基于WiMAX的射频光纤传输（RFoF）系统性能研究5

北京锦坤科技有限公司  基于WiMAX的射频光纤传输（RFoF）系统性能研究5

通常情况下，光发送机富余度取IdB左右，而接收机富余度取2dB一4dB，因此，系统总富余度为3dB一5dB左右。另外，光纤活动连接器损耗％一般取O．5dB／个。
4．2．2．5 半导体激光器中的相关参数
通常情况下，激光器输出光功率考虑在几毫瓦的范围内。若光功率过大，会造成光纤的非线性效应的增强。调制指m,是电流相对于偏置点I_B的幅度)，一些文献中给出的模拟应用中典型的m值为0．25～0．5。

4．2．2．6 系统功率预算分析
依据前面对实际中常用设备情况的调研，本射频光纤传输系统功率预算涉及的参数取值如表4．3所示。

在光纤通信系统中，功率预算的*主要的应用是估算系统的光纤拉远*大距离。当改变激光器的输出光功率以及基站的功率放大器的增益，根据式(4-9)可以得到系统支持的不同的光纤拉远距离，如图4．2所示。

通过图4—2可以看出，从损耗受限的角度看，在基站功率放大器增益一定的条件下，随着激光器的*大平均输出光功率的增大，系统的射频光纤传输*大长度按自然对数规律增长；在激光器输出光功率一定的条件下，随着基站功率放大器增益的增大，系统的射频光纤传输*大长度也是在增长。换言之，当该系统的光纤*大拉远距离一定时，如果基站选用功率放大器的增益较小时，就需要使用输出光功率更大的半导体激光器作为光源。这是因为，增大激光器的输出功率或提高功率放大器的增益，系统能够承受更长的光纤长度所带来的损耗，仍然能够．满足WiMAX射频发射机的输出功率的要求。
对于接入网而言，光纤的长度通常在几公里的范围内，当基站功率放大器增益为13 dB时，半导体激光器的输出光功率应在5。10 mW的范围内；当基站
功率放大器增益为18 dB时，半导体激光器的输出光功率应在3～6 mW的范围内；当基站功率放大器增益增加到23 dB的时候，半导体激光器的输出光功率只需2—3 mW。

半导体激光器的噪声特性是决定系统性能的*重要的指标之--[32I。在典型的系统中，除了在光接收机内存在随机散弹噪声和热噪声外，激光器本身还会产生相对强度噪声(RIN)。半导体激光器的噪声可以两类：强度噪声和相位频率噪声，在一定条件下相位噪声也可以转化为强度噪声。通常，用相对强度噪声(R呻来描述激光器的强度噪声。它是反映半导体激光器内部物理过程的一个综合参数，是激光器各种Fourier分量之间的拍频引起的附加噪声，是由于激光的随机相位波动而造成的。这种随机相位波动因反射回激光器或者传输路径上的多次反射而转化为幅度的波动。相对强度噪声在注入电流为阈值时*大，随着温度的升高而增大。由于模拟传输系统要求高的平均光功率，因而相对强度噪声常常成为主要的噪声因素I捞1。相对强度噪声(RlN)的定义为：

也就是，噪声功率的均方值与平均功率平方的比值。在实际应用当中，将上式通过Wiener-Khintchine关系转换到频谱空间，除以噪声功率相应的带宽并取对数，因此得到的RIN单位为dB／Hz。在进入光接收机之前，仅考虑相对强度噪声的影响，无须考虑光检测器的散弹噪声和热噪声，根据文献134]，载噪比为：

在设计上通过抑制自发辐射、引入纵模选择机制等方式，可以大大降低激光器的强度噪声。不过强度噪声还与激光器的工作状态、工作环境密切相关，例如工作环境温度的变化、驱动电流的大小、外部光反馈的强弱、外加调制频率和调制深度等都会直接影响强度噪声的大小f351。根据系统性能的要求，通过载噪比的大小，可以估算出系统允许使用的载波带宽大小。

如2．3．2中提到的，WiMAX无线通信系统可以采用的载波带宽不是固定的值，可以选取1．25 MHz。20 MHz之间。RIN的典型值在．140 dB／Hz。．158dB／Hzf36I。根据IEEE 802．16标准的规定，选取带宽为1．25 MHz、1．75 MHz、2．5 MHz、3．5 MI-Iz、5 MHz、7 MHz、10 MI-Iz、14 MHz、20 MHz时，由式(4-11)得到的CNR关于载波带宽的曲线如图4．3所示。

由于随着带宽的增大，相对强度噪声的功率也在增大，导致了每一条曲线都呈衰减的趋势。通常为了“无差错’’的信号恢复，载噪比一般要求大于50dBl291。但是由于这里计算的载噪比，仅仅考虑了激光器的相对强度噪声，即未进入光检测器之前的载噪比。考虑到进入光接收机后存在的随机散弹噪声和热噪声的载噪比，相对强度噪声的载噪比应要求大于50dB。若选取载噪比为60 dB，当相对强度噪声为．140 dB／Hz时，带宽只能选择1．25 MHz、1．75 MHz和2．5 MHz，当带宽选择大于这些值的其它值时，载噪比将达不到系统要求。当相对强度噪声为．150 dB／Hz一．158 dB／Hz时，系统带宽可以选取802．16标准中规定的1．25MHz一20MHz之『白J的任何值。

通过半导体激光器直接强度调制方式来实现射频光纤传输技术，使得基站的结构得到很大的简化，成本大大降低，具有广泛的应用前景。通过功率预算验证，系统的各部分在功率方面能够满足实际应用的要求。在其他设备一定的条件下，要提高系统的射频光纤传输*大距离，就要增加激光器的输出光功率。但输出光功率的增大会导致光纤对射频信号的非线性效应的增大。所以在实际的系统设计中，还需要综合考虑各方面的因素。根据系统的载噪比要求和激光器相对强度噪声的大小，可以估计出系统的载波带宽选择范围。依据实际的激光器的相对强度噪声参数和系统性能要求，通过计算，证明该系统能够支持符合IEEE 802．16标准规定的载波带宽。对于光纤长度为几公里的接入网而言，根据基站内功率放大器的增益，可以确定对半导体激光器的输出光功率的要求。当基站功率放大器增益为13 dB时，半导体激光器的输出光功率应在5—10 mW的范围内；当基站功率放大器增益为18 dB时，半导体激光器的输出光功率应在3～6 mW的范围内：当基站功率放大器增益增加到23 dB的时候，半导体激光器的输出光功率只���2～3 mW。根据系统要求的载噪比和相对强度噪声，可以确定对系统载波的带宽的选择要求。若选取载噪比为60 dB，当相对强度噪声为．140 dB／Hz时，带宽只能选

择1．25 MHz、1．75 MHz和2．5 MHz，当带宽选择大于这些值的其它值时，载噪比将达不到系统要求。当相对强度噪声为．150 d彤Hz—．158 d明z时，系统带宽可以选取802．16标准中规定的1．25MHz一20MHz之间的任何值。