CN111193542B - 一种光载射频链路性能参数数值分析系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光载射频链路性能参数数值分析系统和方法。该系统包括数据输入模块、数据处理模块和数据可视化模块，通过输入光载射频链路各模块器件参数与链路工作状态参数，输出所述链路的系统性能数值计算结果；或者通过输入光载射频链路的系统性能与链路工作状态参数，输出所述链路各模块器件参数。该系统覆盖了光载射频链路的绝大多数器件模块，并且可以根据配置文件动态适配各种光载射频链路的设计结构，进行各模块器件的删减与组合，具有高度的灵活性、简便性与实用性，可用于辅助实际光载射频链路的方案设计、性能预估与器件选型，适用于众多相关行业领域。

Description

一种光载射频链路性能参数数值分析系统与方法
技术领域
本发明属于微波光子技术领域，具体涉及一种光载射频链路性能参数数值分析系统与方法，特别是光载射频链路在存在光源、电光调制器、光衰减器、光放大器以及光电探测器的条件下，在已知各模块器件参数的前提下对整体射频增益与噪声系数的数值分析方法以及在已知链路整体射频增益与噪声系数的前提下对各模块器件参数的数值优化分析方法。
背景技术
微波光子技术作为融合了微波技术与光子学技术的多领域交叉技术，在一定意义上将两者的优势集于一身，为成熟的传统微波技术增添了低损耗、高带宽和抗干扰能力。而光载射频链路作为该技术领域最为基础的实现部分，对其整体性能参数的数值分析显然尤为重要。但是由于该技术涉及光电两个领域，因此极少有相应的商业软件能够对所述链路进行仿真分析，极少数覆盖光载射频链路仿真的软件在计算电信号大小时采用相对值，而光电转换多为非线性映射，因此计算的链路性能与实验数据差距较大；而在学术研究领域，多为只针对单器件的性能分析，少数针对光载射频链路的性能分析中也只将光放大器模块由较为简单的理论等效模型进行替代，或者直接不考虑光放大器模块，导致整体链路性能的计算结果与实验数据差距较大。同时，该领域也缺乏由整体链路性能数据反向优化计算链路各模块器件参数的方法与系统。这些都在一定程度上限制了光载射频技术进一步的应用落地。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种光载射频链路性能参数数值分析系统与方法，该系统能够在已知各模块器件参数的前提下对整体射频增益与噪声系数的数值分析以及在已知链路整体射频增益与噪声系数的前提下对各模块器件参数的数值优化分析。本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种光载射频链路性能参数数值分析系统，所述系统包括数据输入模块、数据处理模块和数据可视化模块；
所述数据输入模块包括用于读入解析光载射频链路结构配置文件的链路结构配置文件读取模块、用于读入解析光载射频链路中各模块器件参数文件的各模块器件参数文件读取模块、用于读入解析光载射频链路工作状态参数文件的链路工作状态参数文件读取模块和用于读入解析光载射频链路性能数据文件的链路系统性能数据读取模块。
所述数据处理模块包括链路通路构建模块、链路性能计算子模块、链路各模块参数优化求解子模块；所述链路性能计算子模块、链路各模块参数优化求解子模块均具有光源模块、电光调制器模块和光电探测器模块。所述链路通路构建模块从所述数据输入模块获取所述链路结构，用于形成光载射频链路内部各模块的网状连接图，构建各模块光电信号传递通路。所述链路性能计算子模块从所述链路通路构建模块获取各模块光电信号传递通路，同时从所述数据输入模块获取所述光载射频链路工作状态参数与各模块器件参数，用于计算光载射频链路性能；所述链路各模块参数优化求解子模块从所述链路通路构建模块获取各模块光电信号传递通路，同时从所述数据输入模块获取光载射频链路工作状态参数与链路系统性能数据，用于优化求解光载射频链路中各模块器件待优化参数变量。
所述数据可视化模块将链路性能计算子模块、链路各模块参数优化求解子模块的计算结果输出并存储。
一种所述系统的光载射频链路性能参数数值分析方法，具体包括以下步骤：
(1)数据输入：读取光载射频链路结构配置文件、各模块器件参数以及链路工作状态参数。所述光载射频链路结构配置文件包括光载射频链路中所含模块的数量、模块之间的信号连接关系与顺序；所述各模块器件参数包括光源模块输出信号光光频率fo，以dB为单位的光频率fo下光信号功率输出Plaser_db，以dBc/Hz为单位的指定频率下相对光强度噪声RIN，光电探测器响应度
Figure GDA0002857044210000021
光载射频链路工作状态参数包括读取的射频信号频率ωe、幅值Ae与输入功率Psin，整体链路工作带宽Be，单位为K的链路工作温度T，整体链路负载阻抗Rl。
(2)光载射频链路系统内部构建：根据步骤(1)中读取的光载射频链路结构配置文件，形成内部各模块的链路网状连接图，构建光载射频链路各模块光电信号传递的通路。
(3)光源模块输出信号性能分析：将步骤(1)中读取的以dB为单位的指定光频率下光信号功率输出Plaser_db转化为以W为单位的该光频率下光信号功率输出
Figure GDA0002857044210000022
将步骤(1)中读取的以dBc/Hz为单位的指定频率下相对光强度噪声RIN转化为该频率下的相对光强度噪声系数rin＝10RIN/10；
(4)电光调制器模块输出信号性能分析：计算电光调制器模块光信号输出功率Pm_s＝∑jPm(ωe，Ae)j+∑nNmn，其中，Pm(ωe，Ae)j为不同电信号频率调制下的光信号分量输出功率，j为索引，Nmn为不同电噪声调制下的光信号分量输出功率，n下标为索引，输入射频信号频率ωe与幅值Ae均为步骤(1)所读取的光载射频链路工作状态参数；计算电光调制器模块的输入获得噪声功率Nm_in＝kTBe，其中，Be为步骤(1)中读取的整体链路工作带宽，k为玻尔兹曼常数，T为步骤(1)中读取的单位为K的链路工作温度。
(5)光电探测器模块输出信号性能分析：计算输出光电流
Figure GDA0002857044210000031
其中
Figure GDA0002857044210000032
为步骤(1)中读取的光电探测器响应度，Pdetect_in为指定光频率下光电探测器模块输入光信号分量；将输出光电流进行拆解：
i＝is+in；
其中，is为输入光电探测器模块的射频信号基波调制下的光信号分量所转化的光电流，in为输入光电探测器模块的光噪声分量所转化的光电流；
计算指定电频率下输出电信号分量功率Pdetect_out与电噪声分量Ndetect_out：
Figure GDA0002857044210000033
Figure GDA0002857044210000034
其中，
Figure GDA0002857044210000035
为光电流is的均方值，
Figure GDA0002857044210000036
为光电流in的均方值，q为基本电荷大小常数，Rl为步骤(1)中读取的整体链路负载阻抗；
(6)整体链路系统性能分析：将上述所有链路包含模块按连接网络顺序连接起来，计算整体链路指定电频率下的射频电信号的射频增益G＝10log(Psout/Psin)，计算整体链路噪声系数NF：
NF＝10log((Psin·Nout)/(Psout·Nin))＝10log(G·Nout/Nin)；
其中，Psin为步骤(1)中读取的该电频率下的电光调制模块的输入射频电信号功率，Psout为整体链路输出射频电信号功率，即光电探测器模块中该电频率下的射频电信号输出功率， Nin为整体链路输入的可获噪声功率，即电光调制器的输入可获热噪声功率，Nout为整体链路输出噪声功率，即光电探测器模块输出的电噪声功率；
(7)计算结果的可视化输出与存储：将整体链路系统性能计算结果与各模块部分中间计算变量输出成CSV文件或HDF5文件进行可视化与存储。
进一步地，步骤(2)中形成的链路网状连接图中还包含光衰减器模块，则计算指定光频率下光信号输出功率Patten_out＝10-ATTEN/10Patten_in，其中Patten_in为光衰减器模块的输入光分量信号，ATTEN为衰减系数。
进一步地，步骤(2)中形成的链路网状连接图还包含光放大器模块，则计算光放大器模块输出光信号Pamp_out＝∑jg(fo)jP(fo)j，其中P(fo)j为指定光频率下光放大器模块不同光信号分量的输入光功率，g(fo)j为不同光信号分量经过光放大器之后的光功率增益，计算光放大器模块输出光噪声功率Namp。
一种光载射频链路性能参数数值分析方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)数据输入：读取光载射频链路结构配置文件、光载射频链路的系统性能参数以及光载射频链路工作状态参数。所述配置文件包括光载射频链路中所含模块的数量、模块之间的信号连接关系与顺序；所述光载射频链路的系统性能参数包括不同链路整体射频增益测量数据gj，不同链路整体噪声系数测量数据nfj，光源激光器输出信号光频率f0等；所述光载射频链路工作状态参数包括读取的射频信号频率ωe、幅值Ae与输入功率Psin，整体链路工作带宽Be，单位为K的链路工作温度T，整体链路负载阻抗Rl。
(2)光载射频链路系统内部构建：根据步骤(1)中读取的链路结构配置文件，形成内部各模块的链路网状连接图，构建链路各模块光电信号传递的通路；
(3)光源模块输出信号性能表达式构建：将以dB为单位的指定光频率下光信号功率输出Plaser_db设定为系统待优化求解变量，转化为以W为单位的该光频率下光信号功率输出
Figure GDA0002857044210000041
将以dBc/Hz为单位的指定频率下相对光强度噪声RIN设定为系统待优化求解变量，转化为该频率下的相对光强度噪声系数rin＝10RIN/10；
(4)电光调制器模块输出信号性能表达式构建：构建电光调制器模块光信号输出功率表达式Pm_s＝∑jPm(ωe，Ae)j+∑knNmn，其中P(ωe，Ae)j为不同电信号频率调制下的光信号分量输出功率变量，Nmn为不同电噪声调制下的光信号分量输出功率，输入射频信号频率ωe与幅值Ae均为步骤(1)所读取的光载射频链路工作状态参数；计算电光调制器模块的输入获得噪声功率Nm_in＝kTBe，其中Be为步骤(1)中读取的整体链路工作带宽，k玻尔兹曼常数，T为步骤(1)中读取的单位为K的链路工作温度。
(5)光电探测器模块输出信号性能表达式构建：构建输出光电流表达式
Figure GDA0002857044210000046
其中，光电探测器响应度
Figure GDA0002857044210000047
为设定的系统待优化求解变量，Pdetect_in为指定光频率下光电探测器模块输入光信号分量；将输出光电流进行拆解：
i＝is+in；
其中，is为输入光电探测器模块的射频信号基波调制下的光信号分量所转化的光电流，in为输入光电探测器模块的光噪声分量所转化的光电流；
得到指定电频率下输出电信号分量功率表达式Pdetect_out与电噪声分量表达式Ndetect_out：
Figure GDA0002857044210000042
Figure GDA0002857044210000043
其中，
Figure GDA0002857044210000044
为光电流is的均方值，
Figure GDA0002857044210000045
为光电流in的均方值，q为基本电荷大小常数，Rl为步骤(1)中读取的整体链路负载阻抗；
(6)整体链路系统性能目标函数构建：将上述所有链路包含模块按连接网络顺序连接起来，最终可构建得到整体链路指定电频率下的射频电信号的射频增益G与整体链路噪声系数 NF各自的表达式：
G＝10log(Psout/Psin)；
NF＝10log((Psin·Nout)/(Psout·Nin))＝10log(G·Nout/Nin)；
得到整体链路系统目标函数：
loss＝∑j(Gj-gj)2+(NFj-nfj)2；
其中，Psin为步骤(1)中读取的该电频率下的电光调制模块的输入射频电信号功率，Gj为由RIN、
Figure GDA0002857044210000051
等待优化变量及其他已知量构成的链路整体射频增益理论表达式，NFj为由RIN、、
Figure GDA0002857044210000052
等待优化变量及其他已知量构成的链路整体噪声系数理论表达式，gj为步骤(1)中读取的不同链路整体射频增益测量数据，nfj为步骤(1)中读取的不同链路整体噪声系数测量数据；
(7)各模块器件参数优化求解：根据步骤(1)读取的数据，整理确定上述模块器件参数中中需要优化的目标变量，将其他目标变量输入常量数据处理，进一步使用优化方法最小化步骤(6)中得到的目标函数，最终得到模块器件参数的优化求解；
(8)计算结果的可视化输出与存储：将各模块器件参数的优化求解值、对应目标函数的最优值与以及各模块部分中间计算变量输出成CSV文件或HDF5文件进行可视化与存储。
进一步地，步骤(2)中形成的链路网状连接图还包含光衰减器模块，则构建指定光频率下光信号输出功率表达式Patten_out＝10-ATTEN/10Patten_in，其中Patten_in为光衰减器模块的输入光分量信号。
进一步地，步骤(2)中形成的链路网状连接图还包含光放大器模块，则构建光放大器模块输出光功率表达式Pamp_out＝∑jg(fo)jP(fo)j，其中P(fo)j为指定光频率下光放大器模块光信号分量的输入光功率，g(fo)j为该光信号分量经过光放大器之后的光功率增益。
进一步地，步骤(7)中的优化方法为暴力搜索法、梯度下降法或启发式优化方法。
进一步地，实现步骤(4)的条件是：电光调制器射频输入阻抗与射频输入信号的输出阻抗匹配。
进一步地，实现步骤(5)的条件是：光电探测器的等效链路输出阻抗与负载阻抗匹配。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该数值分析系统所针对的光载射频链路完整包括射光源模块、电光调制器模块、光衰减模块、光放大器模块以及光电探测器，可覆盖绝大多数光载射频链路模型，具有广泛的应用对象；该系统支持在已知光载射频链路整体性能的前提下，优化求解选定模块的器件参数，为实际工程设计带来便利；整个系统采用模块化设计思想，各子模块可灵活增减，从而覆盖更多应用场景；计算系统输出结果文件格式通用，广泛适配各种数据处理软件应用。该数值分析方法支持纳入光放大器地整体链路性能分析，并充分考虑各个模块地噪声输出，同时完整考虑各模块射频电信号的阻抗匹配问题，在兼顾一定计算效率的前提下，使得最终计算结果与实验结果更为相符；该数值分析方法所需输入数据测量难度不大，可为光载射频链路设计落地提供实际指导意义。
附图说明
图1是本发明光载射频链路性能参数数值分析系统的结构示意图；
图2是本发明一种光载射频链路性能参数数值分析方法的流程图；
图3为图2所述分析方法的光载射频链路结构图；
图4是本发明另一种光载射频链路性能参数数值分析方法的流程图；
图5是图4所述分析方法的光载射频链路结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1为本发明光载射频链路性能参数数值分析系统的结构示意图，所述系统包括数据输入模块、数据处理模块和数据可视化模块；
所述数据输入模块包括用于读入解析光载射频链路结构配置文件的链路结构配置文件读取模块、用于读入解析光载射频链路中各模块器件参数文件的各模块器件参数文件读取模块、用于读入解析光载射频链路工作状态参数文件的链路工作状态参数文件读取模块和用于读入解析光载射频链路性能数据文件的链路系统性能数据读取模块。所述链路结构配置文件读取模块读取yaml格式的光载射频链路结构配置文件；所述各模块器件参数文件读取模块读取json格式的各模块器件参数文件，包括光源模块的分布式反馈激光器输出光频率、功率大小、 RIN值，光电调制器模块的铌酸锂马赫曾德尔调制器指定电频率下的半波电压、直流半波电压、等效射频输入阻抗以及工作的直流偏置电压，光衰减器模块的光功率衰减系数，光放大器模块的掺铒光纤放大器的掺铒光纤长度、数值孔径、纤芯半径、铒离子浓度、不同光频率对应的受激发射截面大小、不同光频率对应的受激吸收截面大小、前向泵浦光频率与功率大小以及光电探测器模块的PIN光电探测器的响应度、等效射频输出阻抗等；所述链路工作状态参数读取模块读取json格式的链路工作状态参数文件，包括链路工作温度、射频信号输入频率与功率，输入射频信号的输出阻抗以及链路的负载阻抗等；所述链路系统性能数据读取模块读取json格式的链路系统性能数据文件，包括链路射频增益、噪声系数、掺铒光纤放大器光噪声系数等。所述数据输入模块将上述数据读取解析，并传递给数据处理模块进行计算。
所述数据处理模块包括链路通路构建模块、链路性能计算子模块、链路各模块参数优化求解子模块；所述链路通路构建模块从所述数据输入模块获取所述链路结构，用于形成光载射频链路内部各模块的网状连接图，构建各模块光电信号传递通路。所述链路性能计算子模块包括光源模块输出信号性能计算模块、电光调制器模块输出信号性能计算、光衰减器模块输出信号性能计算模块、光放大器模块输出信号性能计算模块、光电探测器模块输出信号性能计算模块以及整体链路性能计算求解模块，所述链路性能计算子模块从所述链路通路构建模块获取各模块光电信号传递通路，同时从所述数据输入模块获取所述光载射频链路工作状态参数与各模块器件参数，进行分布式反馈激光器的输出光信号计算，铌酸锂马赫曾德尔调制器输出光信号计算，光衰减器输出光信号计算，掺铒光纤放大器输出光信号计算以及PIN 光电探测器输出射频信号计算，并最终得到该链路的射频增益与噪声系数的整体性能计算结果；所述链路各模块参数优化求解子模块包括光源模块输出信号性能表达式构建模块、电光调制器模块输出信号性能表达式构建模块、光衰减器模块输出信号性能表达式构建模块、光放大器模块输出信号性能表达式构建模块、光电探测器模块输出信号性能表达式构建模块、整体链路系统性能目标函数构建模块以及各模块器件参数优化求解模块；所述链路各模块参数优化求解子模块从所述链路通路构建模块获取各模块光电信号传递通路，同时从所述数据输入模块获取光载射频链路工作状态参数与链路系统性能数据，通过各模块输出信号表达式的串接，最终得到链路系统性能理论计算值与实验测试值的L2损失函数，并以此为目标函数进行对待优化变量进行优化求解，系统可支持对分布式反馈激光器的RIN值、铌酸锂马赫曾德尔调制器的射频半波电压、掺铒光纤放大器的光纤长度、泵浦光功率大小以及PIN光电探测器的响应度等一个或多个器件参数的优化求解。
所述数据可视化模块将链路性能计算子模块、链路各模块参数优化求解子模块的计算结果输出并存储。
实施例1
如图2为本发明一种光载射频链路性能参数数值分析方法的流程图，通过输入光载射频链路各模块器件参数与链路工作状态参数，输出整个光载射频链路的系统性能数值计算结果，具体包括如下步骤：
(1)数据输入：读取光载射频链路结构配置文件、各模块器件参数以及链路工作状态参数。所述光载射频链路结构配置文件包括光载射频链路中所含模块的数量、模块之间的信号连接关系与顺序，如图3所示，该光载射频通路包含一个光源模块、一个电光调制器模块、一个光衰减器模块、一个光电放大器模块和一个光电探测器模块，光信号通路从光源模块的分布式反馈激光器输出，经过电光调制器模块的铌酸锂马赫曾德尔调制器进行射频信号的光调制，再经过光衰减器模块进行光衰减，再经过光放大器模块的掺铒光纤放大器进行光放大，最后由光电探测器模块的PIN光电探测器将光信号转化成射频信号输出，而射频信号通路是通过电光调制器输入链路，由光电探测器模块的PIN光电探测器输出射频信号。所述各模块器件参数包括光源模块输出信号光光频率fo，以dB为单位的光频率fo下光信号功率输出Plaser_db，以dBc/Hz为单位的指定频率下相对光强度噪声RIN，光衰减器模块的衰减系数 ATTEN，掺铒光纤的纤芯半径a、铒离子总浓度nt、铒离子上能级寿命τ，掺铒光纤的长度L，不同光频率对应的受激发射截面大小
Figure GDA0002857044210000081
以及不同光频率对应的受激吸收截面大小
Figure GDA0002857044210000082
泵浦光频率fpump以及泵浦光功率Ppump_in，光电探测器响应度
Figure GDA0002857044210000085
光载射频链路工作状态参数包括读取的射频信号频率ωe、幅值Ae与输入功率Psin，整体链路工作带宽Be，单位为K的链路工作温度T，整体链路负载阻抗Rl。
(2)光载射频链路系统内部构建：根据步骤(1)中读取的光载射频链路结构配置文件，形成内部各模块的链路网状连接图，构建光载射频链路各模块光电信号传递的通路。
(3)光源模块输出信号性能分析：将步骤(1)中读取的以dB为单位的指定光频率f0＝193.414489THz下光信号功率输出Plaser_db转化为以W为单位的该光频率下光信号功率输出
Figure GDA0002857044210000083
将步骤(1)中读取的以dBc/Hz为单位的指定频率下相对光强度噪声RIN转化为该频率下的相对光强度噪声系数rin＝10RIN/10；
(4)电光调制器模块输出信号性能分析：已知读取的射频信号频率ωe、功率为Prf_in，可得输入射频信号的可获输入功率与幅值分别为Prf＝Prf_in/2与
Figure GDA0002857044210000084
其中，Rmzm为步骤(1)中读取的铌酸锂马赫曾德尔调制器的射频输入阻抗；
计算电光调制器模块光信号输出功率Pm_s＝∑jPm(ωe，Ae)j+∑nNmn，其中， Pm(ωe，Ae)j为不同电信号频率调制下的光信号分量输出功率，j为索引，这里P(ωe，Ae)0与 P(ωe，Ae)1分别为直流、射频信号基波调制下的光信号分量输出功率大小；Nmn为不同电噪声调制下的光信号分量输出功率，n下标为索引，忽略射频信号更高次谐波调制下的光信号分量，由工作在正交调制点的铌酸锂马赫曾德尔调制器的器件特性，可推导上述光信号分量的输出功率大小公式如下：
P(ωe，Ae)0＝Pm_in(1+cos mdc)J0(mrf)/2；
P(ωe，Ae)1＝Pm_in sin mdcJ1(mrf)；
mdc＝π/2；
mrf＝πVrf/Vπ；
其中，Vπ为步骤(1)中读取的铌酸锂马赫曾德尔调制器指定电频率下的半波电压，Pm_in为电光调制器模块的输入光信号；
计算电光调制器模块的输入可获射频噪声功率，即热噪声功率Nm_in＝kTBe，其中Be为步骤(1)中读取的整体链路工作带宽，k为步骤(1)中读取的玻尔兹曼常量，T为步骤(1)中读取的单位为K的链路工作温度；
上述所有计算均在电光调制器射频输入阻抗与射频输入信号阻抗匹配的前提下完成。
(5)光衰减器模块输出信号性能分析：步骤(2)中形成的链路网状连接图包含光衰减器模块，进行该步骤：计算指定光频率下光信号输出功率Patten_out＝10-ATTEN/10Patten_in，其中Patten_in为光衰减器模块的输入光分量信号；
(6)光放大器模块输出信号性能分析：步骤(2)中形成的链路网状连接图包含光放大器模块，进行该步骤：由Giles模型可得到掺铒光纤放大器的速率方程：
Figure GDA0002857044210000091
Figure GDA0002857044210000092
Figure GDA0002857044210000093
其中，
Figure GDA0002857044210000094
和
Figure GDA0002857044210000095
分别为光带宽B0下在光纤z处沿前向传输与后向传输的光信号功率，
Figure GDA0002857044210000096
和
Figure GDA0002857044210000097
分别为光带宽B0下在光纤z处沿前向传输与后向传输的光噪声功率，该处仅考虑受激自发辐射噪声功率，k表示不同频率fk下的光，
Figure GDA0002857044210000098
表示位于基态和二能级的总平均铒离子粒子数，
Figure GDA0002857044210000099
表示位于二能级的铒离子粒子数，h为普朗克常数，lk表示掺铒光纤的背景损耗系数，忽略为0，αk、
Figure GDA00028570442100000910
ζ分别表示掺铒光纤的吸收系数、发射系数与饱和参数：
Figure GDA00028570442100000911
Figure GDA00028570442100000912
ζ＝πa2nt/τ；
Figure GDA00028570442100000913
其中，a、nt、τ、
Figure GDA0002857044210000101
为步骤(1)中读取的掺铒光纤的纤芯半径、铒离子总浓度、铒离子上能级寿命、不同光频率对应的受激发射截面大小以及不同光频率对应的受激吸收截面大小，重叠积分Γk的计算假设铒离子在纤芯中均匀分布；
显然，针对指定光频率f0，以上方程组为一个带边界问题的一阶常微分方程组，其边界条件如下：
Figure GDA0002857044210000102
Figure GDA0002857044210000103
Figure GDA0002857044210000104
其中Pamp_in为指定光频率f0下光放大器模块的输入光信号功率，Nmin为系统小量常数，表示极小的背景光噪声，值取在10-14，L为步骤(1)中读入的掺铒光纤的长度，k0为信号光频率f0对应采样序数，kpump为泵浦光频率fpump对应采样序数，fpump与Ppump_in在步骤1中读取；
采用配点法求解上述方程组，将z向L长的掺铒光纤均分成20个节点，除了泵浦光频率之外，将光波长1500nm到1600nm的光波段均分成104个频率采样点，光频率f0下两采样点间隔b0＝119.98419GHz，得到指定光频率f0下光信号输出功率Pamp_s_out，和以f0为中心带宽b0下的光噪声输出功率NASE：
Figure GDA0002857044210000105
Figure GDA0002857044210000106
计算得到相应的掺铒光纤放大器的光功率增益Gamp与单位光频率上的受激自发辐射光噪声功率N0：
Gamp＝Pamp_s_out/Pamp_in；
N0＝Namp/b0；
由此计算指定光频率fo下光放大器模块输出光信号Pamp_out＝GampPamp_in+Namp；
(7)光电探测器模块输出信号性能分析：计算输出光电流
Figure GDA0002857044210000107
其中
Figure GDA0002857044210000108
为步骤(1)中读取的光电探测器响应度，Pdetect_in为指定光频率下光电探测器模块输入光信号分量；将输出光电流进行拆解：
i＝is+in；
其中，is为输入光电探测器模块的射频信号基波调制下的光信号分量所转化的光电流，in为输入光电探测器模块的光噪声分量所转化的光电流；
计算指定电频率下输出电信号分量功率Pdetect_out与电噪声分量Ndetect_out：
Figure GDA0002857044210000111
Figure GDA0002857044210000112
其中，
Figure GDA0002857044210000113
为光电流is的均方值，
Figure GDA0002857044210000114
为光电流in的均方值，q为基本电荷大小常数，Rl为步骤(1)中读取的整体链路负载阻抗，且此时光电探测器的等效链路输出阻抗与负载阻抗阻抗匹配；
(8)整体链路系统性能计算：将上述所有链路包含模块按连接网络顺序连接起来，可得：
Pm_in＝Plaser；Patten_in＝Pm_out；Pamp_in＝Patten_out；Pdetect_in＝Pamp_out；
Psout＝Pdetect_out；Nsout＝Ndetect_out；Prf_in＝Psin；Nin＝Nm_in；
计算可得：
Figure GDA0002857044210000115
Figure GDA0002857044210000116
Figure GDA0002857044210000117
Figure GDA0002857044210000118
Figure GDA0002857044210000119
Figure GDA00028570442100001110
Nth＝kTBe；
最终计算得到整体链路指定电频率下的射频电信号的射频增益G与整体链路噪声系数NF：
G＝10log(Psout/Psin)；
NF＝10log((Psin·Nout)/(Psout·Nin))＝10log(G·Nout/Nin)；
其中，Psin为步骤(1)中读取的该电频率下的电光调制模块的输入射频电信号功率，Psout为整体链路输出射频电信号功率，即光电探测器模块中该电频率下的射频电信号输出功率， Nin为整体链路输入的可获噪声功率，即电光调制器的输入可获热噪声功率，Nout为整体链路输出噪声功率，即光电探测器模块输出的电噪声功率；
(9)计算结果的可视化输出与存储：将整体链路系统性能计算结果与各模块部分中间计算变量输出成CSV文件或HDF5文件进行可视化与存储。
计算结果如表1所示，主要包括链路射频增益与噪声系数，对于链路射频增益，使用本系统所得到的数值分析结果与使用噪声源与信号分析仪实验测量出的实测值的相对误差为0；对于链路噪声系数，使用本系统所得到的数值分析结果与使用噪声源与信号分析仪实验测量出的实测值的相对误差为0.21％。进一步地，对于重点模块光放大模块地内部性能，对于光放大器的光功率增益，使用本系统所得到的数值分析结果与使用光谱仪实验测量出的实测值的相对误差为0.01％；对于光放大器的光噪声系数，使用本系统所得到的数值分析结果与使用光谱仪实验测量出的实测值的相对误差为0.55％。本数值分析方法的结果与实际实验结果非常接近，具有较高的准确性。
表1：实施例1光载射频链路性能参数数值分析结果
Figure GDA0002857044210000121
实施例2
如图4为本发明另一种光载射频链路性能参数数值分析方法的流程图，通过输入整个光载射频链路的系统性能与链路工作状态参数，输出光载射频链路各模块器件参数。具体包括以下步骤：
(1)数据输入：读取光载射频链路结构配置文件、光载射频链路的系统性能参数、部分已知模块器件参数以及光载射频链路工作状态参数。所述配置文件包括光载射频链路中所含模块的数量、模块之间的信号连接关系与顺序，如图5所示，该光载射频通路包含一个光源模块，一个电光调制器模块和一个光电探测器模块，光信号通路从光源模块的分布式反馈激光器输出，经过电光调制器模块的铌酸锂马赫曾德尔调制器进行射频信号的光调制，最后由光电探测器模块的PIN光电探测器将光信号转化成射频信号输出，而射频信号通路是通过电光调制器输入链路，由光电探测器模块的PIN光电探测器输出射频信号。所述光载射频链路的系统性能参数包括多组链路整体射频增益测量数据gj，多组链路整体噪声系数测量数据nfj，j下标为索引；所述部分已知模块器件参数包括；光源激光器输出信号光频率f0以及输出光功率Plaser_db；所述光载射频链路工作状态参数包括读取的射频信号频率ωe、幅值Ae与输入功率Psin，整体链路工作带宽Be，单位为K的链路工作温度T，整体链路负载阻抗Rl。
(2)光载射频链路系统内部构建：根据步骤(1)中读取的链路结构配置文件，形成内部各模块的链路网状连接图，构建链路各模块光电信号传递的通路；
(3)光源模块输出信号性能表达式构建：将以dB为单位的指定光频率 f0＝193.414489THz下光信号功率输出Plaser_db 从步骤(1)中读入，转化为以W为单位的该光频率下光信号功率输出
Figure GDA0002857044210000131
f0其中在步骤(1)中读入；将以dBc/Hz为单位的指定频率下相对光强度噪声RIN设定为系统待优化求解变量，转化为该频率下的相对光强度噪声系数rin＝10RIN/10，其中RIN为待优化变量；
(4)电光调制器模块输出信号性能表达式构建：已知输入射频信号频率ωe，输入功率为Prf_in，可得输入射频信号的可获输入功率与幅值分别为Prf＝Prf_in/2与
Figure GDA0002857044210000132
其中，Rmzm为步骤(1)中读取的铌酸锂马赫曾德尔调制器的射频输入阻抗；
构建电光调制器模块光信号输出功率表达式Pm_s＝∑jPm(ωe，Ae)j+∑knNmn，其中P(ωe，Ae)j指代不同电信号频率调制下的光信号分量输出功率变量，j下标为索引，这里采用 P(ωe，Ae)0与P(ωe，Ae)1分别为直流、射频信号基波调制下的光信号分量输出功率大小，Nmn指代不同类型电噪声调制下的光信号分量输出功率，n下标为索引，忽略射频信号更高次谐波调制下的光信号分量，由工作在正交调制点的铌酸锂马赫曾德尔调制器的器件特性，可推导上述光信号分量的输出功率表达式如下：
P(ωe，Ae)0＝Pm_in(1+cosmdc)J0(mrf)/2；
P(ωe，Ae)1＝Pm_insin mdcJ1(mrf)；
mdc＝π/2；
mrf＝πVrf/Vπ；
其中，铌酸锂马赫曾德尔调制器指定电频率下的半波电压Vπ为待优化变量，Pm_in为电光调制器模块的输入光信号；
计算电光调制器模块的输入可获射频噪声功率，即热噪声功率Nm_in＝kTBe，其中Be为步骤(1)中读取的整体链路工作带宽，k为步骤(1)中读取的玻尔兹曼常量，T为步骤(1)中读取的单位为K的链路工作温度；
上述所有计算均在电光调制器射频输入阻抗与射频输入信号阻抗匹配的前提下完成；
(5)光电探测器模块输出信号性能表达式构建：构建输出光电流表达式
Figure GDA0002857044210000141
其中，光电探测器响应度
Figure GDA0002857044210000142
为设定的系统待优化求解变量，Pdetect_in为指定光频率下光电探测器模块输入光信号分量；将输出光电流进行拆解：
i＝is+in；
其中，is为输入光电探测器模块的射频信号基波调制下的光信号分量所转化的光电流，in为输入光电探测器模块的光噪声分量所转化的光电流；
得到指定电频率下输出电信号分量功率表达式Pdetect_out与电噪声分量表达式Ndetect_out：
Figure GDA0002857044210000143
Figure GDA0002857044210000144
其中，
Figure GDA0002857044210000145
为光电流is的均方值，
Figure GDA0002857044210000146
为光电流in的均方值，q为基本电荷大小常数，Rl为步骤(1)中读取的整体链路负载阻抗，且此时光电探测器的等效链路输出阻抗与负载阻抗阻抗匹配；
(6)整体链路系统性能目标函数构建：将上述所有链路包含模块按连接网络顺序连接起来，可得：
Pm_in＝Plaser；Pdetect_in＝Pm_out；Psout＝Pdetect_out；Nsout＝Ndetect_out；Prf_in＝Psin； Nin＝Nm_in；
其中，Psin为步骤(1)中输入的该电频率下的电光调制模块的输入射频电信号功率，Psout为整体链路指定电频率下的射频电信号输出功率，Nsout为整体链路电噪声输出功率；
可得表达式：
Figure GDA0002857044210000147
Figure GDA0002857044210000148
Figure GDA0002857044210000149
Figure GDA00028570442100001410
Nth＝kTBe；
最终可构建得到整体链路指定电频率下的射频电信号的射频增益G与整体链路噪声系数 NF各自的表达式：
G＝10log(Psout/Psin)；
NF＝10log((Psin·Nout)/(Psout·Nin))＝10log(G·Nout/Nin)；
得到整体链路系统目标函数：
loss＝∑j(Gj-gj)2+(NFj-nfj)2；
其中，Gj为由待优化变量RIN、Vπ、
Figure GDA0002857044210000151
及其他已知量构成的链路整体射频增益理论表达式，NFj为由待优化变量RIN、Vπ、
Figure GDA0002857044210000153
及其他已知量构成的链路整体噪声系数理论表达式，gj为步骤(1)中读取的不同链路整体射频增益测量值，nfj为步骤(1)中读取的不同链路整体噪声系数测量值，j下标为索引；
(7)各模块器件参数优化求解：根据步骤(1)读取的数据，整理确定上述模块器件参数中中需要优化的目标变量，将其他目标变量输入常量数据处理，使用暴力搜索法求解步骤 (6)中得到的目标函数的最小值，最终得到模块器件参数的优化求解；
(8)计算结果的可视化输出与存储：将各模块器件参数的优化求解值、对应目标函数的最优值与以及各模块部分中间计算变量输出成CSV文件或HDF5文件进行可视化与存储。
计算结果如表2所示，主要包括目标函数的优化结果与此时待优化变量的赋值方案，对于激光器的相对强度噪声，使用本系统所得到的数值分析结果与该器件的出厂测试报告数值的相对误差为1.21％；对于铌酸锂马赫曾德尔调制器半波电压，使用本系统所得到的数值分析结果与该器件的出厂测试报告数值的相对误差为1.54％；对于PIN光电探测器半波电压，使用本系统所得到的数值分析结果与该器件的出厂测试报告数值的相对误差为1.35％。本数值分析方法的结果与链路器件的实际参数结果非常接近，具有较高的准确性。
表2为实施例2光载射频链路性能参数数值分析优化结果和待优化变量
Figure GDA0002857044210000152
Figure GDA0002857044210000161
进一步地，如果本发明系统中涉及光衰减器模块，步骤(1)中需输入光衰减器衰减系数ATTEN，并在之后进行该步骤：构建指定光频率下光信号输出功率表达式Patten_out＝10-ATTEN/10Patten_in，其中Patten_in为光衰减器模块的输入光分量信号，ATTEN从步骤(1)中读入；
最后在步骤(6)中根据链路通路网络结构，更新信号输入输出公式。
如果本发明系统中涉及光放大器模块，这里以掺铒光纤放大器为例，步骤(1)需输入掺铒光纤的纤芯半径a、铒离子总浓度nt、铒离子上能级寿命τ，掺铒光纤的长度L，不同光频率对应的受激发射截面大小
Figure GDA0002857044210000164
以及不同光频率对应的受激吸收截面大小
Figure GDA0002857044210000165
泵浦光频率fpump以及泵浦光功率Ppump_in，并且在之后进行该步骤：
光放大器模块输出信号性能表达式构建：步骤2中形成的链路网状连接图包含光放大器模块，进行该步骤：由Giles模型可得到掺铒光纤放大器的速率方程：
Figure GDA0002857044210000166
Figure GDA0002857044210000167
Figure GDA0002857044210000168
其中，
Figure GDA0002857044210000169
和
Figure GDA00028570442100001610
分别为光带宽B0下在光纤z处沿前向传输与后向传输的光信号功率，
Figure GDA00028570442100001611
和
Figure GDA00028570442100001612
分别为光带宽B0下在光纤z处沿前向传输与后向传输的光噪声功率，该处仅考虑受激自发辐射噪声功率，k表示不同频率fk下的光，
Figure GDA00028570442100001613
表示位于基态和二能级的总平均铒离子粒子数，
Figure GDA00028570442100001614
表示位于二能级的铒离子粒子数，h为普朗克常数，lk表示掺铒光纤的背景损耗系数，忽略为0，αk、
Figure GDA00028570442100001615
ζ分别表示掺铒光纤的吸收系数、发射系数与饱和参数：
Figure GDA00028570442100001616
Figure GDA00028570442100001617
ζ＝πa2nt/τ；
Figure GDA0002857044210000171
其中，a、nt、τ、
Figure GDA0002857044210000172
为步骤(1)中读取的掺铒光纤的纤芯半径、铒离子总浓度、铒离子上能级寿命、不同光频率对应的受激发射截面大小以及不同光频率对应的受激吸收截面大小，重叠积分Γk的计算假设铒离子在纤芯中均匀分布；
显然，针对指定光频率f0，以上方程组为一个带边界问题的一阶常微分方程组，其边界条件如下：
Figure GDA0002857044210000173
Figure GDA0002857044210000174
Figure GDA0002857044210000175
其中Pamp_in为指定光频率f0下光放大器模块的输入光信号功率，Nmin为系统小量常数，表示极小的背景光噪声，取值10-14，L为掺铒光纤的长度，在步骤(1)中读取，k0为信号光频率f0对应采样序数，kpump为泵浦光频率fpump对应采样序数，Ppump_in泵浦光功率，fpump与Ppump_in在步骤(1)中读取；
采用配点法求解上述方程组，将z向L长的掺铒光纤均分成20个节点，除了泵浦光频率之外，将光波长1500nm到1600nm的光波段均分成104个频率采样点，光频率f0下两采样点间隔b0＝119.98419GHz，得到指定光频率f0下光信号输出功率Pamp_s_out，和以f0为中心带宽b0下的光噪声输出功率NASE：
Figure GDA0002857044210000176
Figure GDA0002857044210000177
得到相应的掺铒光纤放大器的光功率增益Gamp与单位光频率上的受激自发辐射光噪声功率N0：
Gamp＝Pamp_s_out/Pamp_in；
N0＝Namp/b0；
由此构建处指定光频率fo下光放大器模块输出光信号Pamp_out＝GampPamp_in+Namp；
最后在步骤(6)中根据链路通路网络结构，更新信号输入输出公式，再在噪声分析中，加入掺铒光纤放大器引入的噪声分量：
Figure GDA0002857044210000178
Figure GDA0002857044210000179
Figure GDA0002857044210000181
以上实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未违背本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种光载射频链路性能参数数值分析系统，其特征在于：所述系统包括数据输入模块、数据处理模块和数据可视化模块；
所述数据输入模块包括用于读入解析光载射频链路结构配置文件的链路结构配置文件读取模块、用于读入解析光载射频链路中各模块器件参数文件的各模块器件参数文件读取模块、用于读入解析光载射频链路工作状态参数文件的链路工作状态参数文件读取模块和用于读入解析光载射频链路性能数据文件的链路系统性能数据读取模块；
所述数据处理模块包括链路通路构建模块、链路性能计算子模块、链路各模块参数优化求解子模块；所述链路性能计算子模块、链路各模块参数优化求解子模块均具有光源模块、电光调制器模块和光电探测器模块；所述链路通路构建模块从所述数据输入模块获取所述链路结构，用于形成光载射频链路内部各模块的网状连接图，构建各模块光电信号传递通路；所述链路性能计算子模块从所述链路通路构建模块获取各模块光电信号传递通路，同时从所述数据输入模块获取所述光载射频链路工作状态参数与各模块器件参数，用于计算光载射频链路性能；所述链路各模块参数优化求解子模块从所述链路通路构建模块获取各模块光电信号传递通路，同时从所述数据输入模块获取光载射频链路工作状态参数与链路系统性能数据，用于优化求解光载射频链路中各模块器件待优化参数变量；
所述数据可视化模块将链路性能计算子模块、链路各模块参数优化求解子模块的计算结果输出并存储；
所述光载射频链路性能参数数值分析系统的光载射频链路性能参数数值分析方法，具体包括以下步骤：
(1)数据输入：读取光载射频链路结构配置文件、各模块器件参数以及链路工作状态参数， 所述光载射频链路结构配置文件包括光载射频链路中所含模块的数量、模块之间的信号连接关系与顺序；所述各模块器件参数包括光源模块输出信号光光频率fo，以dB为单位的光频率fo下光信号功率输出Plaser_db，以dBc/Hz为单位的指定频率下相对光强度噪声RIN，光电探测器响应度
Figure FDA0002857044200000011
光载射频链路工作状态参数包括读取的射频信号频率ωe、幅值Ae与输入功率Psin，整体链路工作带宽Be，单位为K的链路工作温度T，整体链路负载阻抗Rl；
(2)光载射频链路系统内部构建：根据步骤(1)中读取的光载射频链路结构配置文件，形成内部各模块的链路网状连接图，构建光载射频链路各模块光电信号传递的通路；
(3)光源模块输出信号性能分析：将步骤(1)中读取的以dB为单位的指定光频率下光信号功率输出Plaser_db转化为以W为单位的该光频率下光信号功率输出
Figure FDA0002857044200000027
将步骤(1)中读取的以dBc/Hz为单位的指定频率下相对光强度噪声RIN转化为该频率下的相对光强度噪声系数rin＝10RIN/10；
(4)电光调制器模块输出信号性能分析：计算电光调制器模块光信号输出功率Pm_s＝∑jPm(ωe，Ae)j+∑nNmn，其中，Pm(ωe，Ae)j为不同电信号频率调制下的光信号分量输出功率，j为索引，Nmn为不同电噪声调制下的光信号分量输出功率，n下标为索引，输入射频信号频率ωe与幅值Ae均为步骤(1)所读取的光载射频链路工作状态参数；计算电光调制器模块的输入获得噪声功率Nm_in＝kTBe，其中，Be为步骤(1)中读取的整体链路工作带宽，k为玻尔兹曼常数，T为步骤(1)中读取的单位为K的链路工作温度；
(5)光电探测器模块输出信号性能分析：计算输出光电流
Figure FDA0002857044200000025
其中
Figure FDA0002857044200000026
为步骤(1)中读取的光电探测器响应度，Pdetect_in为指定光频率下光电探测器模块输入光信号分量；将输出光电流进行拆解：
i＝is+in；
其中，is为输入光电探测器模块的射频信号基波调制下的光信号分量所转化的光电流，in为输入光电探测器模块的光噪声分量所转化的光电流；
计算指定电频率下输出电信号分量功率Pdetect_out与电噪声分量Ndetect_out：
Figure FDA0002857044200000021
Figure FDA0002857044200000022
其中，
Figure FDA0002857044200000023
为光电流is的均方值，
Figure FDA0002857044200000024
为光电流in的均方值，q为基本电荷大小常数，Rl为步骤(1)中读取的整体链路负载阻抗；
(6)整体链路系统性能分析：将上述所有链路包含模块按连接网络顺序连接起来，计算整体链路指定电频率下的射频电信号的射频增益G＝10log(Psout/Psin)，计算整体链路噪声系数NF：
NF＝10log((Psin·Nout)/(Psout·Nin))＝10log(G·Nout/Nin)；
其中，Psin为步骤(1)中读取的该电频率下的电光调制模块的输入射频电信号功率，Psout为整体链路输出射频电信号功率，即光电探测器模块中该电频率下的射频电信号输出功率，Nin为整体链路输入的可获噪声功率，即电光调制器的输入可获热噪声功率，Nout为整体链路输出噪声功率，即光电探测器模块输出的电噪声功率；
(7)计算结果的可视化输出与存储：将整体链路系统性能计算结果与各模块部分中间计算变量输出成CSV文件或HDF5文件进行可视化与存储。
2.根据权利要求1所述光载射频链路性能参数数值分析系统，其特征在于，步骤(2)中形成的链路网状连接图中还包含光衰减器模块，则计算指定光频率下光信号输出功率Patten_out＝10-ATTEN/10Patten_in，其中Patten_in为光衰减器模块的输入光分量信号，ATTEN为衰减系数。
3.根据权利要求1或2所述光载射频链路性能参数数值分析系统，其特征在于，步骤(2)中形成的链路网状连接图还包含光放大器模块，则计算光放大器模块输出光信号Pamp_out＝∑jg(fo)jP(fo)j，其中P(fo)j为指定光频率下光放大器模块不同光信号分量的输入光功率，g(fo)j为不同光信号分量经过光放大器之后的光功率增益，计算光放大器模块输出光噪声功率Namp。
4.根据权利要求1所述光载射频链路性能参数数值分析系统，其特征在于，实现步骤(4)的条件是：电光调制器射频输入阻抗与射频输入信号的输出阻抗匹配。
5.根据权利要求1所述光载射频链路性能参数数值分析系统，其特征在于，实现步骤(5)的条件是：光电探测器的等效链路输出阻抗与负载阻抗匹配。
6.一种权利要求1所述系统的光载射频链路性能参数数值分析方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)数据输入：读取光载射频链路结构配置文件、光载射频链路的系统性能参数以及光载射频链路工作状态参数；所述配置文件包括光载射频链路中所含模块的数量、模块之间的信号连接关系与顺序；所述光载射频链路的系统性能参数包括不同链路整体射频增益测量数据gj，不同链路整体噪声系数测量数据nfj，光源激光器输出信号光频率f0；所述光载射频链路工作状态参数包括读取的射频信号频率ωe、幅值Ae与输入功率Psin，整体链路工作带宽Be，单位为K的链路工作温度T，整体链路负载阻抗Rl；
(2)光载射频链路系统内部构建：根据步骤(1)中读取的链路结构配置文件，形成内部各模块的链路网状连接图，构建链路各模块光电信号传递的通路；
(3)光源模块输出信号性能表达式构建：将以dB为单位的指定光频率下光信号功率输出Plaser_db设定为系统待优化求解变量，转化为以W为单位的该光频率下光信号功率输出
Figure FDA0002857044200000031
将以dBc/Hz为单位的指定频率下相对光强度噪声RIN设定为系统待优化求解变量，转化为该频率下的相对光强度噪声系数rin＝10RIN/10；
(4)电光调制器模块输出信号性能表达式构建：构建电光调制器模块光信号输出功率表达式Pm_s＝∑jPm(ωe，Ae)j+∑knNmn，其中Pm(ωe，Ae)j为不同电信号频率调制下的光信号分量输出功率变量，j为索引，Nmn为不同电噪声调制下的光信号分量输出功率，n下标为索引，输入射频信号频率ωe与幅值Ae均为步骤(1)所读取的光载射频链路工作状态参数；计算电光调制器模块的输入获得噪声功率Nm_in＝kTBe，其中Be为步骤(1)中读取的整体链路工作带宽，k玻尔兹曼常数，T为步骤(1)中读取的单位为K的链路工作温度；
(5)光电探测器模块输出信号性能表达式构建：构建输出光电流表达式
Figure FDA0002857044200000046
其中，光电探测器响应度
Figure FDA0002857044200000045
为设定的系统待优化求解变量，Pdetect_in为指定光频率下光电探测器模块输入光信号分量；将输出光电流进行拆解：
i＝is+in；
其中，is为输入光电探测器模块的射频信号基波调制下的光信号分量所转化的光电流，in为输入光电探测器模块的光噪声分量所转化的光电流；
得到指定电频率下输出电信号分量功率表达式Pdetect_out与电噪声分量表达式Ndetect_out：
Figure FDA0002857044200000041
Figure FDA0002857044200000042
其中，
Figure FDA0002857044200000043
为光电流is的均方值，
Figure FDA0002857044200000044
为光电流in的均方值，q为基本电荷大小常数，Rl为步骤(1)中读取的整体链路负载阻抗；
(6)整体链路系统性能目标函数构建：将上述所有链路包含模块按连接网络顺序连接起来，最终可构建得到整体链路指定电频率下的射频电信号的射频增益G与整体链路噪声系数NF各自的表达式：
G＝10log(Psout/Psin)；
NF＝10log((Psin·Nout)/(Psout·Nin))＝10log(G·Nout/Nin)；
得到整体链路系统目标函数：
loss＝∑j(Gj-gj)2+(NFj-nfj)2；
其中，Psin为步骤(1)中读取的该电频率下的电光调制模块的输入射频电信号功率，Psout为整体链路输出射频电信号功率，即光电探测器模块中该电频率下的射频电信号输出功率，Nin为整体链路输入的可获噪声功率，即电光调制器的输入可获热噪声功率，Nout为整体链路输出噪声功率，即光电探测器模块输出的电噪声功率；Gj为由RIN、
Figure FDA0002857044200000047
待优化变量及其他已知量构成的链路整体射频增益理论表达式，NFj为由RIN、
Figure FDA0002857044200000048
待优化变量及其他已知量构成的链路整体噪声系数理论表达式，gj为步骤(1)中读取的不同链路整体射频增益测量数据，nfj为步骤(1)中读取的不同链路整体噪声系数测量数据；
(7)各模块器件参数优化求解：根据步骤(1)读取的数据，整理确定上述模块器件参数中需要优化的目标变量，将其他目标变量输入常量数据处理，进一步使用优化方法最小化步骤(6)中得到的目标函数，最终得到模块器件参数的优化求解；
(8)计算结果的可视化输出与存储：将各模块器件参数的优化求解值、对应目标函数的最优值与以及各模块部分中间计算变量输出成CSV文件或HDF5文件进行可视化与存储。
7.根据权利要求6所述分析方法，其特征在于，步骤(2)中形成的链路网状连接图还包含光衰减器模块，则构建指定光频率下光信号输出功率表达式Patten_out＝10-ATTEN/10Patten_in，其中Patten_in为光衰减器模块的输入光分量信号，ATTEN为衰减系数。
8.根据权利要求6所述分析方法，其特征在于，步骤(2)中形成的链路网状连接图还包含光放大器模块，则构建光放大器模块输出光功率表达式Pamp_out＝∑jg(fo)jP(fo)j，其中P(fo)j为指定光频率下光放大器模块光信号分量的输入光功率，g(fo)j为该光信号分量经过光放大器之后的光功率增益。
9.根据权利要求6所述分析方法，其特征在于，步骤(7)中的优化方法为暴力搜索法、梯度下降法或启发式优化方法。
10.根据权利要求6所述分析方法，其特征在于，实现步骤(4)的条件是：电光调制器射频输入阻抗与射频输入信号的输出阻抗匹配。
11.根据权利要求6所述分析方法，其特征在于，实现步骤(5)的条件是：光电探测器的等效链路输出阻抗与负载阻抗匹配。
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