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RFoG突发模式光收发一体机的通信设计研究

时间:2018-04-30 10:58来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇通信工程论文,通信工程是电子工程的一个重要分支,电子信息类子专业,同时也是其中一个基础学科。该学科关注的是通信过程中的信息传输和信号处理的原理和应用。
本文是一篇通信工程论文,通信工程是电子工程的一个重要分支,电子信息类子专业,同时也是其中一个基础学科。该学科关注的是通信过程中的信息传输和信号处理的原理和应用。本专业学习通信技术、通信系统和通信网等方面的知识,能在通信领域中从事研究、设计、制造、运营及在国民经济各部门和国防工业中从事开发、应用通信技术与设备。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇通信工程论文,供大家参考。
 
第一章 绪 论
 
1.1 论文研究背景与意义
全球的互联网在过去的十年经历了快速发展,由此推动了许多新的业务。例如娱乐产业、游戏产业以及社交网络。这些业务的发展促使本文对宽带接入技术[1]展开了更深的研究。如何充分利用光纤资源,提供更高质量的服务,对本文来说是一个新的难题。传统的混合光纤同轴电缆网(HFC)的带宽瓶颈和双向网的汇聚噪声等问题已经严重的影响用户的体验。传统的 HFC 双向通行网络方式在上行的信号传输时,如果不在通信的状态,上行链路的激光器仍然会一直发射光信号进行工作,但是光纤射频传输(RFoG)技术[2]实现了只有在通信需要时才会开通激光器使得回传信号有效地进行传送。在传统的 HFC 网络中引入这项技术能很好的实现了突发模式的功能,有效的实现了网络的双向化。随着 RFoG 接入网技术标准的制定,可以充分的利用原先网络上的设备实现网络双向化,并且不需要运营商改变业务运营模式,从而实现光纤到户(FTTH)网络架构的网络改造技术方案。RFoG 技术采用的光突发模式工作,实现了以点对多点的网络拓扑进行光信号传输[3]。这种网络拓扑方式可以有效的减少传输链路的设备,降低成本。这项技术也是针对有线电缆数据服务接口规范(DOCSIS)系统进行设计的。充分利用现有的 CATV 网络的是 RFoG 技术的优点。下图 1.1 是新一代 RFoG 网络和传统的 HFC 双向网络的对比图:
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1.2 国内外研究现状
在国内传统的 HFC 网络的传输链路中包含着大量的传输设备,其中主要包括下行链路中的设备和从用户端反馈到前端的上行链路中的设备。有线电视(CATV)传输链路[4]中的典型的传输设备有如下几种。分别是下行光发射机、下行的光接收机、上行的回传光发射机和回传光接收机。一直以来传统的 HFC 网络是解决有线电视双向传输的一种有效的途径。在原来的有线电视的网络中,需要对链路中大量的设备进行监测,也需要对出问题的设备进行及时的维修。对于如何更好的优化传输链路,保证传输的可靠性,降低传输的成本,一直是一个困扰国内各大广电局的难题。在慢慢的实践和摸索中,通过对原有设备的改进和一些新技术的研究成为解决上述难题的一种途径。下行的接收机和上行的发射机都属于CATV 中间链路的一部分,国内各大 CATV 产品供应厂商生产出了将这两者结合在一起的产品,也就是市场上的光工作站或者光节点,这有效地解决了安装多个产品所带来的资源的浪费。有线电视系统新技术的发展和新标准的制定使得一些新的有线电视产品应运而生。在以前的 HFC 方式的传输的链路中,系统的主要链路是下行的传输链路,有线电视的大部分业务都依附在下行的链路当中,随着网络的不断的更新,用户与前端的数据交互越发的频繁,上行链路将得到越来越多的重视。DOCSIS 3.1 标准[5]是最新提出的标准,它对原来的 HFC 网络的频谱进行了重新的分配,上行网络频带扩展到了 204MHz,这给予了上行链路更大的带宽,但同时上行的传输链路也将变的更为复杂。为了应对这种复杂的情况,避免回传噪声的聚集带来的影响。国内市场出现了在突发模式下的光接收和发送设备,也就是 RFoG 的产品。但是这些产品的功能参差不齐,产品的形式也是各种各样,市场上很多产品没有达到突发模式的要求。如何更好的在新标准下生产出对应的产品,充分利用现有的带宽给人们带来更好的体验,是现阶段国内各厂商和研究机构一直追求的目标。美国早于别的国家发展了数字电视技术[6],它在技术领域完成三大标准制定的同时,率先实施了数字电视的商业播出。它的规模已经达到了 1500 亿美元以上,欧洲的数字电视的发展也比较早,它在技术上已经相当成熟。数字电视的发展不仅仅是与时俱进的产物,它提高了电视画面的质量,使得信号的传输更加的趋于稳定。同时也带来了一些新的业务,其中互动双向的业务[7]是发展的趋势。由美国有线通信工业协会制定的 RFoG的新标准,有效的利用了前端设备和用户端设备从而实现了网络的双向化,在反向通道采用了独特的突发模式技术,在改善噪声性能的同时还用于开展增值业务,不但支持DOCSIS 标准,还能支持 64QAM。但如何同时生产出相对应的高性能的 RFoG 产品,也是一直困扰他们的一个难题。
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第二章 RFoG 突发模式光收发一体机的参数和相关理论
 
任何产品的实现都必须依赖相关的技术与原理,理论与实际相结合才能发挥出最大的作用。本章主要介绍了与一体机设计相关的一些技术,主要有 RFoG 技术、滤波器技术、调幅技术和一些其它相关技术。
 
2.1 一体机的性能参数分析
 
2.1.1 信号电平与频率
频率是单位时间内周期性变化的次数,它的单位是秒分之一。固有频率是由物体本身决定的与振幅没有关系的频率。频率的应用范围及其广泛,涉及到很多个学科如光学、无线电技术和力学。在如今的有线电视发展当中,电视信号的传输采用了频分复用的方式[10],将频道划分为上行频道和下行频道。传统的有线电视从频道划分 30/48,5-30MHz传输上行的信号,48MHz 以后传输的是下行的信号,30-48MHz 为其中的安全过渡带。由于上行的数据业务的增多,导致上行的带宽越来越不够用,于是频道又被重新分配了一下,如今一般的分配方式为 65/87,5-65MHz 传输上行的信号,87MHz 以后传输的是下行的信号,65-87MHz 为其中的安全过渡带,具体的频道配置的方案如下表 2.1。光一体机中最重要的光器件就是半导体激光器,为确保输出光功率稳定,本机设计了光功率检测电路[13],通过检测其输出光功率,控制其光功率的大小,当光功率太大时容易烧坏激光器,当光功率太小时则激光器不能正常发光,所有控制偏置电流尽量符合LD 激光器的标称偏置电流,使激光器正常发光,这样才能延长激光器的寿命。为了保证传输过程中的数据能正常的到达,激光器的开通时延需要得到限制,否则会导致信号传输失败。根据规定的标准,在上行的链路中激光器的开通时延需要小于等于 1.3 s,这也是 DOCSIS 标准中对于数据分发时隙的一个严格的要求[14]。
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2.2 光通信技术
随着互联网技术的飞速发展,为了满足巨大的带宽要求,很多国家已经启动了国家宽带计划。光通信成为了实现这个目标的一种有效的途径,它也是宽带网络建设的主要支柱。驱动了光网络进化来提供更大的带宽,给当前带来了严峻的挑战。由于未来光通信的发展面向高容量[15],长距离,智能化,低成本,集成化。一些创新技术是必须的,如光传输系统,光交换机。光纤通信的发展有以下四代,第一代属于工作波长为 850nm 的短波长波段。第二代为工作波长为 r=1310nm 的波段,它主要用多模光纤传输,第三代为工作波长为 r=1310nm 的波段,它主要用于单模光纤传输,第四代为波长为 r=1550nm 的波段,它主要用于单模光纤通信传输。根据媒质进行分类,有两种光纤通信系统,分别是传输媒质是大气或者空气的无纤通信系统[16]和光纤通信系统。我国通信网经过几十年的起伏之后已经开始形成通过卫星、电缆、微波等通信手段所组成的立体交叉网络。光通信中光纤通信的地位越来越重要,在电信网络的传输中也不缺乏对光纤通信技术的运用,近些年来其发展速度非常的快,也是世界新技术和未来信息社会的主要工具。光纤通信主要的传输介质为光纤,光纤的优点是抗干扰的能力优于同轴电缆,并且其信号的衰减量小。在通信领域光纤通信将会成为一种主要有效的传输方式。在许多计算机电梯系统中,光纤的应用完全满足了大量的数据通信权。光纤通信应用领域非常广泛,主要用于本地干线,这里的光纤通信可以充分发挥优势,逐步的更换电缆。同时它也用于高品质彩色电视传输,工业现场监控和调度,交通监控控制和城乡有线网络。
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第三章 RFoG 突发模式光收发一体机的设计与实现.......16
3.1 方案的分析和选择......16
3.1.1 方案的分析......16
3.1.2 突发模式方案的选择.......17
3.1.3 光收发一体机设计具体方案............17
3.2 下行电路设计.....18
3.2.1 Pin 管接收电路设计........18
3.3 上行电路设计.....26
3.4 上下行光电转换模块选型设计........... 31
3.5 双向滤波模块设计......32
3.6 电源模块设计.....34
3.7 辅助电路的设计...........35
3.8 RFoG 一体机的电路原理图和印制板的制作.......39
3.9 本章小结....41
第四章 RFoG 突发模式光收发一体机测试与实现结果分析....42
4.1 测试环境要求......42
4.2 测试方法....42
4.3 整机测试验证.....45
4.4 测试结论....47
4.5 本章小结....47
第五章 总结和展望...........48
5.1 全文总结....48
5.2 工作展望....48
 
第四章 RFoG 突发模式光收发一体机测试与实现结果分析
 
在设计完成整机后,还需要对一体机进行测试。测试是判断产品质量的一个重要环节,消耗在上面的时间一点也不比开发时间短,测试结果的好坏直接关系着产品的质量,影响到产品的正常投入使用,需要对开发中的各个模块进行相应的测试或者仿真,以及所有模块连接起来后,整机能正常的工作。本文将一体机分为以下几个部分进行测试,输出电平测试,开通和关断电平的测试,开通和关断时延的测试、一体机非线性测试[53]。
 
4.1 测试环境要求
AGC 功能测试步骤如下:1)对光发射机,频谱分析仪进行校准。2)按图 4.7 连接被测一体机,光发射机和频谱分析仪。3)调节光发射机使得光发的功率为 0dBm,调节光衰减器使得衰减为 0.此时记录频谱仪上的输出电平,然后调节光衰减器使得输入一体机的光功率为-1dBm,并记录频谱仪上的输出电平。继续调节光衰减器,每次衰减 1dBm,直到衰减的光功率为-8dBm,记录每个光功率所对应的输出电平值。
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总结
 
全文通过对现在市场上的 RFoG 功能的产品进行分析,发现很多的产品都存在着很多的缺陷,不能满足真正的 RFoG 的功能。本文设计的 RFoG 突发模式光收发一体机由PIN 管接收电路、射频放大电路、AGC 控制电路、光功率控制电路,衰减电路,均衡电路,滤波电路,功率检测和显示电路组成。经过测试,该一体机的各项功能都得到了很好的实现,同时一体机也达到了预期所设计的指标要求。一体机在设计的过程中也遇到过难点,在调试出现问题的时候,对其进行了相应的改进。具体工作总结可以分一下几部分。
(1)分析了国内外目前 HFC 双向网的现状以及发展趋势,对市场上同类产品的比较,在此基础上提出了具有符合标准的 RFoG 光收发一体机,并给出了一体机所需要达到的各项技术指标。
(2)本文研究介绍了一体机中所涉及到的关键的技术,其中包括光通信技术、RFoG技术、DOSIS 技术、滤波器的技术原理、信号的调制技术和波分复用技术。
(3)根据整机所需要达到的技术指标,本文选取了 ATA7457 和 MAAM9633 作为下行链路的放大芯片,PE4304 作为主要衰减芯片,并以此为基础设计了下行链路的 AGC 电路。该电路实现了输出电平的自动增益控制的功能。
(4)完成了电源电路、光功率控制电路、衰减电路、均衡电路、防浪涌电流,滤波电路的电路设计,最后本文利用 Altium Designer 完成了电路原理图的设计[54],元器件的封装和电路板的制作。在印制板制作完成后,对整个电路进行了焊接和调试,保证了系统的可靠性。
(5)对制作完成的整机进行了各项指标的测试,分别为频率范围内的平坦度,输出端的反射损耗,输出电平,输出光功率,上行回路的开通电平和关断电平,开通时延和关断时延。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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