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3G(WCDMA)光纤直放站射频光收发模块技术

2014-5-17 10:30| 发布者: dzly| 查看: 606| 评论: 0|原作者: 李彦芳

摘要: 光模块是光纤直放站的核心部件之一,其性能决定了直放站的整体性能和稳定性。由于光纤直放站系统的特点, 安装调试麻烦,维护工开销巨大。为了增加系统的可靠性,要求光模块具有更高的集成度和智能化程度。所以,高集成 与智能化就成了光收发模块发展的趋势。
  1 简述
  第一代光收发模块具备的功能是实现光电转换,并对光路损耗进行补偿。第二代光模块集成了FSKModem 模块、FSK 模块,实现的是直放站监控信号的传输功能,该模块的集成,使系统减少了一个独立模块,一定程度上降低了直放站系统安装维护的复杂性。第三代新型的光模块要求光收发模块集成监控功能。
  随着对系统稳定性要求的提高,需要增强系统的可控性,这样就要求直放站系统的智能化程度相应提高。由于光模块是直放站系统中最关键又是最不稳定的因素,在实现前两代光收发模块对发光/收光告警检测和射频功率手动可调的基础上,新增加了发光/收光功率监测、LD 偏置电流监测、ATT自动控制、FSKI 作状况检测、FSK 信号接收功率监测、FSKT.作状态设置等监视控制等功能,并提供监视控制人机界面,使整个光模块完全处于受控状态。
  2 3G(WCDMA) 智能射频光收发模块的关键技术
  2.1 激光器自动光功率控制/APC
  由于直放站系统要求高稳定性、高线性,所以激光器必须保持恒定的光功率。在实际的工作状态下,WCDMA 信号首先调制在信号载频上,然后二次直调制到激光器,激光为载波发射到光路中传播。
  由于直放站系统多为室外系统,且地域条件复杂,整机一般在一个宽的温度范围内工作。激光器阈值电流(Ith) 随温度变化明显。所以,如果不存在APC 电路,激光器功率将出现显著变化。如果工作温度提高而偏置电流不变,光功率将明显下降,光接收机将不能保证接收到的光强度在其灵敏度范围内,通信将中断;如果工作温度降低而偏置电流不变,光功率将明显增加,光接收机可能会接收到超过其饱和光功率的光强,通信质量将显著降低。
  另一方面,激光器光功率的变化,将引起激光器的非线性失真。为保证系统的线性,激光器在整个信号强度范围内,必须工作在其线性区。当偏置电流变得过大,激光器线性将明显恶化,交调性能和底噪性能将明显恶化。如果偏置电流偏小,在信号激励的情况下,易发生削波效应。
  第一种方案与第二种方案比较,虽然也能够有效地实现自动功率的控制,但是存在着以下三个缺点。
  (1)由于激光器中MPD 形成的电流I,直接进入IC,IC 在内部实现了监视,但如果要实现光功率的指示灯功能,仍需在IC 的PC-MOD 端口加采样电路,功能电路重复。
  (2)WCDMA的射频信号不需要调制,数字IC 的DATA-IN到DATA-OUT的调制通路将被闲置,所以,对IC的使用来说是种浪费。
  (3)从成本角度来考虑,由分离元件和运放组成的电路成本,远远低于IC 成本,却可以达到相同的性能。
  2.2 射频增益监视控制电路
  模块对射频信号功率的监视控制电路设计,都是将微带线感应电流转换成电压量,再将模拟电压量通过接口电路传输给上层管理单元,通过观察管理单元信息,再人工调节衰减IC,或将模拟电压量直接反馈到射频衰减IC 对增益量进行控制。其中,前一种方法虽然设计简单,成本低廉,但是不利于工程中的维护;而第二种方法虽然采用AGC 工作方式,但是一旦电路设计确定,模块的输出射频功率将不可调,模块将丧失其灵活性。
  WCDMA 系统对检测和控制精度要求高,不宜采用上述电路进行射频检测与增益控制。在智能模块的设计中,我们采用了射频检测IC作为信号检测与采样,检测电路线性良好,更加适宜软件的智能检测和控制。
  2.3 FSK MODEM 通道设计
  在传统的光纤直放站的FSK MODEM 的设计中,一般只采用RS232 电平进行数据传输,实现点对点的通信。
  在一只模块中,一般用两块相同的IC,将一块配置为调制数据,另一块为解调数据。在电路确定以后,其定义的频率、功率等指标都是固定不变的。
  为了保证足够的通信距离,并保证模块的杂散参数满足要求,一般选取一个适中的数值,100KQ 左右的电阻即可。
  传统方案有两个缺陷: 从FSK IC 的应用中可以看出,一旦电路确定,所有设置无法更改,且状态无法监视,有失灵活性与可控性。电路采用RS232 电平,只能实现一对一的数据传输,无法适应现有直放站智能管理系统同时对多个直放站进行管理的需要。
  因此,新的设计中,改用RS485 接口通信,以实现一点对多点的通信。另一方面,由于光纤直放站监控系统的完善,为了适应不同地区不同应用场合,实现了对FSK 信号的发射功率、频率、FSK 部分工作状态等信息要求进行实时的监视和控制。
  新的设计方案进一步增强了FSK 通道的可控性和操作性。
  由于一般FSK芯片工作状态都是可选的,那么通过软件的设定,可以根据需要改变设置,实现FSK工作状态的在线更改;现有IC所提供的监视功能,如RSSI、PLL 锁定等,都可以作为FSK 的网管信号,及时反映FSK电路单元的工作情况,使其处于受控状态。
  2.4 监视与控制电路及其软件设计
  直放站光收发模块的监视与控制电路的设计,使用了单片机技术。
  其工作的难点是由于器件一致性较差,所有激光器的监视探测器(MPD)P-I 曲线、激光管的P-I 曲线、LD 的调制损耗和PD的效率各不相同,以及LNA与ATT芯片性能上的差异,导致每支模块软件上必须进行调试和校准,为程序编写带来复杂性。此外,由于监视量容易受到射频信号的干扰,为了保证监视的精度,必须选取适合电路板布板方案以及模块内部结构,这是设计中的重点和难点。
  作者简介:李彦芳(1981-),男,河北南宫人,研究方向为光通信和有线传输。
  
  

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