CN113726447A - 一种光纤传输链路中接收底噪的优化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤传输链路中接收底噪的优化系统及方法，属于模拟信号的光纤传输技术领域，系统包括发射端和接收端，所述发射端包括用于对信号高频段增益进行补偿的增益补偿电路，所述接收端包括用于对信号高频段增益进行压缩的增益压缩电路。本发明系统发射端包括一增益补偿电路，接收端包括一增益压缩电路，增益补偿电路对信号高频段增益进行补偿，增益压缩电路对信号高频段增益进行压缩，以使高频段的输出底噪相比原光纤链路下降，进而使得系统的信号平坦度小，信噪比高，保证了通信质量。

Description

一种光纤传输链路中接收底噪的优化系统及方法

技术领域

本发明涉及模拟信号的光纤传输技术领域，尤其涉及一种光纤传输链路中接收底噪的优化系统及方法。

背景技术

在现代通信技术中，光纤传输链路中模拟电信号的带宽要求越来越高，达到几百兆赫兹甚至几个吉赫兹。由于带宽越宽，接收到的底噪总和就更高，尤其是高频段的底噪影响比重最大。然而，激光器件在高频段的底噪本身就会比中低频段更高，通常在吉赫兹数量级带宽的链路中，高频段会比低频段底噪高若干分贝，因此优化高频段的噪声对系统底噪有着重要意义，尤其在要求较高的复杂电磁场环境测试应用中。

在现有光纤传输链路中，均是通过在接收端同时降低整个频段的底噪实现底噪的优化，如采用低噪声宽带放大器、降低发射光功率等器件优化接收端整个频段的底噪以使系统信号平坦度低，达到较好的信噪比，而仅针对光纤传输链路中高频段接收低噪的技术方案暂无人提出，在此基础上，本发明提出了一种针对于光纤传输链路高频段底噪的优化系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中无法针对光纤传输链路中高频段接收低噪进行优化的问题，提供一种光纤传输链路中接收底噪的优化系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种光纤传输链路中接收底噪的优化系统，系统具体包括发射端和接收端，所述发射端包括用于对信号高频段增益进行补偿的增益补偿电路，所述接收端包括用于对信号高频段增益进行压缩的增益压缩电路。

具体地，所述增益补偿电路包括第一宽带放大器和第一反馈电路，所述增益压缩电路包括第二宽带放大器和第二反馈电路。

具体地，所述第一反馈电路包括第一电阻、第二电阻和第一电容；所述第二电阻一端连接至所述第一宽带放大器的输入端，第二电阻另一端连接至第一电阻一端，第一电阻另一端连接至所述第一宽带放大器输出端，所述第一电容与所述第一电阻并联连接。

具体地，所述第二反馈电路包括第三电阻、第四电阻和第三电容；所述第三电阻一端连接至所述第二宽带放大器的输入端，第三电阻另一端连接至第二宽带放大器输出端，所述第四电阻与所述第三电容串联连接后与所述第三电阻并联连接。

具体地，所述增益压缩电路还包括第一温补衰减器，所述第一温补衰减器设于所述第二宽带放大器输出端。

具体地，作为另一实施例，本发明系统的增益补偿电路包括依次连接的第三宽带放大器、均衡器、第一衰减器、隔直器；本发明系统的增益压缩电路包括依次连接的第四宽带放大器、第二衰减器、第二温补衰减器。具体地，所述第四宽带放大器包括依次连接的全频段响应平坦的放大器与低通滤波器。

具体地，所述发射端还包括与增益补偿电路输出端连接的激光器，所述接收端还包括依次连接的光电探测器、低噪放大器，所述低噪放大器输出端与所述增益压缩电路连接，所述发射端与所述接收端经光缆连接。

本发明还包括上述一种光纤传输链路中接收底噪的优化系统的方法，所述方法具体包括：

在发射端设置一增益补偿电路，用于对信号高频段增益进行补偿；

在接收端设置一增益压缩电路，用于对信号高频段增益进行压缩。

具体地，所述增益补偿电路包括第一宽带放大器和第一反馈电路，所述增益压缩电路包括第二宽带放大器和第二反馈电路，所述方法具体还包括：

调节第一反馈电路、第二反馈电路参数以使所述增益补偿电路增益斜率与增益补偿电路的增益斜率互为相反数。

与现有技术相比，本发明有益效果是：

(1)本发明系统发射端包括一增益补偿电路，接收端包括一增益压缩电路，增益补偿电路对信号高频段增益进行补偿，增益压缩电路对信号高频段增益进行压缩，以使高频段的输出底噪相比原光纤链路下降，进而使得系统的信号平坦度小，信噪比高，保证了通信质量。

(2)本发明第一宽带放大器用于提供补偿增益量，第一反馈电路用于调节全频段信号的增益补偿量，使低频段增益较低、高频段增益高，实现了对信号高频段增益的补偿；本发明第二宽带放大器用于放大微弱信号，第二反馈电路用于调节全频段信号的增益补偿量，使低频段增益高、高频段增益线性降低，以高频段的输出底噪相比原光纤链路下降，进而使得系统的信号平坦度小。

(3)本发明第一反馈电路的第一电阻、第二电阻用于调节第一宽带放大器的静态工作点，以使第一宽带放大器工作在放大状态；第一电容用于调节增益斜率，使信号低频段增益较低、高频段增益高。

(4)本发明第二反馈电路中第三电阻用于调节第二宽带放大器的静态工作点，以使第二宽带放大器工作在放大状态，同时，第三电阻还用于调节全频段平均增益；第四电阻串联第三电容用于调节增益斜率，第四电阻用于用于降低Q值，保证信号经增益压缩电路后能够呈现使低频段增益高、高频段增益线性降低的状态。

(5)本发明增益压缩电路还包括第一温补衰减器，用于补偿温度变化对底噪造成的起伏影响。

(6)本发明增益补偿电路包括依次连接的第三宽带放大器、均衡器、第一衰减器、隔直器，第三宽带放大器用于提供补偿增益量，均衡器对低频段衰减大、高频段衰减小，以保证对信号高频段的增益补偿，第一衰减器用于使增益补偿电路呈现良好的阻抗匹配电路，隔直器用于保护激光器的静态工作点；增益压缩电路包括依次连接的第四宽带放大器、第二衰减器、第二温补衰减器，第四宽带放大器用于放大信号，使整个增益压缩电路呈现低频端增益较高，高频端增益线性降低的频响特性，第二衰减器用于使增益压缩电路呈现良好的阻抗匹配电路，第二温补衰减器用于偿高低温带来的底噪起伏，并改善系统增益的高低温的性能。

(7)本发明第四宽带放大器包括依次连接的全频段响应平坦的放大器与低通滤波器，利于调节全频段信号增益，使整个增益压缩电路呈现低频端增益较高，高频端增益线性降低的频响特性。

(8)本发明方法包括在发射端设置一增益补偿电路，在接收端设置一增益压缩电路，增益补偿电路对信号高频段增益进行补偿，增益压缩电路对信号高频段增益进行压缩，以使高频段的输出底噪相比原光纤链路下降，进而使得系统的信号平坦度小，信噪比高，保证了通信质量。

(9)本发明增益补偿电路增益斜率与增益补偿电路的增益斜率互为相反数，以保证宽带信号的增益平坦性，保证了系统的通信质量。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图中：

图1为本发明实施例1的增益补偿电路的电路原理图；

图2为本发明实施例1的增益压缩电路的电路原理图；

图3为本发明实施例1的系统框图；

图4为本发明实施例2的增益补偿电路的电路原理图；

图5为本发明实施例2的增益压缩电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施为解决现有技术中无法针对光纤传输链路中高频段接收低噪进行优化的问题，提供一种光纤传输链路中接收底噪的优化系统，系统包括发射端和接收端，发射端包括用于对信号高频段增益进行补偿的增益补偿电路，使低频段增益较低、高频段增益高，接收端包括用于对信号高频段增益进行压缩的增益压缩电路，即使低频段增益高、高频段增益线性降低，使高频段的输出底噪相比原光纤链路下降，全频段低噪呈现平坦趋势，保证了增益平坦度，使系统信号平坦度小，信噪比高，保证了通信质量。

作为一选项，增益补偿电路包括第一宽带放大器A1和第一反馈电路，增益压缩电路包括第二宽带放大器A2和第二反馈电路。具体地，第一宽带放大器A1用于提供补偿增益量，第一反馈电路用于调节全频段信号的增益补偿量，使低频段增益较低、高频段增益高，实现了对信号高频段增益的补偿；第二宽带放大器A2用于放大微弱信号，第二反馈电路用于调节全频段信号的增益补偿量，使低频段增益高、高频段增益线性降低，以高频段的输出底噪相比原光纤链路下降，进而使得系统的信号平坦度小。

作为一选项，宽带放大器具体为射频晶体管ATF54143，用于提供适当补偿增益量。

进一步地，如图1所示，第一反馈电路包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1。具体地，第二电阻R2一端连接至第一宽带放大器A1的输入端，第二电阻R2另一端连接至第一电阻R1一端，第一电阻R1另一端连接至第一宽带放大器A1输出端，第一电容C1与第一电阻R1并联连接。具体地，第一反馈电路的第一电阻R1、第二电阻R2用于调节第一宽带放大器A1的静态工作点，以使第一宽带放大器A1工作在放大状态；第一电容C1用于调节增益斜率，使信号低频段增益较低、高频段增益高，当然，为了保证宽带信号的增益平坦性，增益压缩电路的增益斜率与增益补偿电路的增益斜率互为相反数。更为具体地，第一电容C1为取值范围为20-200pF，作为一优选实施例，第一电容C1为100pF，第一电阻R1为50Ω，第二电阻R2为120Ω，对应地，增益补偿电路中高频段3G频点增益比0.5G频点增益提高了约4.5dB。

需要进一步说明的是，在确定增益补偿电路和增益压缩电路的增益斜率时需注意，增益斜率取决于高频段底噪需要的改善量，斜率越大，底噪改善量越大。但斜率大即表示高频段增益的压缩量大，过大的压缩量会影响系统输出的功率线性度(P-1dB)指标。设原系统功率线性度(P-1dB)余量为P，高频段底噪待改善量为S，可用高低频段增益压缩量或补偿量为G，三个指标单位均为dB。若P≥S，则确定G＝S；若P≤S，则G＝P。

进一步地，如图2所示，第二反馈电路包括第三电阻R3、第四电阻R4和第三电容C3。具体地，第三电阻R3一端连接至第二宽带放大器A2的输入端，第三电阻R3另一端连接至第二宽带放大器A2输出端，第四电阻R4与第三电容C3串联连接后与第三电阻R3并联连接，即第四电阻R4一端连接至第二宽带放大器A2输入端，第三电阻R3一端连接至第二宽带放大器A2的输出端。具体地，第二反馈电路中第三电阻R3用于调节第二宽带放大器A2的静态工作点，以使第二宽带放大器A2工作在放大状态，同时，第三电阻R3还用于调节全频段平均增益；第四电阻R4串联第三电容C3用于调节增益斜率，第四电阻R4用于降低Q值，保证信号经增益压缩电路后能够呈现使低频段增益高、高频段增益线性降低的状态。更为具体地，第三电容C3的取值范围为5pF-20pF，第四电阻R4的取值范围为100-1000Ω。作为一优选实施例，第三电阻R3为2kΩ，第四电阻R4为510Ω，第三电容C3为10pF，对应地，增益压缩电路中高频段3G频点增益比0.5G频点增益降低了约4.5dB。

作为一选项，增益压缩电路还包括第一温补衰减器TA1和一第四接地电容C4，第四接地电容C4连接至第二宽带放大器A2输出端，第四接地电容C4后级联有第一温补衰减器TA1，即第四接地电容C4第一端与第二宽带放大器A2输出端连接，第四接地电容C4第二端接地，第四接地电容C4第一端连接有第一温补衰减器TA1。具体地，第四接地电容C4用于实现增益斜率的微调；由于宽带放大器增益随温度会变化，直接影响着输出底噪大小，因此第一温补衰减器TA1可以有效的补偿高低温带来的底噪起伏，并改善系统增益的高低温的性能。更为具体地，第四接地电容的取值范围为0.3pF-1pF，作为一优选实施例，第四接地电容具体为0.5pF，第一温补衰减器TA1型号具体为TCA0604N9。

进一步地，如图3所示，本系统发射端还包括与增益补偿电路输出端连接的激光器，接收端还包括依次连接的光电探测器、低噪放大器，低噪放大器输出端与增益压缩电路连接，发射端与接收端经光缆连接。

作为一选项，增益补偿电路输出端还连接有一隔直通交的第二电容C2，第一宽带放大器A1输出端经第二电容C2与激光器连接，用于保护激光器的静态工作点。作为一具体实施例，第二电容C2为100pF。

本发明实施例1实现了0.5G到3G的模拟信号传输系统底噪优化，在原无优化的模拟信号传输系统中，0.5GHz底噪约-136dBm/Hz，2GHz底噪约-134dBm/Hz，3GHz底噪约-132dBm/Hz，通过本发明系统增益补偿电路、增益压缩电路进行低噪优化后，0.5GHz-3GHz底噪均为-136±0.5dBm/Hz，信号平坦度小。

本发明接收端对高频段增益线性降低，即频率越高增益越低，使其正好与原光纤链路频率越高底噪越高特性相抵，因此高频段的输出底噪相比原光纤链路下降，电路会将其调节到与低频段一致。发射端用于将接收端高频段降低的增益补偿回来，虽然将高频段增益相对提高了，但其对输出底噪的影响可以忽略不计，这是因为补偿的增益在激光器之前，根据噪声级联原理，系统前级增加正增益有利于改善系统噪声，并且由于激光器衰减噪声特别大，激光器对底噪影响远大于前级的影响，在此基础上，使得整个系统的信号平坦度小，保证了通信质量。

实施例2

本实施为解决现有技术中无法针对光纤传输链路中高频段接收低噪进行优化的问题，提供一种光纤传输链路中接收底噪的优化系统，与实施例1具有相同的发明构思，系统包括发射端和接收端，发射端包括用于对信号高频段增益进行补偿的增益补偿电路，即使低频段增益较低、高频段增益高，接收端包括用于对信号高频段增益进行压缩的增益压缩电路，即使低频段增益高、高频段增益线性降低，使高频段的输出底噪相比原光纤链路下降，全频段低噪呈现平坦趋势，保证了增益平坦度，使系统信号平坦度小，信噪比高，保证了通信质量。

具体地，如图4所示，增益补偿电路包括依次连接的第三宽带放大器A11、增益均衡器E1、第一衰减器AT1、隔直器B1，可以免去实施例1中增益补偿电路较难的反馈电路调节过程；如图5所示，增益压缩电路包括依次连接的第四宽带放大器A22、第二衰减器AT2、第二温补衰减器TA2。具体第一，第三宽带放大器A11用于提供补偿增益量，增益均衡器E1对低频段衰减大、高频段衰减小，以保证对信号高频段的增益补偿，第一衰减器AT1具体为电阻性衰减器，用于使增益补偿电路呈现良好的阻抗匹配电路，B1隔直器用于保护激光器的静态工作点；增益压缩电路中的第四宽带放大器A22用于放大信号，使整个增益压缩电路呈现低频端增益较高，高频端增益线性降低的频响特性，第二衰减器AT2具体为电阻性衰减器，用于使增益压缩电路呈现良好的阻抗匹配电路，第二温补衰减器TA2用于偿高低温带来的底噪起伏，并改善系统增益的高低温的性能。

作为一选项，在实际应用场景中，第四宽带放大器A22没有合适的放大器型号，达不到理想的信号放大效果，可以将第四宽带放大器A22拆分成一个全频段响应平坦的放大器串接一个低通滤波器的组合形式，即第四宽带放大器A22包括依次连接的全频段响应平坦的放大器与低通滤波器，通过调节滤波器的频率响应使整个增益压缩电路呈现低频端增益较高，高频端增益线性降低的频响特性。

实施例3

本实施为解决现有技术中无法针对光纤传输链路中高频段接收低噪进行优化的问题，提供一种光纤传输链路中接收底噪的优化方法，与实施例1具有相同的发明构思，方法包括：

在发射端设置一增益补偿电路同时在接收端设置一增益压缩电路，增益补偿电路对信号高频段增益进行补偿，增益压缩电路对信号高频段增益进行压缩，以使高频段的输出底噪相比原光纤链路下降，进而使得系统的信号平坦度小，信噪比高，保证了通信质量。

进一步地，增益补偿电路具体为实施例1中的增益补偿电路，增益压缩电路具体为实施例1中的增益压缩电路，改变第一反馈电路中第一电容C1的值、第二反馈电路中第四电阻R4、第三电容C3的值，以使增益补偿电路增益斜率与增益补偿电路的增益斜率互为相反数，以保证宽带信号的增益平坦性，保证了系统的通信质量。作为一优选实施例，第一电容C1具体为100pF，第四电阻R4为510Ω，第三电容C3为10pF，对应地，增益补偿电路中高频段3G频点增益比0.5G频点增益提高了约4.5dB，增益压缩电路中高频段3G频点增益比0.5G频点增益降低了约4.5dB。

更进一步地，调节第二反馈电路中的第四接地电容C4的值，对增益压缩电路的斜率进行微调。作为一优选实施例，第四接地电容C4为0.5pF。

以上具体实施方式是对本发明的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光纤传输链路中接收底噪的优化系统，其特征在于：所述系统包括发射端和接收端，所述发射端包括用于对信号高频段增益进行补偿的增益补偿电路，所述接收端包括用于对信号高频段增益进行压缩的增益压缩电路。

2.根据权利要求1所述的一种光纤传输链路中接收底噪的优化系统，其特征在于：所述增益补偿电路包括第一宽带放大器和第一反馈电路，所述增益压缩电路包括第二宽带放大器和第二反馈电路。

3.根据权利要求2所述的一种光纤传输链路中接收底噪的优化系统，其特征在于：所述第一反馈电路包括第一电阻、第二电阻和第一电容；

所述第二电阻一端连接至所述第一宽带放大器的输入端，第二电阻另一端连接至第一电阻一端，第一电阻另一端连接至所述第一宽带放大器输出端，所述第一电容与所述第一电阻并联连接。

4.根据权利要求2所述的一种光纤传输链路中接收底噪的优化系统，其特征在于：所述第二反馈电路包括第三电阻、第四电阻和第三电容；

所述第三电阻一端连接至所述第二宽带放大器的输入端，第三电阻另一端连接至第二宽带放大器输出端，所述第四电阻与所述第三电容串联连接后与所述第三电阻并联连接。

5.根据权利要求2所述的一种光纤传输链路中接收底噪的优化系统，其特征在于：所述增益压缩电路还包括第一温补衰减器，所述第一温补衰减器设于所述第二宽带放大器输出端。

6.根据权利要求1所述的一种光纤传输链路中接收底噪的优化系统，其特征在于：所述增益补偿电路包括依次连接的第三宽带放大器、均衡器、第一衰减器、隔直器；所述增益压缩电路包括依次连接的第四宽带放大器、第二衰减器、第二温补衰减器。

7.根据权利要求6所述的一种光纤传输链路中接收底噪的优化系统，其特征在于：所述第四宽带放大器包括依次连接的全频段响应平坦的放大器与低通滤波器。

8.根据权利要求1所述的一种光纤传输链路中接收底噪的优化系统，其特征在于：所述发射端还包括与增益补偿电路输出端连接的激光器，所述接收端还包括依次连接的光电探测器、低噪放大器，所述低噪放大器输出端与所述增益压缩电路连接，所述发射端与所述接收端经光缆连接。

9.一种光纤传输链路中接收底噪的优化系统的方法，其特征在于：所述方法包括：

在发射端设置一增益补偿电路，用于对信号高频段增益进行补偿；

在接收端设置一增益压缩电路，用于对信号高频段增益进行压缩。

10.根据权利要求9所述的一种光纤传输链路中接收底噪的优化系统的方法，其特征在于：所述增益补偿电路包括第一宽带放大器和第一反馈电路，所述增益压缩电路包括第二宽带放大器和第二反馈电路，所述方法具体还包括：

调节第一反馈电路、第二反馈电路参数以使所述增益补偿电路增益斜率与增益补偿电路的增益斜率互为相反数。

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