我們知道光發(fā)射機(jī)中一個(gè)非常重要的參數(shù)是發(fā)射功率。如果光發(fā)射機(jī)處于無源光網(wǎng)絡(luò)（PON），沒有后續(xù)放大器的情況，發(fā)射功率很大程度上決定了發(fā)射機(jī)可以傳輸?shù)木嚯x （功率預(yù)算，power budget）；如果光發(fā)射機(jī)后續(xù)有放大器，發(fā)射功率則決定了發(fā)射端的帶內(nèi)光信噪比（in-band OSNR），對(duì)于一定光接收機(jī)的OSNR要求，決定了信噪比預(yù)算 （OSNR budget）的多少。這些都是一個(gè)光傳輸系統(tǒng)中至關(guān)重要的參數(shù)。發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率與片上損耗與激光的輸出功率直接相關(guān)。在其他損耗已經(jīng)確定的情況下，調(diào)制損耗(modulation loss) 是我們需要根據(jù)綜合需求而調(diào)整的參數(shù)，來調(diào)整發(fā)射功率的大小。

題目中提到了調(diào)制深度（modulation depth），峰均值功率比（peak-to-average power ratio, PAPR），脈沖整形（pulse shaping）都會(huì)對(duì)調(diào)制損耗有影響。那么它們分別都是怎樣影響調(diào)制損耗的呢？首先我們先要知道為什么會(huì)有調(diào)制損耗。

以相干調(diào)制系統(tǒng)中來舉例，調(diào)制器偏置在Null的位置，當(dāng)輸入的射頻信號(hào)為紅色的正弦波時(shí)，輸出光信號(hào)為藍(lán)色的正弦波。我們可以看出，當(dāng)射頻信號(hào)幅度非常小，甚至接近于零時(shí)，是沒有輸出光信號(hào)的。這個(gè)時(shí)候調(diào)制損耗趨于無窮大。這是因?yàn)橄喔上到y(tǒng)中的偏置點(diǎn)在Null的位置，本身沒有輸出的光信號(hào)。光信號(hào)的輸出一定是由于有射頻信號(hào)的輸入引起的。我們把從Null點(diǎn)到Peak點(diǎn)的電壓稱為$V_{\pi }$。$V_{\pi }$的大小調(diào)制器一個(gè)很重要的性質(zhì)，通常而言，在其他情況相同時(shí)，小$V_{\pi }$的調(diào)制器意味著更低的損耗，更容易達(dá)到更大的3 dB 帶寬，從而是更優(yōu)的調(diào)制器。輸入射頻信號(hào)的峰峰值為$V_{pp}$。調(diào)制深度的定義為$V_{pp}/V_{\pi }$。在實(shí)際情況中，為了保持調(diào)制器的正弦函數(shù)的近似線性性質(zhì)，調(diào)制深度通常是小于1的。很容易看到，在調(diào)制深度小于1時(shí)，調(diào)制深度的大小是直接影響調(diào)制損耗的。為了不讓調(diào)制損耗過大，通常又不會(huì)選擇太小的調(diào)制深度。

峰均值功率比是一段信號(hào)的性質(zhì)。假設(shè)輸入信號(hào)是一段整數(shù)周期的正弦波，那么這段信號(hào)的峰均值功率比是2，或者3 dB。調(diào)制深度是一個(gè)峰值比調(diào)制器參數(shù)的概念，而真正的功率是隨時(shí)間的平均，所以真正計(jì)算損耗的時(shí)候需要從峰值功率轉(zhuǎn)化到平均功率。

調(diào)制深度(modulation depth )

定義：
在雙邊帶調(diào)幅方式情況下，必須加以限制的峰值幅偏值。通常為已調(diào)波的最大振幅與最小振幅之差對(duì)載波最大振幅與最小振幅之和的比，用百分?jǐn)?shù)表示。
設(shè)調(diào)幅信號(hào)的最大振幅為$E_{max}^1$,包絡(luò)最小振幅為$E_{min}^1$, 載波信號(hào)的最大振幅為$E_{max}^2$，最小振幅為$E_{min}^1$，則調(diào)制深度為： $m=(E_{max}^1?E_{min}^1)/(E_{max}^2+E_{min}^2)$
在激光領(lǐng)域里，調(diào)制深度是指脈沖注入可飽和吸收體時(shí)反射率的最大變化量，或吸收體可飽和吸收所損耗的光的總量，即可被強(qiáng)脈沖能量漂白的能力。它主要取決于吸收體的材料、厚度以及可飽和吸收鏡的具體結(jié)構(gòu)。

其他解釋和舉例：
1）調(diào)制深度，也叫調(diào)制度，modulation depth，指的是調(diào)制波的幅度與載波幅度的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示，即：
$p(t)=(A+m(t))?cos(2?\pi ?f?t);$
則：$md=peak(m(t))/A;（$
或者 $md=(p_{max}?p_{min})/(p_{max}+p_{min})$;
有時(shí)也會(huì)用dB表示調(diào)制深度，此時(shí)，指的是調(diào)制波的波峰到波谷下降的dB值。
2）PWM調(diào)制深度，專指脈沖寬度的調(diào)制，一般其峰值不變，只是其每一個(gè)脈沖的開通和關(guān)斷的時(shí)間比例可以從百分之1到百分之99，說其調(diào)制深度最大，假如從百分之30到百分之80就可以調(diào)制深度比較小。其調(diào)制度越大，脈沖串輸出濾波后其線性電壓變化也越大。在直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用正是借用這一特性。

說到脈沖整形，就得提起信號(hào)進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)化器之前經(jīng)歷的模塊。下面的流程圖是一個(gè)簡單的描述。通常比特會(huì)根據(jù)調(diào)制格式被轉(zhuǎn)化成符號(hào)（symbol），經(jīng)歷一個(gè)過采樣的過程，然后經(jīng)過發(fā)射端的幅度和相位的預(yù)補(bǔ)償來均衡數(shù)模轉(zhuǎn)換器和之后的驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器的幅度損耗和群延遲。然后經(jīng)過脈沖整形來與接收端共同形成一個(gè)matched filter來減少碼間串?dāng)_ （inter-symbol interference, ISI）。常用的matched filter有升余弦滾降濾波器（raise cosine, RC filter）或平方根升余弦滾降（root raised cosine, RRC filter）。平方根升余弦滾降要求在接收端也有一個(gè)同樣的濾波器來形成matched filter。

如果沒有脈沖整形，時(shí)域的拖尾衰減是一個(gè)sinc函數(shù)，以1/t的幅度衰減，而RC filter是以1/t3的速度衰減。脈沖整形是利用一些多余帶寬換取更少的ISI的方案。然而脈沖整形會(huì)改變信號(hào)的峰均值功率比，所以也改變了調(diào)制損耗。下面兩張圖是假設(shè)波特率為60 GBd的信號(hào)的兩種濾波器的波形。

綜合以上因素，我們可以得出一條普適的調(diào)制損耗的公式：

下面是我仿真了QPSK和16QAM兩種格式不同調(diào)制深度，不同脈沖整形條件下的調(diào)制損耗。

注意到QPSK在沒有脈沖整形時(shí)的峰均值功率比是1，而16QAM在沒有脈沖整形時(shí)的峰均值功率比是1.8，所以QPSK整體比16QAM的調(diào)制損耗小。在沒有整形時(shí)的調(diào)制損耗均比有脈沖整形時(shí)的調(diào)制損耗小。在信號(hào)PAPR較大時(shí)，RRC濾波器的調(diào)制損耗比RC 濾波器的損耗小。

我們的仿真里都是理想情況，并沒有考慮到驅(qū)動(dòng)器的非線性效應(yīng)，噪聲，發(fā)射端的群延遲，多徑，以及脈沖整形前對(duì)于這些效應(yīng)補(bǔ)償力度的大小所造成的影響。這篇文章里的仿真給出一個(gè)基本的參考。對(duì)于更復(fù)雜的效應(yīng)，我們則要細(xì)分具體的情況去分析討論。

原文鏈接：https://blog.csdn.net/weixin_26882891/article/details/112718915
http://www.aikelabs.com/wiki/645.htm

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的调制深度，峰均值功率比，脉冲整形等因素对于调制损耗的影响...的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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