我們知道光發射機中一個非常重要的參數是發射功率。如果光發射機處于無源光網絡（PON），沒有后續放大器的情況，發射功率很大程度上決定了發射機可以傳輸的距離 （功率預算，power budget）；如果光發射機后續有放大器，發射功率則決定了發射端的帶內光信噪比（in-band OSNR），對于一定光接收機的OSNR要求，決定了信噪比預算 （OSNR budget）的多少。這些都是一個光傳輸系統中至關重要的參數。發射機的發射功率與片上損耗與激光的輸出功率直接相關。在其他損耗已經確定的情況下，調制損耗(modulation loss) 是我們需要根據綜合需求而調整的參數，來調整發射功率的大小。

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

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

峰均值功率比是一段信號的性質。假設輸入信號是一段整數周期的正弦波，那么這段信號的峰均值功率比是2，或者3 dB。調制深度是一個峰值比調制器參數的概念，而真正的功率是隨時間的平均，所以真正計算損耗的時候需要從峰值功率轉化到平均功率。

調制深度(modulation depth )

定義：
在雙邊帶調幅方式情況下，必須加以限制的峰值幅偏值。通常為已調波的最大振幅與最小振幅之差對載波最大振幅與最小振幅之和的比，用百分數表示。
設調幅信號的最大振幅為$E_{max}^1$,包絡最小振幅為$E_{min}^1$, 載波信號的最大振幅為$E_{max}^2$，最小振幅為$E_{min}^1$，則調制深度為： $m=(E_{max}^1?E_{min}^1)/(E_{max}^2+E_{min}^2)$
在激光領域里，調制深度是指脈沖注入可飽和吸收體時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構。

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

說到脈沖整形，就得提起信號進入數模轉化器之前經歷的模塊。下面的流程圖是一個簡單的描述。通常比特會根據調制格式被轉化成符號（symbol），經歷一個過采樣的過程，然后經過發射端的幅度和相位的預補償來均衡數模轉換器和之后的驅動器和調制器的幅度損耗和群延遲。然后經過脈沖整形來與接收端共同形成一個matched filter來減少碼間串擾 （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同樣的濾波器來形成matched filter。

如果沒有脈沖整形，時域的拖尾衰減是一個sinc函數，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。然而脈沖整形會改變信號的峰均值功率比，所以也改變了調制損耗。下面兩張圖是假設波特率為60 GBd的信號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制損耗的公式：

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

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

我們的仿真里都是理想情況，并沒有考慮到驅動器的非線性效應，噪聲，發射端的群延遲，多徑，以及脈沖整形前對于這些效應補償力度的大小所造成的影響。這篇文章里的仿真給出一個基本的參考。對于更復雜的效應，我們則要細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

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...的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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