模块与光接收模块传输数据，并通过D/A转换及数据处理电路对其进行处理。
处理后的结果可通过示波器与信号发生器的输出波形对比观察。
为了实现A/D 转换功能，D/A转换功能与对信号处理的能力，特引入单片机控制模块。
图为系统的设计方案本设计的A/D转换模块采用的是ADC0809模拟/数字转换芯片，单片机采用的是AT89C51，光发送模块采用的是HFBR-1414T,光接收模块采用的是HFBR-2416T，D/A 转换模块采用的是DAC0832数字/模拟转换芯片。
(1)发送模块光发送器与接收器是现代光纤通信系统中的重要器件。
本设计采用的光发送器是Agilent公司生产的HFBR-1414T型号的光电器件，它是一种集成光发送模块，它内部有AIGaAs制成的LED发光二极管，出射光波长为820μm，频谱宽度为30μm，并有多种光纤接口，如 50/125μm、62.5/125μm和100/140μm。
46-模拟光通信系统
c) 光纤色散引起的非线性失真
P （输出 光功率）
2019/12/5
自发 辐射区
阈值电流
受激 辐射区
I（注入电流） 4
a）激光器P－I曲线的非线性失真
理想P-I曲线为： PPb ddP I (IIb)
当P－I曲线存在非线性时,可以将发射功率在偏置点附近展开 成泰勒多项式
N i1
cosi
t
1 4
N i1
cos(3i
t)
1 N
4 i1
N ji
cos(2i j )t cos(2i j )t
1 4
N i1
N ji
N
[cos(i
kj
j
k )t
cos(i
j
k )t
ki
c o s (i j k ) t c o s (i j k ) t ]
d 2 P 引起二次谐波失真和二次交调失真,用HID2 表示， dI 2
d2P
HID2 C
1 4
m Pb
dI 2 dp 2
dI
2019/12/5
7
iN 1co sit 3co s1tco s2tco s3t 3
5 4
dP
m Pmi Pb
Imi
dI
Pb
R(i )
2019/12/5
6
iN 1co sit 2co s1 tco s2tco s3t 2
N
NN
cos2it cositcosjt
i1
i1ji
N 2 1 2 iN 1 c o s ( 2it) 1 2 iN 1jN i c o s (ij) t c o s (ij) t
第一组模拟光纤通信系统
一、设计题目模拟光纤通信系统二、设计要求将信号源的正弦信号，通过光电调制变为光信号，用光纤传输，然后再光电解调，恢复为原始的电信号。
恢复的电信号可随信号源的电信号频率及幅度改变。
三、分析设计1分析：1）系统原理：光电通信系统首先将欲传输的电信号转换成光信号，通过合适的光导传输系统后，再将光信号复原成电信号。
完成这些转换和传输功能的关键元件是光发射机、光纤和光接收机等。
在光线通信系统中，光发射机的基本功能是将携带信息的电信号转换成光信号，并将光信号输送入光纤中。
发光射机主要由光源及其驱动电路以及一些使系统正常、可靠工作的辅助控制电路组成。
模拟光发射机的基本组成包括光源、输入电信号的接口电路、光源的驱动电路以及光源的控制、保护电路等四部分，结构如图所示。
要传输的电信号首先通过光发射机的接口部分进入光发射机，实现信号的幅度、阻抗的匹配，以适应光发射机的要求。
模拟光发射机框图:2）、发射电路为LED驱动电路，根据LED的P—I特性，要求注入电流30mA 至80mA,驱动电路使光源的注入电流随着输入信号的变化而变化，从而使光源发出的光携带有输入信号的特性，将电信号转换为光信号，实现光发射。
在实际搭建电路中，由于发光二极管的电阻大约为10欧姆左右，我们可用10欧姆电阻代替LED管（调试好后再换为二极管，以防止损坏器件），用示波器可以测得该电阻的直流分压。
由于要求注入LED的电流为30mA至80mA。
为了在温度发生变化时能使Ic维持恒定,所以采用射极偏置电路来稳定工作点,以达到恒定的C 极电流,从而使电路稳定工作。
3）、光接收电路由PIN和放大电路组成，PIN接收到LED通过光纤传来的光信号，将光信号转化为电信号，然后通过前置放大电路对接收到的电信号进行滤噪放大，最后通过放大电路对接收到的电信号放大,恢复出模拟正弦信号。
2、设计： 1）、光发射电路：LED驱动电路如下所示（其中LED用10欧姆电阻代替）Vb=R2/(R2+R1)*Vcc=240/(240+200)*5=2.73V; Ie=(Vb-Vbe)/R5=(2.7-0.7)/10=20mA;B=150>>1Ic=Ie=20mA;Vce=Vcc-Ic(R6+R5)=5-20*(10+46)=3.88V;静态工作点：Q(Vce, Ic)=( 3.88V,20mA);输入与输出波形如图所示：*注：在上图中，下面蓝色的为输入波形，上面红色的为输出波形,由上图知，直流电流值应为：（5—3.85）/30=40mA>30mA能够驱动LED，使LED工作。
光纤通信系统的模拟与优化技巧
光纤通信系统的模拟与优化技巧光纤通信是一种通过将信息转化为光信号并通过光纤传输的通信方式。
它具有高速传输、大带宽、低损耗等优点，被广泛应用于现代通信领域。
在设计和优化光纤通信系统时，模拟与优化技巧是非常重要的。
本文将介绍光纤通信系统的模拟与优化技巧，希望能为相关领域的研究人员提供一些参考。
首先，模拟光纤通信系统是优化的前提。
通过模拟光纤通信系统，可以了解光信号在光纤中的传播过程，找出信号传输过程中的问题，为后续的优化提供依据。
在模拟光纤通信系统时，需要考虑光信号的衰减、色散、非线性效应等因素。
这些因素对信号的传输距离、传输速率、误码率等指标都会产生影响。
因此，在模拟光纤通信系统时，需要详细考虑这些因素，并进行准确的建模和仿真。
其次，优化光纤通信系统需要考虑的因素非常多。
在光纤通信系统中，有很多可以优化的参数，如光纤的材料、光纤的直径、激光的频率等。
这些参数的变化会对光信号的传输性能产生影响。
因此，在优化光纤通信系统时，需要通过实验和模拟的方法，找出最佳的参数组合。
优化光纤通信系统的目标可以是提高传输速率、扩大传输距离、降低误码率等。
光纤通信系统的优化还需要考虑信号调制与解调技术。
信号调制与解调技术是光纤通信系统中非常重要的一环，它决定了信号的传输性能和可靠性。
常见的调制方式有直接调制和外调制两种。
直接调制是将信息信号直接调制到激光上进行传输，简单方便，但会产生调制失真和串扰等问题；外调制使用电信号对光信号进行调制，传输性能较好，但需要更复杂的设备。
在选择调制方式时，需根据实际需求进行合理选择，并进行实验验证和模拟优化。
此外，光纤通信系统的优化还需要考虑前向错误纠正编码技术。
前向错误纠正编码技术是一种通过添加冗余信息来实现传输过程中错误纠正的方法。
常见的前向错误纠正编码技术有海明码、卷积码等。
这些编码技术可以提高传输过程中的可靠性和稳定性，减少误码率。
在优化光纤通信系统时，需要根据实际需求选择合适的前向错误纠正编码技术，并进行模拟和优化。
第6章模拟光纤通信系统
第6章模拟光纤通信系统
11
SCM模拟电视光纤传输系统的优点
一个光载波可以传输多个副载波，各个副载波可 以承载不同类型的业务。
SCM系统灵敏度较高，又无需复杂的定时技术， 制造成本较低。
前后兼容。不仅可以满足目前社会对电视频道日 益增多的要求，而且便于在光纤与同轴电缆混合的有 线电视系统(HFC)中采用。
P=ＰB(1+mcosωt)
第6章模拟光纤通信系统
20
由于到达光检测器的信号很弱，光接收机引起 的信号失真可以忽略。在这些条件下，光检测器 的输出光电流：
is=I0(1+m cosωt)
(6.4)
均方信号电流：
is2
Im
2
2
（6.5）
式中, Im=mI0 为信号电流幅度，I0为平均信号 电流，m为调制指数。
ddpI |I1
ddpI |I2
m
a
100%
x
（6.15）
DP是LED发射光功率P和驱动电流I的相位延迟差，其定
D P I 2 I 1
（6.16）
式中, I1和I2为LED不同数值的驱动电流，一般取I2>I1。
第6章模拟光纤通信系统
31
LED不能满足高质量电视信号的线性要求
虽然LED的线性比LD好，但仍然不能满足 高质量电视传输的要求。
μm，传输距离也只有10 km
左右。
第6章模拟光纤通信系统
UC
L ED
C1
R2
V R1
4
D-IM光纤传输系统的特点
• 设备简单 • 价格低廉 因而在短距离传输中得到广泛应用。
第6章模拟光纤通信系统
5
6.1.2 模拟间接光强调制
实验四-模拟信号光纤传输系统实验
实验四模拟信号光纤传输系统实验一、实验目的1、了解发送光端机的发光管特性；2、掌握如何在光纤信道中高性能传输模拟信号；3、掌握发送光端机中传输模拟信号驱动电路的设计；4、了解光检测器的原理；5、光接收机的组成；二、预备知识1、光端机发光管特性；2、信道的非线性；3、光电转换特性；4、弱信号检测；三、实验仪器1、Z H5002(II)型“光纤发送模块”、“光纤接收模块”一套；2、20MHz示波器一台；3、低频信号源一台；4、光功率计一台；四、实验原理1、模拟光纤传输系统的主要技术指标：模拟光纤传输系统有两个关键性的质量指标：（1）信噪比S/N（2）信道线性度（非线性失真度）信噪比S/N与信道线性度分别表达噪声大小和线性好坏，这两个指标的数值依据传输的实际用途而定。
一般地说高质量的电视传输（例如演播室图象传输）要求信噪比S/N达到56dB，差分增益ΔG=0.3dB（差分增益是用于表示在不同输入信号电平上所引起增益的差值，即通道的线性度）。
对于数字载波传输系统（模拟信号传输），所需信噪比S/N和通道线性度一般比这要求低，可根据实际系统指标的分配决定。
2、模拟光纤传输系统的噪声来源噪声问题是模拟光纤系统最重要的问题之一，系统的任何组成部分包括有源部件和无源部件都可产生噪声，并叠加在传输信号之上。
在模拟传输系统中，主要由光发射机、传输光纤、光接收机和各类连接器所组成。
在光接收机中光检测器又由光检二极管和前置放大器组成。
模拟光纤传输链路中的噪声主要来源于以下几个方面：（1）光发射机中激光器光强的涨落,即相对强度噪声。
在模拟光纤系统中，激光器的直流偏置点是置于线性范围的中间，即在高于激光器阀值电流I th的某一电流I处。
相对强度噪声随着激光器的偏置不同而变化，在阀值附近，其达到最大，随着偏置增加，•即激光器输出功率增加，其会下降。
相对强度噪声和激光器的工作频率亦有关系，一般在低频时较小，而在高频时相对强度噪声则明显增加。
光通信实验及设计讲义(实验箱+数字+模拟)
光通信实验及设计讲义（实验箱+数字+模拟）实验一模拟光纤通信系统实验一、实验内容及步骤1. 检查连线，取掉实验板的所有跳线块。
将实验箱电源单元拔码开关的四个开关均打到ON，打开电源；2. 用示波器观察TR-AN点波形。
分别选择拨码开关（每次只可选开一个），分别观察模拟函数发生单元的SIN、TRI、SQ波形并记录；3. 调节模拟函数发生单元电阻R45（ratio），观察测试点SQ波形的变化，观察占空比的变化。
将占空比还原到1：1处；4. 调节模拟函数发生单元电阻R3（distortion），观察测试点SIN处的波形变化，观察失真严重以及较好的波形。
将波形保持在最好的状态；5. 调节模拟函数发生单元电阻R50（frequency），观察测试点每种波形的变化，对照示波器记录输出的最高和最低频率，然后将频率调致较低值，以便后续试验的测试；6. 将模拟函数发生器单元的拨码开关的开关3打到ON（选择SIN波形）。
调节电阻R69，观察测试点TR-AN点的波形变化。
记录此测试点信号的最大和最小峰峰值；7. 用跳线块连接函数发生器单元内的TR插针。
调节R69，使得TR-AN处电压波形的峰峰值为0.5V以下（避免因输入信号过大导致后续失真）；8. 观察光发射单元内TR-AN处的波形。
调节电阻R48，观察测试点Avled的波形变化；9. 用跳线块连接光发射单元内AN插针。
观察光接收单元的RE-SIG处波形并记录。
与光发射单元的发送过来的信号作比较；10. 观察并记录测试点AMP-SIG的信号波形，与RE-SIG点的波形相比较，计算信号放大倍数；11. 用跳线块连接光接收单元内的AN插针。
观察并记录RE-AN处的波形，与AMP-SIG测试点的信号波形比较。
调节电阻R58，观察波形的变化。
12. 分别选择TRI波形。
重复做步骤7到12。
13. 关闭电源，将所有跳线块取下。
二、实验报告要求按实验内容和步骤的要求，对照各部分电路图，分析思考波形变化的原因，并在坐标纸上绘出并分析、计算实验中各测试点处的各种波形数据，简要说明模拟光纤通信传输原理。
模拟光纤通信系统PDF.pdf
第六章模拟光纤通信系统（4学时）一、教学目的及要求：使学生熟悉模拟光纤通信系统的组成和结构特点，重点要求他们掌握模拟光纤通信的系统调制方式、模拟基带直接光强调制光纤传输系统和副载波复用光纤传输系统结构。
二、教学重点及难点：本章重点：调制方式、模拟基带直接光强调制光纤传输系统、副载波复用光纤传输系统。
本章难点：调制方式三、教学手段：板书与多媒体课件演示相结合四、教学方法：课堂讲解、提问五、作业：课外作业：6-1 6-2 6-4 6-5六、参考资料：《光纤通信》刘增基第六章。
《光纤通信》杨祥林第八章第九章七、教学内容与教学设计：【讲授新课】（96分钟）第六章模拟光纤通信系统6.1调制方式6.1.1模拟基带直接光强调制模拟基带直接光强调制(DIM)是用承载信息的模拟基带信号，直接对发射机光源(LED或LD)进行光强调制，使光源输出光功率随时间变化的波形和输入模拟基带信号的波形成比例。
6.1.2模拟间接光强调制模拟间接光强调制方式是先用承载信息的模拟基带信号进行电的预调制，然后用这个预调制的电信号对光源进行光强调制(IM)。
预调制又有多种方式，主要有以下三种。
1. 频率调制(FM)频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对正弦载波进行调频，产生等幅的频率受调的正弦信号，其频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化。
然后用这个正弦调频信号对光源进行光强调制，形成FMIM光纤传输系统。
2. 脉冲频率调制(PFM)脉冲频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对脉冲载波进行调频，产生等幅、等宽的频率受调的脉冲信号，其脉冲频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化。
然后用这个脉冲调频信号对光源进行光强调制，形成PFMIM光纤传输系统。
3. 方波频率调制(SWFM)方波频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对方波进行调频，产生等幅、不等宽的方波脉冲调频信号，其方波脉冲频率随输入的模拟基带信号的幅度而变化。
然后用这个方波脉冲调频信号对光源进行光强调制，形成SWFM IM光纤传输系统。
模拟信号光纤传输实验
实验一 模拟信号光纤传输实验一、实验目的1、理解模拟信号光纤系统的通信原理2、理解完好的模拟信号光纤通信系统的根本构造二、实验内容1、各种模拟信号LED 模拟调制：三角波，正弦波2、各种模拟信号LD 模拟调制：三角波，正弦波三、实验仪器1、ZY1804I 型光纤通信原理实验系统1台 2、20MHz 双踪模拟示波器 1台 3、万用表 1台 4、FC-FC 单模光跳线 1根 5、850nm 光发端机和光收端机〔可选〕 1套 6、ST/PC-ST/PC 多模光跳线〔可选〕 1根 7、连接导线20根四、实验原理根据系统传输信号不同，光纤通信系统可分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。
由于发光二极管和半导体激光器的输出光功率〔对激光器来说，是指阈值电流以上线性部分〕根本上与注入电流成正比，而且电流的变化转换为光频调制呈线性，所以可以直接调制。
对于半导体激光器和发光二极管来说，具有简单、经济和容易实现等优点。
进展发光二极管及半导体激光器调制时采用的就是直接调制。
从调制信号的形式来看，光调制可分为模拟信号调制和数字信号调制。
模拟信号调制直接用连续的模拟信号〔如话音、模拟图像信号等〕对光源进展调制。
图16-1就是对发光二极管进展模拟调制的原理图。
连续的模拟信号电流叠加在直流偏置电流上，适当地选择直流偏置电流的大小，可以减小光信号的非线性失真。
电路实现上，LED 的模拟信号调制较为简单，利用其P-I 的线性关系，可以直接利用电流放大电路进展调制，实验箱模拟信号调制电路如图16-3所示。
一般来说，半导体激光器很少用于模拟信号的直接调制，半导体激光器模拟调制要求光源线性度很高。
而且要求进步光接收机的信噪比比较高。
与发光二极管相比，半导体激光器IP图16-1 发光二极管模拟调制原理图的V-I线性区较小，直接进展模拟调制难度加大，采用图16-3调制电路，会产生非线性失真。
本实验通过完成各种不同模拟信号的LED光纤传输〔如正弦波，三角波〕，理解模拟信号的调制过程及调制系统组成。
模拟光纤实验报告
一、实验目的1. 了解光纤通信的基本原理和特点。
2. 掌握光纤通信系统的基本组成。
3. 通过模拟实验，验证光纤通信系统的传输性能。
二、实验原理光纤通信是一种利用光在光纤中传输信息的技术。
其基本原理是：将电信号转换为光信号，通过光纤传输，再将光信号转换为电信号，恢复原始信息。
光纤通信具有传输速率高、抗干扰能力强、传输距离远等特点。
光纤通信系统主要由光源、光纤、光模块、光电转换器、传输设备等组成。
三、实验仪器与设备1. 光纤通信实验平台2. 光源（LED）3. 光纤（多模光纤）4. 光模块（发送模块、接收模块）5. 光电转换器6. 信号发生器7. 示波器8. 连接线四、实验步骤1. 搭建实验平台，将光源、光纤、光模块、光电转换器等设备连接好。
2. 设置信号发生器，产生一个稳定的电信号。
3. 将电信号输入到发送模块，通过发送模块将电信号转换为光信号。
4. 将光信号通过光纤传输，到达接收模块。
5. 接收模块将光信号转换为电信号，输出到示波器。
6. 观察示波器上显示的信号波形，分析信号的传输性能。
7. 改变光源功率、光纤长度、接收模块灵敏度等参数，观察信号传输性能的变化。
五、实验数据与分析1. 光源功率为1mW，光纤长度为10m，接收模块灵敏度设置为中等，信号传输良好。
2. 当光源功率增加到2mW，光纤长度增加到20m，接收模块灵敏度设置为高时，信号传输仍然良好。
3. 当光纤长度增加到30m，接收模块灵敏度设置为高时，信号出现一定的衰减，但仍然可以恢复原始信息。
4. 通过实验可知，光纤通信系统具有较长的传输距离和良好的抗干扰能力。
六、实验结论1. 光纤通信系统具有传输速率高、抗干扰能力强、传输距离远等特点。
2. 实验验证了光纤通信系统的传输性能，为实际应用提供了理论依据。
3. 通过调整光源功率、光纤长度、接收模块灵敏度等参数，可以优化光纤通信系统的性能。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意安全，防止触电、火灾等事故发生。
《模拟光纤通信系统》课件
光纤传输特性
探讨模拟光纤通信系统中光纤的传输特性，如衰减、 色散和非线性。
不同波长的光信号传输
研究模拟光纤通信系统中不同波长光信号的传输情 况，对比分析其优劣。
模拟光纤通信系统的调制与解调
1
调制方式
介绍模拟光纤通信系统中光信号的调制
解调方式
2
方式，如振幅调制、频率调制和相位调 制。
讲解模拟光纤通信系统中光信号的解调
发展趋势
展望模拟光纤通信系统的未来发展趋势，包括技术 进步和应用拓展。
优点
分析光纤通信系统的优势，如高速传输、大容量和抗干扰能力强。
缺点
探讨光纤通信系统的局限性，如高成本、易受损和安装复杂。
模拟光纤通信系统概述
基本原理
介绍模拟光纤通信系统的基本工作原理，包括光信 号的调制和解调。
构成要素
讲解模拟光纤通信系统的组成部分，如传感器、调 制器、接收器等。
模拟光纤通信系统的信道特性
பைடு நூலகம்
方式，如幅度解调、频率解调和相位解
调。
模拟光纤通信系统的应用
通信领域的应用
介绍模拟光纤通信系统在通信领域的广泛应用，如 电话、电视和互联网。
其他领域的应用
探讨模拟光纤通信系统在其他领域的应用，如医疗 设备、工业控制和科学研究。
结论
比较分析
对比分析光通信系统与模拟光纤通信系统的优劣， 以及各自的适用场景。
《模拟光纤通信系统》 PPT课件
这是一份关于模拟光纤通信系统的PPT课件，探讨了光纤通信系统的原理、优 劣，以及模拟光纤通信系统的概述。
光纤通信系统原理
1
基本原理
介绍光纤通信系统的基本工作原理，包括光信号传输和光纤传输特性。
实验二 模拟和数字信号光纤传输系统实验
三、实验仪器
1.光纤通信实验系统 1 台。 2.示波器 1 台。 3.光纤跳线 2 根。 4.电话 2 部
四、实验原理
1.模拟信号光纤传输系统 本实验中将模拟信号源输出的正弦波、三角波、方波信号通过光纤进行传输。模拟信号源的电路图如 下：
图中 P400 是输入的方波信号， 输入的方波信号有两种频率可选 1k、 2k。 P401 是三角波的输出端， P410 是正弦波的输出端。 模拟信号也可以通过 PCM 编码后变成数字信号。然后，再送入光发射模块数字信号端进行传输。接 收到信号后再送入 PCM 译码模块，得到模拟信号。这种传输方法将在后面的实验中进行。 2.电话语音光纤传输系统 本实验系统的电话系统采用了热线电话的模式，热线电话的工作模式：其中任意一路摘机后（假定是 甲路） ，另一路将振铃（假定是乙路）而电话甲将送回铃音。当乙路摘机后，双方进入通话状态。当其中
模拟信号源模块正弦波输出p410p500pcm编译码模块一pcm编码输入模拟信号源模块正弦波输出p410p512pcm编译码模块二pcm编码输入pcm编译码模块一pcm编码输出p503p643pcm编码复用解复用模块复用输入一pcm编译码模块二pcm编码输出p507p642pcm编码复用解复用模块复用输入二pcm编码复用解复用模块复用输出p641p2001550nm光发模块数字光发数据输入1550nm光收模块数字信号输出p206p640pcm编码复用解复用模块解复用输入pcm编码复用解复用模块解复用输出一p639p509pcm编译码模块二译码输入pcm编码复用解复用模块解复用输出二p638p506pcm编译码模块一译码输入pcm编码复用解复用模块位时钟输出p644p505pcm编译码模块一pcm译码位时钟pcm编码复用解复用模块位时钟输出p644p510pcm编译码模块二pcm译码位时钟pcm编码复用解复用模块帧同步信号输出p637p504pcm编译码模块一译码帧同步信号pcm编码复用解复用模块帧同步信号输出p637p511pcm编译码模块二译码帧同步信号pcm编译码模块一pcm译码输出p501p515电话甲音频输入pcm编译码模块二pcm译码输出p513p517电话乙音频输入5
实验三模拟信号光纤通信系统模拟光纤传输系统，即通过光纤信道...
实验三模拟信号光纤通信系统模拟光纤传输系统，即通过光纤信道传输模拟信号的通信系统，目前主要用于模拟电视传输。
模拟光纤通信系统采用参数大小连续变化的信号来代替信息，因此，在电光转换过程中信号和信息存在线性对应关系，这样对光源功率特性的线性要求，对系统信噪比的要求，都比较高。
由于噪声的累积，和数字光纤通信系统相比，模拟光纤通信系统的传输距离较短。
但采用频分复用(FDM)和副载波复用(SCM)技术，实现了一根光纤传输100多路电视节目，在有线电视(CA TV)网络中，已得到广泛的应用。
本实验主要是语音信号的传输，分两部分：首先了解各种模拟信号的光纤传输，其次进行模拟电话信号的传输。
第一部分、模拟信号光纤传输系统实验一、实验目的1、了解模拟信号光纤系统的通信原理2、学习并掌握完整的模拟信号光纤通信系统的基本结构3、学习并掌握系统频率特性的测试二、实验仪器1、ZYE4301F(1310)型光纤通信原理实验箱2、20MHz双踪模拟示波器3、麦克风和耳机(最好自备)三、实验原理本实验通过完成各种不同模拟信号的光纤传输，以了解和熟悉光纤传输模拟信号系统的组成。
用双踪示波器观察光发送模块与光接收模块各点的信号波形，并进行比较。
实验中，我们利用8038函数发生器模块电路产生的三角波和正弦波信号以及外输入模拟信号作为传图3-1 模拟信号光纤传输方式一图3-2 模拟信号光纤传输方式二输的模拟信号。
模拟信号的传输，可以有两种方式。
一种是用模拟信号，经过光纤直接进行传输；另一种方式是把模拟信号经过数字化后，调制成数字信号后进行传输，最后经过解调把信号还原成原始模拟信号。
本实验中只考虑模拟信号光纤传输方式中的第一种方法，而第二种方法在后续实验中有详述。
图3-1和图3-2分别是模拟信号光纤传输的两种方式。
本实验中的三角波、正弦波采用8038函数发生器模块电路，信号的幅度0 ~12V连续可调，频率在14Hz~300KHz连续可调。
模拟光纤通信系统方案
模拟光纤通信系统⽅案第六章模拟光纤通信系统（4学时）⼀、教学⽬的及要求：使学⽣熟悉模拟光纤通信系统的组成和结构特点，重点要求他们掌握模拟光纤通信的系统调制⽅式、模拟基带直接光强调制光纤传输系统和副载波复⽤光纤传输系统结构。
⼆、教学重点及难点：本章重点：调制⽅式、模拟基带直接光强调制光纤传输系统、副载波复⽤光纤传输系统。
本章难点：调制⽅式三、教学⼿段：板书与多媒体课件演⽰相结合四、教学⽅法：课堂讲解、提问五、作业：课外作业：6-1 6-2 6-4 6-5六、参考资料：《光纤通信》增基第六章。
《光纤通信》祥林第⼋章第九章七、教学容与教学设计：【讲授新课】（96分钟）第六章模拟光纤通信系统6.1调制⽅式6.1.1模拟基带直接光强调制模拟基带直接光强调制(DIM)是⽤承载信息的模拟基带信号，直接对发射机光源(LED或LD)进⾏光强调制，使光源输出光功率随时间变化的波形和输⼊模拟基带信号的波形成⽐例。
6.1.2模拟间接光强调制模拟间接光强调制⽅式是先⽤承载信息的模拟基带信号进⾏电的预调制，然后⽤这个预调制的电信号对光源进⾏光强调制(IM)。
预调制⼜有多种⽅式，主要有以下三种。
1. 频率调制(FM)频率调制⽅式是先⽤承载信息的模拟基带信号对正弦载波进⾏调频，产⽣等幅的频率受调的正弦信号，其频率随输⼊的模拟基带信号的瞬时值⽽变化。
然后⽤这个正弦调频信号对光源进⾏光强调制，形成FMIM光纤传输系统。
2. 脉冲频率调制(PFM)脉冲频率调制⽅式是先⽤承载信息的模拟基带信号对脉冲载波进⾏调频，产⽣等幅、等宽的频率受调的脉冲信号，其脉冲频率随输⼊的模拟基带信号的瞬时值⽽变化。
然后⽤这个脉冲调频信号对光源进⾏光强调制，形成PFMIM光纤传输系统。
3. ⽅波频率调制(SWFM)⽅波频率调制⽅式是先⽤承载信息的模拟基带信号对⽅波进⾏调频，产⽣等幅、不等宽的⽅波脉冲调频信号，其⽅波脉冲频率随输⼊的模拟基带信号的幅度⽽变化。
然后⽤这个⽅波脉冲调频信号对光源进⾏光强调制，形成SWFM IM光纤传输系统。
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第六章模拟光纤通信系统（4学时）一、教学目的及要求：使学生熟悉模拟光纤通信系统的组成和结构特点，重点要求他们掌握模拟光纤通信的系统调制方式、模拟基带直接光强调制光纤传输系统和副载波复用光纤传输系统结构。
二、教学重点及难点：本章重点：调制方式、模拟基带直接光强调制光纤传输系统、副载波复用光纤传输系统。
本章难点：调制方式三、教学手段：板书与多媒体课件演示相结合四、教学方法：课堂讲解、提问五、作业：课外作业：6-1 6-2 6-4 6-5六、参考资料：《光纤通信》增基第六章。
《光纤通信》祥林第八章第九章七、教学容与教学设计：【讲授新课】（96分钟）第六章模拟光纤通信系统6.1调制方式6.1.1模拟基带直接光强调制模拟基带直接光强调制(DIM)是用承载信息的模拟基带信号，直接对发射机光源(LED或LD)进行光强调制，使光源输出光功率随时间变化的波形和输入模拟基带信号的波形成比例。
6.1.2模拟间接光强调制模拟间接光强调制方式是先用承载信息的模拟基带信号进行电的预调制，然后用这个预调制的电信号对光源进行光强调制(IM)。
预调制又有多种方式，主要有以下三种。
1. 频率调制(FM)频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对正弦载波进行调频，产生等幅的频率受调的正弦信号，其频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化。
然后用这个正弦调频信号对光源进行光强调制，形成FMIM光纤传输系统。
2. 脉冲频率调制(PFM)脉冲频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对脉冲载波进行调频，产生等幅、等宽的频率受调的脉冲信号，其脉冲频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化。
然后用这个脉冲调频信号对光源进行光强调制，形成PFMIM光纤传输系统。
3. 方波频率调制(SWFM)方波频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对方波进行调频，产生等幅、不等宽的方波脉冲调频信号，其方波脉冲频率随输入的模拟基带信号的幅度而变化。
然后用这个方波脉冲调频信号对光源进行光强调制，形成SWFM IM光纤传输系统。
采用模拟间接光强调制的目的是提高传输质量和增加传输距离。
实现一根光纤传输多路电视有多种方法，目前现实的方法是先对电信号复用，再对光源进行光强调制。
对电信号的复用可以是频分复用(FDM)，也可以是时分复用(TDM)。
6.1.3频分复用光强调制频分复用光强调制方式是用每路模拟电视基带信号，分别对某个指定的射频(RF)电信号进行调幅(AM)或调频(FM)，然后用组合器把多个预调RF信号组合成多路宽带信号，再用这种多路宽带信号对发射机光源进行光强调制。
把受模拟基带信号预调制的RF电载波称为副载波，这种复用方式也称为副载波复用(SCM)。
SCM 模拟电视光纤传输系统的优点：(1) 一个光载波可以传输多个副载波，各个副载波可以承载不同类型的业务(2) SCM系统灵敏度较高，又无需复杂的定时技术(3) 不仅可以满足目前社会对电视频道日益增多的要求，而且便于在光纤与同轴电缆混合的有线电视系统(HFC)中采用6.2 模拟基带直接光强调制光纤传输系统模拟基带直接光强调制(DIM)光纤传输系统由光发射机(光源通常为发光二极管)、光纤线路和光接收机(光检测器)组成。
模拟信号直接光强调制系统方框图6.2.1特性参数评价模拟信号直接光强调制系统的传输质量的最重要的特性参数是信噪比(SNR)和信号失真(信号畸变)。
1. 信噪比系统的信噪比定义为接收信号功率和噪声功率(NP)的比值。
式中，〈i2s〉和〈i2n〉分别为均方信号电流和均方噪声电流， RL为光检测器负载电阻。
信噪比一般用dB作单位。
和SNR关系密切的一个参数是接收灵敏度。
和数字光纤通信系统相似，在模拟光纤通信系统中，我们把接收灵敏度Pr定义为：在限定信噪比条件下，光接收机所需的最小信号光功率Ps, min，并以dBm为单位。
假设系统除量子噪声外，没有其他噪声存在，在这种情况下，灵敏度由平均信号电流决定，这样确定的灵敏度称为(最高)极限灵敏度。
2. 信号失真一般说，实现电/光转换的光源，由于在大信号条件下工作，线性较差，所以发射机光源的输出功率特性是DIM系统产生非线性失真的主要原因。
非线性失真一般可以用幅度失真参数——微分增益(DG)和相位失真参数——微分相位(DP)表示，其定义为虽然LED的线性比LD好，但仍然不能满足高质量电视传输的要求。
模拟信号直接光强调制光纤传输系统的非线性补偿有许多方式，目前一般都采用预失真补偿方式。
预失真补偿方式是在系统中加入预先设计的、与LED非线性特性相反的非线性失真电路。
这种补偿方式不仅能获得对LED的补偿，而且能同时对系统其他元件的非线性进行补偿。
由于这种方式是对系统的非线性补偿，把预失真补偿电路置于光发射机，给实时精细调整带来一定困难，而把预失真补偿电路置于光接收机，则便于实时精细调整。
在模拟电视光纤传输系统中，最广泛使用的电路是微分相位四点补偿电路。
这种电路的相位补偿是利用集电极和发射极输出的信号相位差180°的原理构成的全通相移网络来实现的。
微分相位补偿电路6.2.2光端机光端机包括光发射机和光接收机。
1. 光发射机模拟基带直接光强调制光纤电视传输系统光发射机的功能是，把模拟电信号转换为光信号。
对这种光发射机的基本要：(1) 发射(入纤)光功率要大，以利于增加传输距离。
(2) 非线性失真要小，以利于减小微分相位(DP)和微分增益(DG)，或增大调制指数m(mTV)。
(3) 调制指数m(mTV)要适当大。
(4) 光功率温度稳定性要好。
模拟基带DIM光纤电视传输系统光发射机方框图如图光发射机方框图2. 光接收机光接收机的功能是把光信号转换为电信号。
对光接收机的基本要：(1) 信噪比(SNR)要高；(2) 幅频特性要好；(3) 带宽要宽。
光接收机方框图6.2.3系统性能模拟基带直接光强调制光纤电视传输系统方框图如图6.9所示。
在发射端，模拟基带电视信号和调频(FM)伴音信号分别输入LED驱动器，在接收端进行分离。
改进DP和DG的预失真电路置于接收端。
模拟基带直接光强调值光前点时传输系统方框图主要技术参数举例如下。
1. 系统参数(1) 视频部分：带宽0～6 MHzSNR≥50 dB(未加校)DG4%发射光功率≥15 dBm(32 μW)接收灵敏度≤30 dBm(2) 伴音部分：带宽0.04～15 kHz输入输出电平0 dBrSNR55 dB(加校)畸变2%伴音调频副载频8 MHz2. 光纤损耗对传输距离的限制模拟基带直接光强调制光纤电视传输系统的传输距离大多受光纤损耗的限制，根据发射光功率、接收灵敏度和光纤线路损耗可以计算传输距离L。
3. 系统对光纤带宽的要求在短波长使用LED光源的情况下，光纤线路总带宽应为B=(B2m+B2c)1/2在实际工程中是否采用短波长LED和多模SI 光纤，要根据经济效益(系统成本和维修费用)来决定。
副载波复用模拟电视光纤传输系统方框图6.3.1特性参数对于副载波复用模拟电视光纤传输系统，评价其传输质量的特性参数主要是载噪比(CNR)和信号失真。
1. 载噪比载噪比CNR的定义是，把满负载、无调制的等幅载波置于传输系统，在规定的带宽特定频道的载波功率(C)和噪声功率(NP)的比值，并以dB为单位，用公式表示为式中, 〈i2c〉为均方载波电流，〈i2n〉为均方噪声电流。
每个信道的载噪比由此可见，载噪比CNR随着调制指数m和平均接收光功率P0的增加而增加，随三项噪声的增加而减小。
不论采用什么预调制方式，计算CNR的公式都[板书][多媒体课件]相同，只是公式中具体参数不同而已，既适用于VSBAM, 也适合于FM。
但是为获得相同SNR，不同预调制方式所需的CNR都是不同的。
为在接收机解调后获得相同SNR，两种预调制方式所需的CNR比值为式中, Ｆd为由图像信号产生的频偏峰 - 峰值，Bb为基带信号带宽，Bf为FM信号带宽。
就载噪比而言，预调制方式FM优于VSB AM。
但是和VSBAM方式相比，FM方式存在一个本质性问题，就是它占用的带宽较宽，约为VSBAM方式的6倍。
所以要根据不同应用场合，选择不同预调制方式。
2. 信号失真副载波复用模拟电视光纤传输系统产生信号失真的原因很多，但主要原因是作为载波信号源的半导体激光器在电/光转换时的非线性效应。
由于到达光检测器的信号非常微弱，在光/电转换时可能产生的信号失真可以忽略。
只要光纤带宽足够宽，传输过程可能产生的信号失真也可以忽略。
副载波复用模拟电视光纤传输系统的信号失真用组合二阶互调(CSO)失真和组合三阶差拍(CTB)失真这两个参数表示。
两个频率的信号相互组合，产生和频(ωi+ωj)和差频(ωiωj)信号，如果新频率落在其他载波的视频频带，视频信号就要产生失真。
这种非线性效应会发生在所有RF电路，包括光发射机和光接收机。
在给定的频道上，所有可能的双频组合的总和称为组合二阶(CSO)互调失真。
通常用这个总和与载波的比值表示，并以dB为单位，记为dBc。
组合三阶差拍(CTB)失真是三个频率(ωi±ωj±ωk)的非线性组合，其定义和表示方法与CSO相似，单位相同。
CSO和CTB将以噪声形式对图像产生干扰，为减小这种干扰，可以采用如下方法。
(1) 采用合理的频道频率配置，以减小C2i和C3i，改善CSO和CTB。
(2) 限制调制指数m，以保证CSO和CTB 符合规定的指标。
(3) 采用外调制技术，把光载波的产生和调制分开。
6.3.2光端机1. 光发射机对残留边带—调幅光发射机的基本要：(1) 输出光功率要足够大，输出光功率特性(P[CD*2]I)线性要好；(2) 调制频率要足够高，调制特性要平坦；(3) 输出光波长应在光纤低损耗窗口，谱线宽度要窄；(4) 温度稳定性要好。
VSBAM光发射机的构成示于下图。
输入到光发射机的电信号经前馈放大器放大后，受到电平监控，以电流的形式驱动激光器。
LD输出特性要线性的，但在实际电/光转换过程中，微小的非线性效应是不可避免的，而且要影响系统的性能。
所以优质的光发射机都要进行预失真控制。
页脚VSB AM光发射机的构成外调制1550 nm DFB光发射机结合了直接调制1310 nm DFB光发射机和外调制YAG光发射机的优点。
这种光发射机采用DFB LD作光源，用电流直接驱动，因而与1310 nm DFB光发射机同样具有小型、轻便等优点。
外调制1550 nm DFB光发射机和EDFA结合，在两个重要场合特别适用。
主要应用是取代微波和强化前端(Headend)所要求的超长传输距离。
但这时必须采用复杂的抑制受激布里渊散射(SBS)才能发挥作用。
SBS是一种依赖光功率的非线性效应，这种效应随光纤长度的增长而明显增加，所以必须进行补偿。