北京錦坤科技有限公司  基于WiMAX的射頻光纖傳輸（RFoF）系統(tǒng)性能研究5

通常情況下，光發(fā)送機富余度取IdB左右，而接收機富余度取2dB一4dB，因此，系統(tǒng)總富余度為3dB一5dB左右。另外，光纖活動連接器損耗％一般取O．5dB／個。
4．2．2．5 半導體激光器中的相關參數(shù)
通常情況下，激光器輸出光功率考慮在幾毫瓦的范圍內(nèi)。若光功率過大，會造成光纖的非線性效應的增強。調(diào)制指m,是電流相對于偏置點I_B的幅度)，一些文獻中給出的模擬應用中典型的m值為0．25～0．5。

4．2．2．6 系統(tǒng)功率預算分析
依據(jù)前面對實際中常用設備情況的調(diào)研，本射頻光纖傳輸系統(tǒng)功率預算涉及的參數(shù)取值如表4．3所示。

在光纖通信系統(tǒng)中，功率預算的*主要的應用是估算系統(tǒng)的光纖拉遠*大距離。當改變激光器的輸出光功率以及基站的功率放大器的增益，根據(jù)式(4-9)可以得到系統(tǒng)支持的不同的光纖拉遠距離，如圖4．2所示。

通過圖4—2可以看出，從損耗受限的角度看，在基站功率放大器增益一定的條件下，隨著激光器的*大平均輸出光功率的增大，系統(tǒng)的射頻光纖傳輸*大長度按自然對數(shù)規(guī)律增長；在激光器輸出光功率一定的條件下，隨著基站功率放大器增益的增大，系統(tǒng)的射頻光纖傳輸*大長度也是在增長。換言之，當該系統(tǒng)的光纖*大拉遠距離一定時，如果基站選用功率放大器的增益較小時，就需要使用輸出光功率更大的半導體激光器作為光源。這是因為，增大激光器的輸出功率或提高功率放大器的增益，系統(tǒng)能夠承受更長的光纖長度所帶來的損耗，仍然能夠．滿足WiMAX射頻發(fā)射機的輸出功率的要求。
對于接入網(wǎng)而言，光纖的長度通常在幾公里的范圍內(nèi)，當基站功率放大器增益為13 dB時，半導體激光器的輸出光功率應在5。10 mW的范圍內(nèi)；當基站
功率放大器增益為18 dB時，半導體激光器的輸出光功率應在3～6 mW的范圍內(nèi)；當基站功率放大器增益增加到23 dB的時候，半導體激光器的輸出光功率只需2—3 mW。

半導體激光器的噪聲特性是決定系統(tǒng)性能的*重要的指標之--[32I。在典型的系統(tǒng)中，除了在光接收機內(nèi)存在隨機散彈噪聲和熱噪聲外，激光器本身還會產(chǎn)生相對強度噪聲(RIN)。半導體激光器的噪聲可以兩類：強度噪聲和相位頻率噪聲，在一定條件下相位噪聲也可以轉(zhuǎn)化為強度噪聲。通常，用相對強度噪聲(R呻來描述激光器的強度噪聲。它是反映半導體激光器內(nèi)部物理過程的一個綜合參數(shù)，是激光器各種Fourier分量之間的拍頻引起的附加噪聲，是由于激光的隨機相位波動而造成的。這種隨機相位波動因反射回激光器或者傳輸路徑上的多次反射而轉(zhuǎn)化為幅度的波動。相對強度噪聲在注入電流為閾值時*大，隨著溫度的升高而增大。由于模擬傳輸系統(tǒng)要求高的平均光功率，因而相對強度噪聲常常成為主要的噪聲因素I撈1。相對強度噪聲(RlN)的定義為：

也就是，噪聲功率的均方值與平均功率平方的比值。在實際應用當中，將上式通過Wiener-Khintchine關系轉(zhuǎn)換到頻譜空間，除以噪聲功率相應的帶寬并取對數(shù)，因此得到的RIN單位為dB／Hz。在進入光接收機之前，僅考慮相對強度噪聲的影響，無須考慮光檢測器的散彈噪聲和熱噪聲，根據(jù)文獻134]，載噪比為：

在設計上通過抑制自發(fā)輻射、引入縱模選擇機制等方式，可以大大降低激光器的強度噪聲。不過強度噪聲還與激光器的工作狀態(tài)、工作環(huán)境密切相關，例如工作環(huán)境溫度的變化、驅(qū)動電流的大小、外部光反饋的強弱、外加調(diào)制頻率和調(diào)制深度等都會直接影響強度噪聲的大小f351。根據(jù)系統(tǒng)性能的要求，通過載噪比的大小，可以估算出系統(tǒng)允許使用的載波帶寬大小。

如2．3．2中提到的，WiMAX無線通信系統(tǒng)可以采用的載波帶寬不是固定的值，可以選取1．25 MHz。20 MHz之間。RIN的典型值在．140 dB／Hz。．158dB／Hzf36I。根據(jù)IEEE 802．16標準的規(guī)定，選取帶寬為1．25 MHz、1．75 MHz、2．5 MHz、3．5 MI-Iz、5 MHz、7 MHz、10 MI-Iz、14 MHz、20 MHz時，由式(4-11)得到的CNR關于載波帶寬的曲線如圖4．3所示。

由于隨著帶寬的增大，相對強度噪聲的功率也在增大，導致了每一條曲線都呈衰減的趨勢。通常為了“無差錯’’的信號恢復，載噪比一般要求大于50dBl291。但是由于這里計算的載噪比，僅僅考慮了激光器的相對強度噪聲，即未進入光檢測器之前的載噪比?？紤]到進入光接收機后存在的隨機散彈噪聲和熱噪聲的載噪比，相對強度噪聲的載噪比應要求大于50dB。若選取載噪比為60 dB，當相對強度噪聲為．140 dB／Hz時，帶寬只能選擇1．25 MHz、1．75 MHz和2．5 MHz，當帶寬選擇大于這些值的其它值時，載噪比將達不到系統(tǒng)要求。當相對強度噪聲為．150 dB／Hz一．158 dB／Hz時，系統(tǒng)帶寬可以選取802．16標準中規(guī)定的1．25MHz一20MHz之『白J的任何值。

通過半導體激光器直接強度調(diào)制方式來實現(xiàn)射頻光纖傳輸技術，使得基站的結(jié)構得到很大的簡化，成本大大降低，具有廣泛的應用前景。通過功率預算驗證，系統(tǒng)的各部分在功率方面能夠滿足實際應用的要求。在其他設備一定的條件下，要提高系統(tǒng)的射頻光纖傳輸*大距離，就要增加激光器的輸出光功率。但輸出光功率的增大會導致光纖對射頻信號的非線性效應的增大。所以在實際的系統(tǒng)設計中，還需要綜合考慮各方面的因素。根據(jù)系統(tǒng)的載噪比要求和激光器相對強度噪聲的大小，可以估計出系統(tǒng)的載波帶寬選擇范圍。依據(jù)實際的激光器的相對強度噪聲參數(shù)和系統(tǒng)性能要求，通過計算，證明該系統(tǒng)能夠支持符合IEEE 802．16標準規(guī)定的載波帶寬。對于光纖長度為幾公里的接入網(wǎng)而言，根據(jù)基站內(nèi)功率放大器的增益，可以確定對半導體激光器的輸出光功率的要求。當基站功率放大器增益為13 dB時，半導體激光器的輸出光功率應在5—10 mW的范圍內(nèi)；當基站功率放大器增益為18 dB時，半導體激光器的輸出光功率應在3～6 mW的范圍內(nèi)：當基站功率放大器增益增加到23 dB的時候，半導體激光器的輸出光功率只???2～3 mW。根據(jù)系統(tǒng)要求的載噪比和相對強度噪聲，可以確定對系統(tǒng)載波的帶寬的選擇要求。若選取載噪比為60 dB，當相對強度噪聲為．140 dB／Hz時，帶寬只能選

擇1．25 MHz、1．75 MHz和2．5 MHz，當帶寬選擇大于這些值的其它值時，載噪比將達不到系統(tǒng)要求。當相對強度噪聲為．150 d彤Hz—．158 d明z時，系統(tǒng)帶寬可以選取802．16標準中規(guī)定的1．25MHz一20MHz之間的任何值。