【摘要】：隨著移動(dòng)通信系統(tǒng)向?qū)拵У谖宕?5G)移動(dòng)通信演進(jìn),系統(tǒng)帶寬和性能的要求大大增加,使得無(wú)線(xiàn)頻譜資源的重復(fù)利用及與數(shù)字光纖通信網(wǎng)的適配與融合成為整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容。射頻光傳輸(Radio over fiber)系統(tǒng)為通信網(wǎng)絡(luò)提供了靈活的信息傳輸手段,成為可充分利用有限無(wú)線(xiàn)頻譜資源、便于與固定光纖有線(xiàn)通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有機(jī)融合的優(yōu)選方案。因此,結(jié)合了光纖通信與無(wú)線(xiàn)通信兩者優(yōu)勢(shì)的射頻光傳輸即ROF(Radio over Fiber)技術(shù)獲得了廣泛的關(guān)注。本文基于CMOS工藝,針對(duì)ROF系統(tǒng)的各個(gè)模塊,進(jìn)行了分析和研究,主要的工作如下:1)對(duì)ROF系統(tǒng)的增益特性、噪聲特性與非線(xiàn)性特性進(jìn)行了系統(tǒng)的理論研究。研究表明,可通過(guò)無(wú)耗匹配網(wǎng)絡(luò)、減小驅(qū)動(dòng)源輸出阻抗;可選用小寄生電阻的激光二極管(LD)減小發(fā)送端匹配損耗;可通過(guò)無(wú)耗匹配網(wǎng)絡(luò)、增大前置接收放大電路輸入阻抗;并可選用小導(dǎo)納PD減小接收端匹配損耗。另外,射頻信號(hào)損耗與光傳輸鏈路損耗的平方成正比,即光路1dB損耗將產(chǎn)生2dB射頻損耗。因此,光路損耗需要仔細(xì)設(shè)計(jì)。(2)通過(guò)研究ROF系統(tǒng)的噪聲特性,導(dǎo)出了在PD輸出端噪聲電流及系統(tǒng)噪聲指數(shù)理論表達(dá)式,分析了ROF系統(tǒng)噪聲指數(shù)與發(fā)送端匹配、LD直流偏置、光路損耗、接收端匹配、前置接收放大電路噪聲特性的關(guān)系。(3)通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),可通過(guò)無(wú)耗匹配網(wǎng)絡(luò)、減小射頻調(diào)制驅(qū)動(dòng)器的輸出阻抗、選用低阻值的LD可減小發(fā)送端匹配噪聲;系統(tǒng)噪聲指數(shù)隨LD直流偏置的二次方增長(zhǎng)。在滿(mǎn)足其它條件的情況下,盡可能降低LD的直流偏置點(diǎn);在接收端可通過(guò)采用無(wú)耗匹配網(wǎng)絡(luò)、選用小跨導(dǎo)及小暗電流的PD、設(shè)計(jì)或選用低噪聲前置放大器來(lái)改善接收端噪聲性能。2)采用ADS(Advanced Designed Systems)軟件里的SDD(Symbolic Defined Device)器件對(duì)激光器的物理模型進(jìn)行了建模。激光器的模型對(duì)于設(shè)計(jì)ROF鏈路有著非常重要的意義。此外,根據(jù)激光器的速率方程,對(duì)激光器的大信號(hào)和小信號(hào)模型進(jìn)行了分析。利用Volterra級(jí)數(shù)建立了激光器的數(shù)學(xué)模型,并進(jìn)行了相關(guān)非線(xiàn)性公式的推導(dǎo)。3)獨(dú)創(chuàng)地提出了一種全新的預(yù)失真電路,并通過(guò)TSMC 0.18mm CMOS工藝流片進(jìn)行了驗(yàn)證。雖然針對(duì)ROF激光器的預(yù)失真技術(shù)已經(jīng)有很多報(bào)道,但是最近30年,采用CMOS工藝設(shè)計(jì)的模擬預(yù)失真的電路卻非常少。因?yàn)槿绻捎肅MOS工藝,并按照傳統(tǒng)的預(yù)失真結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)預(yù)失真電路,整體電路的結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的,而且需要占用很大的芯片面積,消耗更大的功率。這對(duì)于系統(tǒng)集成以及設(shè)計(jì)成本來(lái)說(shuō),是難以接受的。而本文提出的這個(gè)預(yù)失真電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低以及芯片面積小的優(yōu)勢(shì),并且解決了預(yù)失真電路不能實(shí)現(xiàn)寬帶工作的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了CMOS模擬預(yù)失真技術(shù)的突破。測(cè)量的結(jié)果表明IMD3在1~2.5GHz的工作帶寬下,IMD3有3~16d Bc的下降。4)提出了DNW-strip-SMPD和Psub-strip-SMPD兩種結(jié)構(gòu)的光電探測(cè)器�；趯�(duì)光電探測(cè)器的工作原理以及性能指標(biāo)的研究,對(duì)SMPD結(jié)構(gòu)的光電探測(cè)器建立了數(shù)學(xué)模型分析,并用Matlab軟件對(duì)3dB帶寬與PN結(jié)之間距離的關(guān)系進(jìn)行了仿真。通過(guò)SILVACO軟件對(duì)兩種能夠有效提高光電探測(cè)器帶寬的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了器件仿真,為CMOS光電探測(cè)器的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。本次設(shè)計(jì)的光電探測(cè)器的測(cè)試結(jié)果顯示DNW-strip-SMPD的工作帶寬為2.9GHz,而Psub-strip-SMPD的工作帶寬為1.8GHz。此外,DNW-strip-SMPD和Psub-strip-SMPD的寄生電容的值大約為820f F和440f F。Psub-strip-SMPD在響應(yīng)度和寄生電容方面具有優(yōu)勢(shì),而DNW-strip-SMPD則是在帶寬方面具有優(yōu)勢(shì)。5)提出了一種應(yīng)用于射頻光傳輸鏈路的寬帶可編程增益放大器(PGA),通過(guò)數(shù)字控制晶體管的有效寬長(zhǎng)比來(lái)實(shí)現(xiàn)增益的可變。測(cè)試結(jié)果表明寬帶PGA的3dB帶寬為0.9~5GHz,實(shí)際測(cè)試的增益步長(zhǎng)接近3dB。在最高增益的工作狀態(tài),測(cè)得最小噪聲系數(shù)為4.7dB,而在最低增益工作狀態(tài),最小噪聲系數(shù)為8.5dB。在最大增益模式下的IIP3大小為-9.6dBm。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.5;TN929.1
【圖文】：

[2]。這個(gè)市場(chǎng)預(yù)測(cè)將會(huì)刺激移動(dòng)業(yè)務(wù)的流量的增長(zhǎng)，目前預(yù)測(cè)下一個(gè)10年將會(huì)增長(zhǎng)1000倍。圖1-1所示的為思科預(yù)測(cè)的全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量成分的發(fā)展趨勢(shì)。圖 1-1 全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量成分的發(fā)展趨勢(shì)

圖 1-2 射頻光傳輸接入網(wǎng) 系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) 傳輸構(gòu)建微小區(qū)架構(gòu)有一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)在于：因?yàn)?RF 信號(hào)傳輸?shù)綗o(wú)理、編碼和調(diào)制之后，故基站升級(jí)只需要很小的工作量。這一架構(gòu)同

SDD激光器模型

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 林木欣;卡斯特勒和光磁共振[J];物理實(shí)驗(yàn);1985年06期

本文編號(hào)：2787768