16.4. Модуляция и демодуляция оптического излучения с использованием поднесущей частоты

О собый интерес при построении ВОСП представляет предварительная модуляция поднесущей частоты передаваемым сигналом (рис. 16.8). Информационный электрический сигнал поступает на модулятор М, где происходит первая операция - модуляция поднесущей частоты либо по амплитуде, либо по частоте или фазе. Затем промодулированная поднесущая частота поступает на оптический излучатель, где происходит вторая операция - модуляция интенсивности, оптического излучения. Это приводит к повышению отношения С/Ш и снижению нелинейных искажений, вносимых оптическими излучателями, при условии обеспечения хорошей линейности характеристик модуляторов и демодуляторов.

Рассмотрим случай, когда используется амплитудная модуляция поднесущей частоты. Сигнал на выходе модулятора имеет вид.

где ω_п - частота поднесущей; с(t) - информационный сигнал, имеющий полосу частот В_с. Информационный сигнал нормирован так, что |с(t)|≤1, Р_с≤1. Сигнал поднесущей частоты занимает полосу частот B_n=2B_c. Для исключения перемодуляции по интенсивности |f(t)|≤1 необходимо потребовать, чтобы C<0,5. Тогда:

.

Отношение С/Ш для идеального фотодетектора, у которого отсутствуют собственные шумы:

. (16.8)

На выходе идеального демодулятора при AM поднесущей:

(16.9)

При Р_с=1 из сравнения (16.8) и (16.9) получим (С/Ш)_АМ =2(С/Ш)_п

Таким образом, в процессе выделения AM колебания даже при использовании идеального AM демодулятора получается выигрыш в отношений С/Ш всего на 3 дБ (т. е. в 2 раза).

Рассмотрим случай использования ЧМ поднесущей частоты с последующей МИ. Сигнал, который модулирует по интенсивности оптическую несущую, имеет вид

,

где Δf - девиация частоты поднесущей, обусловленной информационным сигналом. Для исключения перемодуляции интенсивности оптической несущей необходимо выполнить условие C=1. Полоса частот, занимаемая модулированной поднесущей, B_п=2(β+1) B_с, где β= Δf /2πВ_с - индекс частотной модуляции. Отношение С/Ш на поднесущей частоте (на выходе идеального ЧМ фотодетектора) можно записать как:

. (16.10)

Множитель в квадратных скобках в выражении (16.10) определяет ту степень улучшения отношения С/Ш, которая возможна при ЧМ демодуляции поднесущей. Это улучшение зависит от девиации частоты поднесущей Δf. Таким образом, если использовать широкополосную модуляцию поднесущей с последующей МИ, то можно реализовать более высокое отношение С/Ш на выходе по сравнению с прямой МИ несущей.

Частотная модуляция поднесущей нашла применение при передаче видеосигнала в кабельном телевидении. Ширина полосы частот видеосигнала составляет 0...6 МГц. Обычно индекс модуляции равен 1,5. Тогда ширина спектра ЧМ сигнала, определяемого по формуле Карсона, Δf_чм=2Δf /(1+β)=30 МГц, где Δf - ширина спектра частот исходного сигнала, МГц.

Чтобы исключить взаимодействие паразитных составляющих второго порядка с полезным сигналом, поднесущую частоту выбирают из условия, что спектр занимает ровно одну октаву, т. е. 2(F - Δf_чм/2)≥F+ Δf_чм /2. Отсюда F=45 МГц