CN210867714U - 一种光路插损自适应的射频光接收机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为一种光路插损自适应的射频光接收机，在光电探测器和初级放大器之后设置压控射频衰减器和宽带增益均衡电路，此后再接次级放大器输出射频信号。光电探测器的偏置电压经模数转换器数字信号接入单片机，单片机由此得到相应的控制电压信号经数模转换器后接入压控射频衰减器，控制其衰减量，调整增益，使输出恒定。本实用新型通过调节设置于光电探测器和初级放大器之后的压控射频衰减器来补偿光路插损造成的增益变化，无额外光插损，实现光路自适应，同时减轻甚至消除该压控射频衰减器的引入对整体的噪声系数的恶化影响。其成本显著低于现有的光衰减器的光路自适应解决方案。
Description
技术领域
本实用新型涉及射频光通信技术领域，具体为一种光路插损自适应的射频光接收机。
背景技术
典型的射频光纤传输(ROF，Radio on Fiber,)通信系统包括射频光发射机、传输光纤和光接收机。系统增益由光发射机内放大器增益、电/光/电转换插损、光路插损以及光接收机内放大器增益确定。由于光发射机内放大器增益、电/光/电转换插损和光接收机内放大器增益这三个参数在不调整的情况下均为确定值，只有光路插损会在传输距离、转接方式及布放环境变化时会变化。光路插损的变化会直接反馈于系统增益，导致链路增益波动。在射频光通信系统中，系统增益随着光路插损的变化而变化，一般1dB的光功率插损会导致射频光通信系统输出增益2dB的线性变化。
为了克服射频通信光路中光路插损变化对系统增益波动的影响，开发了光路自适应技术，即使存在一定范围内的光路插损变化，仍可以保证系统增益保持不变。这个光路插损变化范围就是光功率自适应的动态范围。一般根据射频光传输距离的上下限确认该自适应动态范围。例如1550nm波长的光在光纤中传输的实际衰减量(即光路插损量)约为0.2dB/km，要保证光在0～20km距离光纤传输的系统增益稳定，光自适应的功率变化动态范围至少设置为4dB。
现有的光路自适应解决方案通常是基于压控光衰减器，光衰减器设置于光电探测器之前，为了保证光路适应的动态范围，在大功率的光信号输入接收端时，光衰减器要将其衰减到光功率恒定值。通过检测光电探测器的偏置电压，根据此偏置电压，用单片机或运算放大器控制压控光衰减器的光衰减值，以保证光电探测器的光功率值恒定，从而保证系统增益的稳定。但在自适应动态范围内的基于光衰减器的自适应调整过程会引入插损；且压控光衰减器在不施加控制电压时本身就存在约1dB的基本光插损。这些额外的插损都会导致了光信号接收光功率变小，从而恶化系统的噪声系数。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种光路插损自适应的射频光接收机，在光电探测器和初级放大器之后设置压控射频衰减器，经过宽带增益均衡电路后再经次级放大器输出射频信号。光电探测器的偏置电压经模数转换器变为数字信号并接入单片机，单片机输出相应的控制电压信号经数模转换器后接入可调压控射频衰减器，从而控制衰减量，调整增益，使输出恒定。本实用新型通过调节设置于光电探测器和初级放大器之后的压控射频衰减器来补偿光路插损造成的增益变化，无额外光插损，实现光路自适应功能，同时减轻甚至消除该可调压控射频衰减器的引入对整体噪声系数的恶化影响。
本实用新型设计的一种光路插损自适应的射频光接收机，包括光电探测器、放大器和受单片机控制的衰减器。所述衰减器为可调的压控射频衰减器,其后接有宽带增益均衡电路。所述光电探测器连接初级放大器，再接入压控射频衰减器和次级放大器，光电探测器接收的光信号转换为电信号后，先进入初级放大器，经压控射频衰减器后进入宽带增益均衡电路，补偿增益平坦度后输入次级放大器放大后输出射频信号；还包括模数转换器、单片机和数模转换器，光电探测器的偏置电压经模数转换器数字信号接入单片机，单片机输出相应的控制电压信号经数模转换器后接入压控射频衰减器，控制衰减量，调整增益，使接收机的输出恒定。
当光路插损发生变化时，光电探测器接收到光信号的功率不同，其偏置电压会跟随变化，模数转换器将模拟偏置电压数字化后送至单片机，单片机对当前数据进行分析、查表、输出控制电压数字信号至数模转换器，转换为当前合适的控制电压模拟信号驱动压控射频衰减器，当接收光功率变大时适当增大衰减量、变小时适当减小衰减量，从而实现精准的增益协同调整。
所述压控射频衰减器工作带宽完全覆盖传输信号的频段且衰减范围大于自适应动态范围的2倍。
所述宽带增益均衡电路为电阻电容并联型电路或者电阻电感串联型电路，其正斜率增益均衡为1dB～4dB，以有效抑制引入压控射频衰减器的增益平坦度高频衰落。
所述初级放大器为大增益、低噪声的射频放大器，其增益大于或等于20dB，其噪声系数小于3dB，以抵消压控射频衰减器衰减变化时带来的噪声系数影响。
所述次级放大器为高线性射频放大器，输出1dB压缩点大于18dBm，输出三阶截止点大于36dBm，以保证链路的良好输出。
所述模数转换器为12位高精度模数转换器，所述数模转换器为12位高精度数模转换器，其精度至少达2mV。
与现有的基于光衰减器的光路自适应解决方案相比，本实用新型一种光路插损自适应的射频光接收机具有以下优点：1、使用压控射频衰减器配用宽带增益均衡电路实现功率自适应，克服了射频衰减器增益平坦度较差的频带局限性；2、低成本，与昂贵的光衰减器相比，压控射频衰减器价格低廉，成本显著降低；3、低噪声，压控射频衰减器设置于光电探测器转换的电信号初级放大之后，其对光路插损造成的增益变化的补偿，并不影响光接收机的噪声系数，也没有引入额外光路插损，可以弱化甚至消除光路自适应功能对噪声系数的影响；4、易于集成，压控射频衰减器可直接与初、次级放大器集成，不引入额外光纤连接与光连接器；5、可靠性高，贴片器件可靠性优于独立光衰减器模块；6、使用该压控射频衰减器可进行增益调节，本光接收机附加了增益调节功能。
附图说明
图1为本光路插损自适应的射频光接收机实施例整体结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图，对本实用新型进一步详细说明。
本光路插损自适应的射频光接收机，包括依次连接的光电探测器、初级放大器、压控射频衰减器、宽带增益均衡电路和次级放大器，如图1所示。
光电探测器接收的光信号Sin转换为电信号后，先进入初级放大器，经压控射频衰减器、宽带增益均衡电路后进入次级放大器放大后输出射频信号Sout；还包括模数转换器ADC、单片机和数模转换器DAC，光电探测器的偏置电压经模数转换器数字信号接入单片机，单片机得到相应的控制电压信号经数模转换器后接入压控射频衰减器，实时调节其衰减量。
本例传输信号为S频段且自适应动态范围为4dB，故本例所选压控射频衰减器的工作带宽完全覆盖S频段，且衰减范围为10dB。
本例初级放大器为大增益、低噪声的射频放大器，其增益为21dB，其噪声系数小于3dB。
本例宽带增益均衡电路为电阻电容并联型电路，也可使用电阻电感串联类型电路，达1dB～4dB正斜率增益均衡，有效抑制引入压控射频衰减器的增益平坦度高频衰落。
本例次级放大器为高线性的射频放大器，其输出1dB压缩点为20dBm，输出三阶截止点为40dBm。
本例模数转换器ADC为12位高精度模数转换器，所述数模转换器DAC为12位高精度数模转换器，二者的精度均达2mV。
以现有的基于光衰减器的光功率自适应系统的光接收机为对比例，与本实施例进行比较，参试的设备频段为30MHz～3GHz、不进行光衰减直连时噪声系数为12dB，按两种设计方案分别模拟不同光功率自适应动态范围，测试数据如表1所示。
表1对比例和本实施例不同光功率自适应范围的噪声系数恶化指标对比表
由表1可看到，本实用新型的实施例在各个不同传输距离，即不同自适应动态范围，噪声系数恶化均显著小于对比例，可见本实用新型的光路插损自适应的射频光接收机由于光路没有额外插损，并且增益调节在初级放大器之后，在实现光路自适应功能的同时减轻甚至消除该功能的引入对链路噪声系数的恶化。
上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种光路插损自适应的射频光接收机，包括光电探测器、放大器和受单片机控制的衰减器，其特征在于：
所述衰减器为压控射频衰减器，其后接有宽带增益均衡电路；所述光电探测器连接初级放大器，再接入可调压控射频衰减器、宽带增益均衡电路和次级放大器；光电探测器接收的光信号转换为电信号后，先进入初级放大器，经可调压控射频衰减器后进入宽带增益均衡电路，之后经次级放大器放大输出射频信号；
还包括模数转换器、单片机和数模转换器，光电探测器的偏置电压经模数转换器数字信号接入单片机，单片机得到相应的控制电压信号经数模转换器后接入压控射频衰减器。
2.根据权利要求1所述的光路插损自适应的射频光接收机，其特征在于：
所述压控射频衰减器工作带宽完全覆盖传输信号的频段，且衰减范围大于自适应动态范围的2倍。
3.根据权利要求1所述的光路插损自适应的射频光接收机，其特征在于：
所述宽带增益均衡电路为电阻电容并联型电路或电阻电感串联型电路，其正斜率增益均衡为1dB～4dB。
4.根据权利要求1所述的光路插损自适应的射频光接收机，其特征在于：
所述初级放大器为大增益、低噪声的射频放大器，其增益大于或等于20dB，其噪声系数小于3dB。
5.根据权利要求1所述的光路插损自适应的射频光接收机，其特征在于：
所述次级放大器为高线性的射频放大器，其输出1dB压缩点大于18dBm，输出三阶截止点大于36dBm。
6.根据权利要求1所述的光路插损自适应的射频光接收机，其特征在于：
所述模数转换器为12位高精度模数转换器，所述数模转换器为12位高精度数模转换器，其精度至少达2mV。
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