应用于分布式基站的小型化射频光模块研究

摘要

分布式基站是随移动通信技术高速发展而衍生出的一种新型基站形式，其中的射频光模块是分布式基站的重要光电转换器件，它是射频光纤通信(Radio over Fiber，ROF)技术在移动通信应用中的核心模块。ROF技术是光子学和微波学衍生的新型交叉学科，它即继承了光纤通信的低损耗、大带宽、抗电磁干扰等特性也继承了无线通信的灵活性强、覆盖性广等特点，所以在军事以及民用领域都得到了广泛的应用。
　　本文以分布式基站中的光模块为应用背景，首先分析了在当前分布式基站的结构下光模块在其中发挥的作用，ROF光模块的工作原理及其发展和应用;之后在调研对比国际电信联盟(ITU)为4G通信规划的四个最新频段的应用特性后，选择700MHz频段做为研制模块的工作频点，应用该频点覆盖范围广、穿透力强的特点可配合现有4G通信对高层建筑、地下停车场等特殊场合进行信号覆盖;之后介绍了微波光子技术和直调ROF链路的基本原理，分析设计时应遵循的基本原理和满足通信要求主要参数;以蝶形封装激光器为光源设计了光发射模块，并在此基础上以小型化研究为目标研制了以TOSA封装激光器为光源的小型化光发射模块;研制完成了集成光电二极管驱动电路、低噪声放大器以及衰减器构成的小型化光接收一体模块。
　　最后，对所设计的两种模块的通信性能进行了测试。结果表明，两类光模块在600MHz～900MHz的测试频带内增益平坦度＜1.5dB;同时分别对两模块进行不同码速率2Mbps、4Mbps、6Mbps、8Mbps下的64位QAM信号的传输性能测试，可实现误差向量幅度(Error Vector Magnitude，EVM)＜2％的高性能通信。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 ROF技术发展及应用

1．3 本论文主要工作

2 射频光纤传输理论

2．1 光纤通信链路基本原理

2．1．1 光通信系统原理

2．1．2 光网络原理

2．2 ROF链路介绍

2．2．1 ROF链路基本理论

2．2．2 ROF外调链路原理

2．2．3 ROF直调链路原理

2．3 ROF直调通信链路建模

2．3．1 ROF链路增益平坦度

2．3．2 ROF链路噪声系数

2．3．3 ROF链路线性度

2．3．4 ROF链路电光和光电转换效率

2．4 小结

3 小型化光发射模块研究

3．1 光发射模块概况

3．2 基于蝶形封装DFB激光器的光发射模块研究

3．2．1 蝶形封装DFB激光器

3．2．2 自动功率控制电路

3．2．3 自动温度控制电路

3．2．4 PCB布局设计

3．2．5 基于蝶形封装DFB激光器光发射模块研制

3．3 基于TOSA封装DFB激光器小型化光发射模块研究

3．3．1 光发射模块小型化研究思路

3．3．2 TOSA封装激光器

3．3．3 自动功率控制电路

3．3．4 匹配网络设计

3．3．5 基于TOSA封装DFB激光器光发射模块研制

3．4 本章小结

4 小型化光接收模块研究

4．1 光电探测器

4．1．1 光电探测器

4．1．2 PIN光电二极管工作原理

4．1．3 7830W光电二极管性能参数

4．2 射频电路特性分析

4．2．1 常见无源集总元件

4．2．2 射频网络散射参量

4．2．3 Smith圆图和阻抗匹配

4．3 低噪声放大电路设计

4．3．1 低噪声放大电路设计基础

4．3．2 放大器芯片

4．3．3 基于ADS的匹配电路仿真

4．4 小型化光接收模块研制

4．5 小结

5 小型化光模块实验测试

5．1 测试方案

5．2 光模块测试

5．2．1 光模块频率响应特性测试

5．2．2 光模块线性特性测试

5．2．3 光模块端口特性测试

5．2．4 调制信号通信测试

5．3 小结

总结与展望

参考文献

致谢