【摘要】：隨著移動通信系統(tǒng)向寬帶第五代(5G)移動通信演進,系統(tǒng)帶寬和性能的要求大大增加,使得無線頻譜資源的重復利用及與數(shù)字光纖通信網的適配與融合成為整個通信網絡架構的一項重要研究內容。射頻光傳輸(Radio over fiber)系統(tǒng)為通信網絡提供了靈活的信息傳輸手段,成為可充分利用有限無線頻譜資源、便于與固定光纖有線通信網實現(xiàn)有機融合的優(yōu)選方案。因此,結合了光纖通信與無線通信兩者優(yōu)勢的射頻光傳輸即ROF(Radio over Fiber)技術獲得了廣泛的關注。本文基于CMOS工藝,針對ROF系統(tǒng)的各個模塊,進行了分析和研究,主要的工作如下:1)對ROF系統(tǒng)的增益特性、噪聲特性與非線性特性進行了系統(tǒng)的理論研究。研究表明,可通過無耗匹配網絡、減小驅動源輸出阻抗;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;可通過無耗匹配網絡、增大前置接收放大電路輸入阻抗;并可選用小導納PD減小接收端匹配損耗。另外,射頻信號損耗與光傳輸鏈路損耗的平方成正比,即光路1dB損耗將產生2dB射頻損耗。因此,光路損耗需要仔細設計。(2)通過研究ROF系統(tǒng)的噪聲特性,導出了在PD輸出端噪聲電流及系統(tǒng)噪聲指數(shù)理論表達式,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系。(3)通過研究發(fā)現(xiàn),可通過無耗匹配網絡、減小射頻調制驅動器的輸出阻抗、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。在滿足其它條件的情況下,盡可能降低LD的直流偏置點;在接收端可通過采用無耗匹配網絡、選用小跨導及小暗電流的PD、設計或選用低噪聲前置放大器來改善接收端噪聲性能。2)采用ADS(Advanced Designed Systems)軟件里的SDD(Symbolic Defined Device)器件對激光器的物理模型進行了建模。激光器的模型對于設計ROF鏈路有著非常重要的意義。此外,根據激光器的速率方程,對激光器的大信號和小信號模型進行了分析。利用Volterra級數(shù)建立了激光器的數(shù)學模型,并進行了相關非線性公式的推導。3)獨創(chuàng)地提出了一種全新的預失真電路,并通過TSMC 0.18mm CMOS工藝流片進行了驗證。雖然針對ROF激光器的預失真技術已經有很多報道,但是最近30年,采用CMOS工藝設計的模擬預失真的電路卻非常少。因為如果采用CMOS工藝,并按照傳統(tǒng)的預失真結構來設計預失真電路,整體電路的結構是非常復雜的,而且需要占用很大的芯片面積,消耗更大的功率。這對于系統(tǒng)集成以及設計成本來說,是難以接受的。而本文提出的這個預失真電路具有結構簡單、功耗低以及芯片面積小的優(yōu)勢,并且解決了預失真電路不能實現(xiàn)寬帶工作的問題,實現(xiàn)了CMOS模擬預失真技術的突破。測量的結果表明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兩種結構的光電探測器�；趯怆娞綔y器的工作原理以及性能指標的研究,對SMPD結構的光電探測器建立了數(shù)學模型分析,并用Matlab軟件對3dB帶寬與PN結之間距離的關系進行了仿真。通過SILVACO軟件對兩種能夠有效提高光電探測器帶寬的結構進行了器件仿真,為CMOS光電探測器的設計提供了依據。本次設計的光電探測器的測試結果顯示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在響應度和寄生電容方面具有優(yōu)勢,而DNW-strip-SMPD則是在帶寬方面具有優(yōu)勢。5)提出了一種應用于射頻光傳輸鏈路的寬帶可編程增益放大器(PGA),通過數(shù)字控制晶體管的有效寬長比來實現(xiàn)增益的可變。測試結果表明寬帶PGA的3dB帶寬為0.9~5GHz,實際測試的增益步長接近3dB。在最高增益的工作狀態(tài),測得最小噪聲系數(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。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.5;TN929.1
【圖文】：

[2]。這個市場預測將會刺激移動業(yè)務的流量的增長，目前預測下一個10年將會增長1000倍。圖1-1所示的為思科預測的全球移動數(shù)據流量成分的發(fā)展趨勢。圖 1-1 全球移動數(shù)據流量成分的發(fā)展趨勢

圖 1-2 射頻光傳輸接入網 系統(tǒng)的優(yōu)勢 傳輸構建微小區(qū)架構有一個重要的優(yōu)勢在于：因為 RF 信號傳輸?shù)綗o理、編碼和調制之后，故基站升級只需要很小的工作量。這一架構同

SDD激光器模型

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 林木欣;卡斯特勒和光磁共振[J];物理實驗;1985年06期

本文編號：2787768