副載波復用

用多個基帶信號調製不同頻率的各自的電載波（多在微波波段），即進行電的頻分復用，再把這些頻分復用的群信號，對一個雷射光源即光載波進行調製的光纖通信復用方式，簡稱SCM。

基本介紹

• 中文名：副載波復用
• 外文名：subcarrier multiplexing
• 套用學科：光纖通信技術

簡介

在這種復用系統的接收端，由光電檢測器檢出電頻分復用的群信號，用電的方式把各路電載波分開，再經解調，恢復原來傳輸的基帶信號。為和光載波區別，稱電載波為副載波。信號的復用是在微波頻率上以頻分復用的形式進行的。由於微波技術已成熟，故減小了難度，易於實用化。許多原有的微波通信系統可以和光纖通信結合，方便地利用這種技術。

這種技術的關鍵問題有：①光源和系統中的其他因素造成的非線性都會引起信道間的串擾，須減少這種影響；②由於幾個信道同時調製光源，每個信道的電流不能大，以保持總電流在雷射器的線性區。這就降低了每個信道的發射功率，影響通信質量。

這種SCM系統在有線電視（CATV）領域中，有重要的套用，可在十幾公里至幾十公里的距離上傳輸幾十個頻道的電視節目。

SCM光纖通信的原理及分類

副載波復用光纖通信系統是,在傳送端將各路待傳遞的信息分別調製在不同的射頻(即副載波)上,然後將各個帶有信號的副載波合起來,調製一個光波;在接收端,經光電檢測得到全部的副載波,然後用電學的方法將各路副載波分開。可見,它和時分復用光纖通信一樣,完全在射頻波段復用。

副載波復用光纖傳輸系統原理框圖如圖1所示。在傳送端,將要傳送的信號s、(i=1,2,……n)分別調製各自的副載波f`(i=1,.2”一:),然後將各路副載波合起來對LD進行直接調製。在接收端,·光電檢測管的輸出信號被變頻到較低的頻段上,然後用電學的方法對各路信號分別進行解調。

按照副載波的頻段SCM光纖通信可以劃分為HFVSCM、HFUSCM和微波CM。目前,SCM一般均指微波SCM。根據傳輸信號劃分,SCM光纖通信系統可分為模擬SCM系統、數字SCM系統以及混合SCM系統(即同時傳輸數字與填擬信號)。一般情況下,數字SCM系統採用頻移健控FSK方式將信號調製副載波,而模擬SCM光纖通信系統又可分為調幅(AM)SCM系統和調頻(FM)SCM系統。

圖1.副載波復用光纖傳輸系統原理框圖

特點

SCM技術最具有吸引力的優點是,它可以使現代化的B一15DN與已有的模擬網能夠並存,使數位訊號與摸擬信號能夠兼容。

SCM技術的第二個顯著特點是對器件的要求比較低。由於是在射頻復用,在接收端可以運用成熟的微波技術進行濾波、分路,因而對雷射器的線寬與頻率穩定度要求不高,也不需要光學濾波器。所以SCM光纖通信系統易實現,在高速光通信系統中顯得相當重要。

從性能上考慮,SCM接收機工作於固定電中頻,其頻寬是一路信號的頻寬,而時分復用的接收機的頻寬是總碼速的頻寬,信噪比與頻寬成反比,因而SCM的接收機具有良好的信噪比。若增加一路復用頻道,對於SCM系統,只要在收發兩端各增加一套電子設備。而對一於相干光纖通信,則需要增加一套複雜的光學設備,非常困難。因而SCM系統在多路傳輸中顯得靈活,插入業務相當方便。

另外,套用混合SCM技術非常容易實現寬頻傳輸,它可以同時傳輸低速數據、高速數據以及模擬視頻信號,正是目前通信網的趨勢。因而SCM技術將成為未來B一15DN的復用方式在組網方面的重要選擇。

SCM系統的發展過程

SCM光纖通信系統源於70年代末期日本研製NTSC制VHF廣播電視傳輸系統,每路調幅電視信號8MHz頻寬,同時傳輸12路NTSC制彩色電視信號。當時用的是多模半導體雷射器和多模光纖。電視的頻段(亦即副載波的頻率範圍)是:70~108MHz、170~222MHz。採用直接調製、APD檢測的方式。但這種光纖傳輸系統當時在世界範圍內並沒有引起足夠的重視。主要原因是場時多路光纖通信系統的研究熱點仍傾向相干光通信、波分復用和高次群光纖通信。另外,也受到當時半導體雷射器輸出功率、調製頻寬以及非線性的限制。直到80年代中期,高速半導體雷射器和光電檢測管的性能改善並商品化後,才有了較大的改觀。貝爾實驗室的Darcei在1986年提出了微波5CM光纖通信系統的眾多優點及設計方法。從此,SCM光纖通信受到重視。

貝爾實驗室的W.1.Way1987年報導了用光纖傳輸C波段衛星電視信號的SCM系統。系統的基本構成是,將從衛星地而站接收天線上獲得的C波段(3.7~4.2GHz)衛星電視信號放大,直接調製1.3μm InGaAsP多模半導體雷射器,經35km的單模光纖傳輸後,在接收端用高速InGaAsPIN檢測,通過低噪聲放大後直接輸人衛星電視接收機中。測試結果喪明,只要適當地選擇LD的偏置和調製度,可使其輸出的信噪比達到或超過廣播電視所要求的56dB和日本的NTSC制VHF廣播電視傳輸系統比較,雖然兩者都傳輸12路電視,但後者傳的是調頻電視,因而信噪比比前者更優越,其代價是四倍於前者的頻寬;另外,後者的調製速率與傳輸距離也遠遠高於前者。

1988年、1989年ECOC年會和美國的OFC會議,均將SCM傳輸系統作為重點,並報導了大最高水平的SCM光纖傳輸系統。美國的R.Olshanshy研製成功一個可以同時傳輸6解各調頻電視信號的SCM系統,其副載波的頻率範圍為2.7~3.2GHz,將傳輸頻寬擴展到2GHz以上。以後W.工.Way又研製出一個可傳輸90路調頻電視信號的SCM系統,副載波的頻率範圍達到1.7~6.2GHz,對LD的高速調製達到了7GHz,在光纖線路上安置了兩個光放大器,從而使其光功率可以分配給2048個用戶。美國的GTE公司報導了可同時傳輸20路、60路、120路調頻電視信號,以及可傳輸20路100Mbit/s的FSK信號的數字系統,對LD的高速調製達到8GHz,最大頻寬已超過4GHz。這一系列高水平的SCM系統的報導,將證明SCM光纖系統運用於光纖通信網,在技術上是完全成熟的。

SCM系統目前的發展方向

W.I.Way研製的微波SCM系統中運用了光放大技術,是SCM系統發展的一個重要方向。這是因為要將SCM在光纖通信網中廣泛採用,要解決的重要問題是光功率分配。由於半導體雷射器功率有限,因而能夠分配的終端用戶數目受到限制,而在幹線中套用光放大技術基本上可以解決這一問題。

SCM技術的一個重要套用領域是視頻傳輸業務(廣播電視、會議電視、工業控制或社會安全監視圖象等)。這些業務的副載波調製方式包括數字頻移鍵控FSK、模擬調頻(FM)以及殘留邊帶調幅(AM-VSB)等方式。目前,隨著雷射器性能的改善,利用SCM技術直接傳輸AM-VSB電視信號正引起廣泛的注意。與傳輸調頻電視信號的SCM系統相比,可以大大降低接收機的成本,因此對光纖進人目前的CATV系統具有重要的意義。

光纖通信系統的發展過程實際上是挖掘光纖頻寬的潛力的過程。SCM光纖通信雖然已發展到一個很高的水平,但是,它所用的頻寬(GHz數量級)還不到光纖總頻寬的萬分之一。要更充分地利用光纖的頻寬潛力,必須運用光頻分復用技術,特別是密集光頻分技術。相干光通信技術與波分復用技術,儘管進展緩慢,但目前也發展到一個相當的水平。因此,在1989年、1990年、1991年有關SCM系統的報導中,出現大量相干光通信技術與SCM技術相結合、波分復用技術與SCM技術相結合的系統,分別稱為:“相干SCM系統”和“運用SCM的波分復用系統”,亦即,不僅在射頻上進行復用,而且在光頻上也進行分割多路,從而實現超大容量光纖通信。例如,美國的A.C.VanBrochive研製的一個系統採用外調製技術將18個CATV信號(15oMHz一230MHz)對1.5μm的DFB雷射器進行調相,在接收端用外差檢測,採用相位分集接收技術。這個系統具有超大容量的潛力。利用相干光通信,在一根光纖中至少可以復用10個以上的光載波,而每個光載波又可以用SCM技術調製30路CATV信號,因而這個系統具有同時傳輸300路CATV信號的潛力。