在圖象光纖傳輸中，就信號的調制方式而言，可分為數字光纖傳輸和模擬光纖傳輸。數字信號便于進行數字處理，傳輸中抗干擾、抗雜波能力強，無噪聲積累，并且多路低速數字信號可很方便地復接成一路高速的數字信號，它是多路圖象、遠距離、高品質傳輸的主要方式。然而，模擬光纖傳輸具有技術成熟、設備簡單、價格便宜，且與現有的模擬圖象信號相兼容的特點，因此在圖象監控工程中，模擬光纖傳輸仍得廣泛應用。本文將對監控圖象模擬光纖傳輸的主要方式和技術特點作簡要分析。

    監控圖象模擬光纖傳輸方式中，常用的有基帶視頻信號直接光強度調制（簡稱AM）、脈沖頻率調制（PFM）等方式。

1  基帶視頻信號直接光強度調制

    基帶視頻信號直接光強度調制的工作原理是在光發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，經過放大和增益控制電路，得到穩定的視頻信號。

    在該系統中，通常采用發光二極管（LED）作為光源。LED 的特點是性能穩定，線性度好，在多模光纖中不會產生模噪聲，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中，系統性能指標：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范圍擴大外，更重要的是因為這種系統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。

2  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的影響不大，故光調制深度可以增加，進一步提高系統的信噪比。

    通過脈沖頻率調制可實現單路視頻傳輸，多路視頻傳輸，視頻/數據傳輸。下面對幾種方案做簡要描述。

2.1 單路視頻傳輸

    單路視頻傳輸系統工作原理如圖1，在發射端基帶視頻信號經過預加重，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，經過PFM 解調恢復出視頻信號。

圖1 單路視頻傳輸系統原理圖

    視頻信號經過PFM 后，頻譜呈第一類貝塞爾函數分布，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。基帶視頻信號的帶寬為8MHz，經過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，該系統對發光器件沒有特殊要求，可以根據實際工程需要選用不同的發光器件。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，系統都具有良好的性能。批量測試結果表明，系統經過光纖傳輸后，系統主要指標為：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象。為了克服這種現象，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范圍，從而降低了微分增益和微分相位的失真。

2.2 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多路視頻傳輸。其發射部分原理框圖如圖2，接收部分原理是發射部分的逆過程。

    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定性不夠，使得PFM中心頻率的穩定性不好，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定因素。所以目前較為成熟的也只是四路圖象的頻分復用。

2.3 視頻/數據傳輸

    通過PFM 方式不僅可以完成較高質量的視頻傳輸，而且可以完成一路甚至多路雙向數據傳輸。正向數據工作原理是在發射端首先將數據信號進行FSK 調制，再將FSK 信號和視頻基帶信號混合，然后將混合信號進行PFM 調制。在接收端首先進行PFM 解調，通過帶通濾波器分離出視頻信號和FSK 信號，最后進行FSK 解調，還原出數據信號。反向數據則直接對發光器件進行強度調制。原理框圖如圖3。

    視頻、數據混合傳輸存在兩個問題：
    （1） 視頻和正向數據間相互干擾。由于數據信號經過FSK 調制和帶通濾波后仍存在較豐富的諧波成分，這些諧波成分會影響視頻信號，使視頻信號受到干擾。為了降低這種干擾，可以通過降低FSK 幅度的方法來實現，但FSK 幅度過低會造成數據解調不出來或數據誤碼過高。
    （2） 數據速率不高。目前比較成熟的FSK 技術適合于速率為1Mbps 的數據信號的調制解調，在異步數據通信中往往采用8 倍的過采樣，所以這種FSK 技術可以傳輸一路速率為115.2Kbps 的高速異步數據。但如果要傳輸多路異步數據，異步數據的速率則遠低于115.2Kbps。

3  結論

    模擬光纖傳輸系統可采用基帶視頻信號直接光強度調制和脈沖頻率調制方式。基帶視頻信號直接光強度調制方式設備簡單、價格便宜，適合于單路視頻傳輸。脈沖頻率調制方式得到的視頻質量高，滿足0~100 公里不同距離視頻傳輸要求。該方式雖然可以完成多路視頻傳輸及視頻和數據的混合傳輸，但由于模擬技術的局限，這種應用不久將會被數字方案所取代。