CN211670858U - 一种高性能射频光传输链路结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高性能射频光传输链路结构，通过射频信号进入所述发射机后首先进行信号放大处理，生成主信号，并耦合小部分信号做检波处理以监控输入射频信号状态，主信号再经数控衰减调节链路增益，且增益控制后的射频信号再经过放大处理后进行直接调制，转换为光信号，之后光信号由所述传输光缆进入所述接收机，所述接收机则接收所述传输光纤传递的光信号，并将接收到的光信号进行放大处理，再经过数控衰减调节光增益，增益控制后的光信号再经放大处理和检波，输出射频信号；通过多级放大配合数控衰减的链路结构，实现了链路大增益，从而制造出应用于远距离、低损耗、大容量通信传输的高性能射频光传输链路结构。

Description

一种高性能射频光传输链路结构

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种高性能射频光传输链路结构。

背景技术

光纤链路在光纤到户网络、天线远端、以及光载无线系统中具有广泛的应用。与传统的同轴电缆相比，光纤传输具有体积小，质量轻，频带宽、通信容量大，安全性能高，以及抗电磁干扰等多种优势，因此将射频信号承载在光载波上，利用光纤进行信号的传递已成为目前通信网络及未来多媒体通信应用中最重要的信息传递方式。但是现有的光纤在进行远距离传输时，存在增益较低，噪声系数较大等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种应用于远距离、高增益、低噪声、大容量通信传输的高性能射频光传输链路结构。

为实现上述目的，本实用新型采用的一种高性能射频光传输链路结构，包括发射机、传输光纤、接收机和控制器，所述发射机和所述接收机均与所述控制器电性连接，且所述发射机和所述接收机之间通过所述传输光纤电性连接；

所述发射机，用于接收射频信号进行信号放大处理，生成主信号，并耦合小部分信号做检波处理以监控输入射频信号状态，主信号再经数控衰减调节链路增益，且增益控制后的射频信号再经过放大处理后进行直接调制，转换为光信号；

所述传输光纤，用于将所述发射机上转换的光信号传输至所述接收机；

所述接收机，用于接收所述传输光纤传递的光信号，并将接收到的光信号进行放大处理，再经过数控衰减调节光增益，增益控制后的光信号再经放大处理和检波，输出射频信号；

所述控制器，用于完成对接收机和发射机的控制。

其中，所述发射机包括低噪声放大器、第一放大器、第一数控衰减器、第二放大器和激光器，所述低噪声放大器、所述第一放大器、所述第一数控衰减器、所述第二放大器和所述激光器依次电性连接；

所述低噪声放大器，用于接收射频信号进行放大处理，降低链路噪声系数；

所述第一放大器，用于对主信号进行信号放大处理，并传输至所述第一数控衰减器；

所述第一数控衰减器，用于接收经过放大处理的主信号，并对该信号进行链路增益控制，之后传输至所述第二放大器；

所述第二放大器，用于接收链路增益后的信号，并对其信号进行放大处理；

所述激光器，用于对该信号进行直接调制，转换为光信号。

其中，所述高性能射频光传输链路结构还包括波分复用器，所述波分复用器与所述激光器电性连接，用于将两种或者多种不同波长的光信号汇合。

其中，所述高性能射频光传输链路结构还包括中继光开关，所述中继光开关分别与所述波分复用器和所述控制器电性连接，用于接收所述波分复用器汇合的光信号，并对该光信号进行传输路径的切换，切换后利用传输光纤传输至所述接收机。

其中，所述发射机还包括自动功率控制电路，所述自动功率控制电路分别与所述激光器和所述控制器电性连接，用于控制所述激光器的输出功率。

其中，所述发射机还包括自动温度控制电路，所述自动温度控制电路分别与所述激光器和所述控制器电性连接，用于控制所述激光器的工作温度。

其中，所述传输光纤采用普通光纤和色散光纤相结合的方式制作而成，所述发射机和所述接收机之间的所述传输光纤采用单一传输方式。

其中，所述接收机包括跨阻放大器、第一光放大器、第二数控衰减器、第二光放大器和光电探测器，所述跨阻放大器、所述第一光放大器、所述第二数控衰减器、所述第二光放大器和所述光电探测器依次电性连接；

所述跨阻放大器，用于接收所述传输光纤传递的光信号，并将接收到的光信号进行放大处理，之后传输至所述第一光放大器；

所述第一光放大器，用于接收所述跨阻放大器进行放大处理后的光信号，然后再次进行放大处理，之后传输至所述第二数控衰减器；

所述第二数控衰减器，用于接收经过放大处理的光信号，并对该光信号进行链路增益控制，之后传输至所述第二光放大器；

所述第二光放大器，用于接收进行链路增益控制后的光信号，并对该光信号再次进行放大处理以及检波，之后传输至所述光电探测器；

所述光电探测器，用于将光信号转换为电信号，之后经由电子线路放大转换为射频信号。

本实用新型的有益效果体现在：通过射频信号进入所述发射机后首先进行信号放大处理，生成主信号，并耦合小部分信号做检波处理以监控输入射频信号状态，主信号再经数控衰减调节链路增益，且增益控制后的射频信号再经过放大处理后进行直接调制，转换为光信号，之后光信号由所述传输光缆进入所述接收机，所述接收机则接收所述传输光纤传递的光信号，并将接收到的光信号进行放大处理，再经过数控衰减调节光增益，增益控制后的光信号再经放大处理和检波，输出射频信号；通过在所述发射机和所述接收机内部，多级放大配合数控衰减的链路结构，实现了链路大增益，从而制造出应用于远距离、低损耗、大容量通信传输的高性能射频光传输链路结构。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的高性能射频光传输链路结构的结构流程图。

图2是本实用新型的掺饵光纤放大器的原理框图。

1-发射机、11-低噪声放大器、12-第一放大器、13-第一数控衰减器、14-第二放大器、15-激光器、2-传输光纤、3-接收机、31-跨阻放大器、32-第一光放大器、33-第二数控衰减器、34-第二光放大器、35-光电探测器、4-控制器、5-波分复用器、6-中继光开关、7-自动功率控制电路、8-自动温度控制电路、9-掺饵光纤放大器。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1和图2，本实用新型提供了一种具体的技术方案：

所述高性能射频光传输链路结构，包括发射机1、传输光纤2、接收机3和控制器4，所述发射机1和所述接收机3均与所述控制器4电性连接，且所述发射机1和所述接收机3之间通过所述传输光纤2电性连接；

所述发射机1，用于接收射频信号进行信号放大处理，生成主信号，并耦合小部分信号做检波处理以监控输入射频信号状态，主信号再经数控衰减调节链路增益，且增益控制后的射频信号再经过放大处理后进行直接调制，转换为光信号；

所述传输光纤2，用于将所述发射机1上转换的光信号传输至所述接收机3；

所述接收机3，用于接收所述传输光纤2传递的光信号，并将接收到的光信号进行放大处理，再经过数控衰减调节光增益，增益控制后的光信号再经放大处理和检波，输出射频信号；

所述控制器4，用于完成对接收机3和发射机1的控制。

所述发射机1包括低噪声放大器11、第一放大器12、第一数控衰减器13、第二放大器14和激光器15，所述低噪声放大器11、所述第一放大器12、所述第一数控衰减器13、所述第二放大器14和所述激光器15依次电性连接；

所述低噪声放大器11，用于接收射频信号进行放大处理，降低链路噪声系数；

所述第一放大器12，用于对主信号进行信号放大处理，并传输至所述第一数控衰减器13；

所述第一数控衰减器13，用于接收经过放大处理的主信号，并对该信号进行链路增益控制，之后传输至所述第二放大器14；

所述第二放大器14，用于接收链路增益后的信号，并对其信号进行放大处理；

所述激光器15，用于对该信号进行直接调制，转换为光信号。

所述高性能射频光传输链路结构还包括波分复用器5，所述波分复用器5与所述激光器15电性连接，用于将两种或者多种不同波长的光信号汇合。

所述高性能射频光传输链路结构还包括中继光开关6，所述中继光开关6分别与所述波分复用器5和所述控制器4电性连接，用于接收所述波分复用器5汇合的光信号，并对该光信号进行传输路径的切换，切换后利用传输光纤2传输至所述接收机3。

所述发射机1还包括自动功率控制电路7，所述自动功率控制电路7分别与所述激光器15和所述控制器4电性连接，用于控制所述激光器15的输出功率。

所述发射机1还包括自动温度控制电路8，所述自动温度控制电路8分别与所述激光器15和所述控制器4电性连接，用于控制所述激光器15的工作温度。

所述传输光纤2采用普通光纤和色散光纤相结合的方式制作而成，所述发射机1和所述接收机3之间的所述传输光纤2采用单一传输方式。

所述接收机3包括跨阻放大器31、第一光放大器32、第二数控衰减器33、第二光放大器34和光电探测器35，所述跨阻放大器31、所述第一光放大器32、所述第二数控衰减器33、所述第二光放大器34和所述光电探测器35依次电性连接；

所述跨阻放大器31，用于接收所述传输光纤2传递的光信号，并将接收到的光信号进行放大处理，之后传输至所述第一光放大器32；

所述第一光放大器32，用于接收所述跨阻放大器31进行放大处理后的光信号，然后再次进行放大处理，之后传输至所述第二数控衰减器33；

所述第二数控衰减器33，用于接收经过放大处理的光信号，并对该光信号进行链路增益控制，之后传输至所述第二光放大器34；

所述第二光放大器34，用于接收进行链路增益控制后的光信号，并对该光信号再次进行放大处理以及检波，之后传输至所述光电探测器35；

所述光电探测器35，用于将光信号转换为电信号，之后经由电子线路放大转换为射频信号。

在本实施方式中，发射机1部分如图所示，射频信号进入所述发射机1后首先通过所述低噪声放大器11，同时耦合出部分信号即检波信号进行检波，主信号再由所述第一放大器12进行放大后传输至所述数控衰减器调节链路增益，实现链路增益可调，增益控制后的射频信号可再经过所述第二放大器14进行放大处理后进入所述激光器15进行直接调制，实现电光转换，转换为光信号，之后利用型号为SWDM的所述波分复用器5，将两种或者多种不同波长的光信号汇合，之后所述中继光开关6接收所述波分复用器5汇合的光信号，并对该光信号进行传输路径的切换，切换后利用所述传输光纤2传输至所述接收机3，所述接收机3接收所述传输光纤2传递的光信号，之后所述跨阻放大器31对接收到的光信号进行放大处理，之后传输至所述第一光放大器32，所述第一光放大器32接收所述跨阻放大器31进行放大处理后的光信号，然后再次对其进行放大处理，之后传输至所述第二数控衰减器33，利用所述第二数控衰减器33对该光信号进行链路增益控制，之后传输至所述第二光放大器34并对该光信号再次进行放大处理以及检波，之后传输至所述光电探测器35，所述光电探测器35将光信号转换为电信号，之后经由电子线路放大转换为射频信号。

其中使用单一传输光缆进行光信号传输，存在可靠性差故障率高的问题。但是使用多根传输光缆，存在相位受温度等环节影响大、系统成本高的问题，因此通过采用所述波分复用器5加单一传输光纤2的方式进行，其中的单一传输光纤2采用所述中继光开关6的方式进行控制，在中继点需要对当前光链路的新能进行检测，并控制当前节点的光开关通断，选择冗余的传输光缆；降低故障率。在波分复用时，通过光延时进行相移，从而构成正交光信号进行传输，在接收端进行解调，进一步降低误差率。

所述中继光开关6是实现光传输路径切换的关键器件，按其工作原理可分为机械式光开关和波导式光开关。波导式光开关是依靠电光效应、磁光效应、声光效应和热光效应等方式来改变光路的波导折射率，从而使光路发生改变，完成切换功能；机械式光开关依靠光纤或光学元件(透镜、反射镜)的移动，使光路发生改变，完成切换功能。波导式光开关的开关速度在微秒到亚毫秒量级，体积小且易于集成为大规模的阵列，但插入损耗、隔离度、消光比、偏振敏感性等指标都较差；机械式光开关虽然体积偏大，开关时间偏长，但其插入损耗低、串扰小、重复性好，综合以上因素，选择机械式光开关。

所述发射机1的部分链路结构中，射频输入信号首先要由第一级的所述低噪声放大器11进行放大，再做后续处理；所述发射机1的部分链路结构中，除第一级选用所述低噪声放大器11外，链路其余放大器可根据要求选用不同性能，不同级数的放大器；所述发射机1部分链路结构中，除射频输入信号首先进入第一级的所述低噪声放大器11外，所述低噪声放大器11和所述激光器15之间的其余放大器和所述第一数控衰减器13的位置及数量可根据需求灵活调整；所述发射机1的部分链路结构中，所述激光器15作为链路中的一个关键部分，其工作温度和输出功率会直接影响信号的稳定性，本链路结构中，通过所述自动功率控制电路7(APC)和所述自动温度控制电路8(ATC)实现对所述激光器15功率和温度的控制。

对于所述传输光纤2的选择，由于光纤主要有塑料光纤和石英光纤两种。塑料光纤衰减大，不适合射频微波光传输领域。石英光纤可分为多模光纤和单模光纤。由于多模光纤存在严重的模式色散，造成射频微波信号指标劣化，也不被用在射频信号传输场合。对于色散的考虑，光传输的色散限制带宽计算公式为：

BC为光传输的色度色散限制带宽(MHz)，Δλ为光谱谱线宽度(nm)，C(λ)为光纤色散系数(ps/(nm·km))，L为光纤长度。

在中继节点还设置增益补偿装置。在光电、电光转换中会带来信号的损耗，大约在25dB，当信号通过光纤时，特别是100km的光纤，会有44dB的射频功率损耗，再加上切换开关、光连接器的损耗，会导致整个系统的损耗在80～90dB，完全在电域进行补偿对放大器的要求特别高，而且在不同延时状态下，系统的差损不同，射频放大器部分设计比较复杂。采用的是增加EDFA的方法，保证输出的光功率恒定在一个功率值，并对不同的延时状态的光进行不同增益的补偿，实现信号在不同延时状态时，输出增益保持不变。光信号在光纤中传播时，由于光纤衰耗特性的存在，随着传输距离的增加，传输光功率逐渐减弱，当信号光功率减弱到一定程度时，射频光接收单元将不能从噪声中检测出信号。故在本传输光纤2中加入所述掺饵光纤放大器9来进行光信号补偿。所述掺饵光纤放大器9的原理图如图2。

将冗余光纤设置为色散补偿单元。由于光纤对不同波长光信号的折射率不同，因此造成不同波长的光在光纤中的传播速度不一样，从而产生了光信号的色散现象。目前，在长距离光纤传输中主要采用色散补偿技术来应对色散效应，较为成熟的色散补偿技术主要包括光纤光栅(FBG)和色散补偿模块(DCM)。色散补偿模块(DCM)技术较为成熟，但是其内部为色散补偿光纤(DCF)，在长距离传输情况下所需要的光纤较长，所以其体积一般较大，且色散补偿光纤会带来较大的衰减，每补偿1ps/nm的色散所带来的衰减约为0.005dB。100km传输系统所带来色散值为1700ps/nm，补偿1700ps/nm所带来的光衰减约为20dB。本实用新型可采用采用传统的色散补偿光纤，以降低技术风险和成本，色散补偿光纤会带来较大的衰减，每补偿1ps/nm的色散所带来的衰减为0.005dB左右。

选择普通光纤和色散光纤相结合的方式进行所述传输光纤2的制作，即在保证光纤延迟距离的情况下，一部分光纤使用G652D光纤，另外一部分光纤使用色散补偿光纤对普通的G652D光纤进行色散补偿，实现零色散。

所述发射机1的部分链路结构中，所述控制器4通过以串口与其控制的各元器件、各电路通信，所述控制器4主要负责完成对两个数控衰减器、所述自动功率控制电路7、所述自动温度控制电路8、电源的控制。同时所述控制模块可实现对各模块的状态查询、异常状态保护以及各种指示灯的查询等，以及对各元器件及电路的电源的控制，必要时可自动切断所述激光器15和所述光电探测器35供电，保护电路，其中在所述发射端对所述激光器15处设置原子稳频激光器15和接收端设置原子滤光检测器。

所述接收机3的链路结构中，光信号首先进入第一级放大器，该放大器一般为跨阻放大器31；(接收光电流很弱，所以在进入所述第一光放大器32之前首先要经过一级跨阻放大。光电流信号的放大电路一般有三种：低阻抗放大电路、高阻抗放大电路和跨阻放大电路。低阻抗放大电路虽可以提供较大带宽，但其灵敏度较低；高阻抗放大刚好相反，带宽小，灵敏度高。较其它放大电路而言，跨阻放大可以提供更大的动态范围，其在噪声和稳定性上也更好，实际应用中一般选用跨阻放大电路)。

所述接收机3的链路结构中，除光信号首先进入第一级放大器即所述跨阻放大器31外，在所述跨阻放大器31和所述光电探测器35之间的其余放大器以及所述第二数控衰减器33的位置和数量可根据需求灵活调整；

所述发射机1的射频信号经过所述低噪声放大器11后输出的射频信号耦合出一路小信号进行检波输出，作为射频监控信号，通过监控信号有无可判断出是否有射频信号输入；

所述发射机1的内部，采用光电集成的方式，实现了系统的小型化，发射机1内部电器件(所述低噪声放大器11、所述第一放大器12、所述第二放大器14、所述第一数控衰减器13与所述激光器15)实现板级集成；

所述发射机1和所述接收机3的内部，多级放大配合数控衰减的链路结构，实现了链路大增益，并具有大范围可调的特性，实测增益可调范围可达到-40dB～40dB；

所提出的高性能射频光传输链路结构具有优异的噪声系数性能，实测最优噪声系数可达到3dB，因此本实用新型的一种高性能射频光传输链路结构可应用于远距离、高增益、低噪声系数、大容量通信传输链路。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种高性能射频光传输链路结构，其特征在于，

包括发射机、传输光纤、接收机和控制器，所述发射机和所述接收机均与所述控制器电性连接，且所述发射机和所述接收机之间通过所述传输光纤电性连接；

所述发射机，用于接收射频信号进行信号放大处理，生成主信号，并耦合小部分信号做检波处理以监控输入射频信号状态，主信号再经数控衰减调节链路增益，且增益控制后的射频信号再经过放大处理后进行直接调制，转换为光信号；

所述传输光纤，用于将所述发射机上转换的光信号传输至所述接收机；

所述接收机，用于接收所述传输光纤传递的光信号，并将接收到的光信号进行放大处理，再经过数控衰减调节光增益，增益控制后的光信号再经放大处理和检波，输出射频信号；

所述控制器，用于完成对接收机和发射机的控制。

2.如权利要求1所述的高性能射频光传输链路结构，其特征在于，

所述发射机包括低噪声放大器、第一放大器、第一数控衰减器、第二放大器和激光器，所述低噪声放大器、所述第一放大器、所述第一数控衰减器、所述第二放大器和所述激光器依次电性连接；

所述低噪声放大器，用于接收射频信号进行放大处理，降低链路噪声系数；

所述第一放大器，用于对主信号进行信号放大处理，并传输至所述第一数控衰减器；

所述第一数控衰减器，用于接收经过放大处理的主信号，并对该信号进行链路增益控制，之后传输至所述第二放大器；

所述第二放大器，用于接收链路增益后的信号，并对其信号进行放大处理；

所述激光器，用于对该信号进行直接调制，转换为光信号。

3.如权利要求2所述的高性能射频光传输链路结构，其特征在于，

所述高性能射频光传输链路结构还包括波分复用器，所述波分复用器与所述激光器电性连接，用于将两种或者多种不同波长的光信号汇合。

4.如权利要求3所述的高性能射频光传输链路结构，其特征在于，

所述高性能射频光传输链路结构还包括中继光开关，所述中继光开关分别与所述波分复用器和所述控制器电性连接，用于接收所述波分复用器汇合的光信号，并对该光信号进行传输路径的切换，切换后利用传输光纤传输至所述接收机。

5.如权利要求2所述的高性能射频光传输链路结构，其特征在于，

所述发射机还包括自动功率控制电路，所述自动功率控制电路分别与所述激光器和所述控制器电性连接，用于控制所述激光器的输出功率。

6.如权利要求2所述的高性能射频光传输链路结构，其特征在于，

所述发射机还包括自动温度控制电路，所述自动温度控制电路分别与所述激光器和所述控制器电性连接，用于控制所述激光器的工作温度。

7.如权利要求1所述的高性能射频光传输链路结构，其特征在于，

所述传输光纤采用普通光纤和色散光纤相结合的方式制作而成，所述发射机和所述接收机之间的所述传输光纤采用单一传输方式。

8.如权利要求1至7任一项所述的高性能射频光传输链路结构，其特征在于，

所述接收机包括跨阻放大器、第一光放大器、第二数控衰减器、第二光放大器和光电探测器，所述跨阻放大器、所述第一光放大器、所述第二数控衰减器、所述第二光放大器和所述光电探测器依次电性连接；

所述跨阻放大器，用于接收所述传输光纤传递的光信号，并将接收到的光信号进行放大处理，之后传输至所述第一光放大器；

所述第一光放大器，用于接收所述跨阻放大器进行放大处理后的光信号，然后再次进行放大处理，之后传输至所述第二数控衰减器；

所述第二数控衰减器，用于接收经过放大处理的光信号，并对该光信号进行链路增益控制，之后传输至所述第二光放大器；

所述第二光放大器，用于接收进行链路增益控制后的光信号，并对该光信号再次进行放大处理以及检波，之后传输至所述光电探测器；

所述光电探测器，用于将光信号转换为电信号，之后经由电子线路放大转换为射频信号。

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