直放站培训《精华》课件

1、研发部：陈玉东 脚踏实际，谦虚一点，姿态低一点，动手多一点；切忌电脑一族，切忌技浮于事。第一节 噪声和杂散相关概念第二节 线性相关概念第三节 光模块工作原理内 容第一节 噪声和杂散相关概念 噪声，是指在信号处理过程中遇到的无法确切预测的干扰信号。 杂散，是指在信号处理过程中遇到的能够预测的干扰信号，例如FSK载波信号（433.766MHz）、单片机和CC1000时钟信号及其N次谐波。 常见的噪声有来自外部的天电噪声，汽车的点火噪声，来自系统内部的热噪声，晶体管等在工作时产生的散粒噪声。 噪声的主要指标：底噪和噪声系数第一节 噪声和杂散相关概念 1、底噪：底部噪声功率谱密度的简称，表示单位带宽内

2、的噪声信号能量，单位是dBm/Hz。 在光模块里，底噪主要取决于激光器和输出部分电路的放大管（A1G、AG403）。第一节 噪声和杂散相关概念 2、噪声系数（NF）：用来衡量射频部件对信号的处理能力，单位是dB。通常这样定义：单元输入信噪比除输出信噪比，如下图： 第一节 噪声和杂散相关概念光模块常用放大管芯片的NF ： A1G，NF=2.4dB；AG403，NF=3.1dB； HMC478，NF=3.0dB 第一节 噪声和杂散相关概念相关问题1、光模块里有哪些常见的杂散？怎样解决？ 答：常见的杂散，FSK载波信号及其N次谐波，单片机和CC1000时钟信号及其N次谐波，开关电源引起的杂散（450

3、MHz以下频段的模块较常见），还有激光器问题引起的杂散。 这些信号通过传导和空间辐射到不需要它的地方主射频链路，就变成了杂散。第一节 噪声和杂散相关概念 解决思路有三个，第一是降低杂散信号源功率，例如，在满足FSK通信正常的情况下，减小FSK载波信号的发射功率，CC1000的用软件设置， nRF403的增大RF_PWR电阻（第11脚，通常是100K）。 第二，切断杂散传导路径和隔离辐射空间。办法一，在相关数据线或控制线上加LC滤波电路，如ATT线，收发光电压采集线、射频线和电源线；第一节 噪声和杂散相关概念 注意， 不能在有高速数字信号流的线上加电容或电感，如串口通信数据线，CC1000数据线

4、，X5043数据线等！ 办法二，设计时，在PCB上划分各功能模块区域，合理布局并多铺地网络以充分隔离，必要时加隔条或屏蔽罩。 第三，给杂散信号提供最短的回路，尤其是电源线。第一节 噪声和杂散相关概念 2、底噪不够怎么办？ 答：办法一，检查互调和增益，如果有较大余量，可以提高激光器侧的增益，多出来的增益在输出链路衰掉。仅适用于研发阶段和没有参考模块的产品。 办法二，如果ATT前是AM1，后是AG403，把它们互换位置，重新调整链路指标，底噪会有改善。第一节 噪声和杂散相关概念 办法三，根据模块的工作频段，选择合适的输出功率的激光器。输出功率越大，激光器的增益就越大，底噪越差，互调越好，特别是1.

5、8G和3G模块。第一节 噪声和杂散相关概念第二节 线性相关概念第三节 光模块工作原理 射频信号在射频链路中传输时会有一定程度的失真，可以分为线性失真和非线性失真。产生线性失真的主要有一些滤波器等无源器件，产生非线性失真的主要有一些放大器、混频器等有源器件。另外射频通道还会有一些加性噪声和乘性噪声的引入。第二节 线性相关概念 线性失真 线性失真又可以分成线性幅度失真和线性相位失真，从频域可以很方便表示这些失真，如下图：幅频特性相频特性第二节 线性相关概念 非线性失真 非线性失真与线性失真相似，可以分成非线性幅度失真和非线性相位失真，图形表示如下：第二节 线性相关概念 非线性幅度失真，常用的衡量指

6、标： 1、1dB压缩点（P1dB） 例如一个射频放大器，当输入信号较小时，其输出与输入可以保证线性关系：输入电平增加1dB，输出相应增加1dB，增益保持不变。随着输入信号电平的增加，输入电平增加1dB，输出将增加不到1dB，增益开始压缩，增益压缩1dB时的输第二节 线性相关概念入信号电平称为输入1dB压缩点，这时输出信号电平称为输出1dB压缩点。如下图：第二节 线性相关概念 2、三阶交调 三阶交调，也称为三阶互调。用两个相隔f，且电平相等的单音信号同时输入一个射频放大器，则放大器的输出频谱大致如下：三阶交调常用dBc表示，即交调产物与主输出信号的比。第二节 线性相关概念 3、三阶截止点（IP3

7、） 任一微波单元电路，输入双音信号同时增加1dB，输出三阶交调产物将增加3dB，而主输出信号仅增加1dB（不考虑压缩），这样输入信号电平增加到一定值时，输出三阶交调产物与主输出信号相等，这一点称为三阶截止点，对应的输入信号电平称为输入三阶截止点，对应的输出信号电平称为输出三阶截止点。第二节 线性相关概念第二节 线性相关概念 注意：三阶截止点信号电平是不可能达到的，因为在这时早已超过微波单元电路的承受能力。1dB压缩点(dBm)三阶截止点(dBm)AM11837AG40317.731.1HMC4781830HMC27429 (P0.1dB)54相关问题1、互调主要受哪些元件的哪些指标影响？ 答：

8、激光器（调制深度30%和输出功率），放大管（P1dB，IP3和芯片的射频输入功率）。2、如何解读互调测试的常规条件？ 答：-60dBc0dBm/2tone（光纤直连，增益为0dB）表示光纤直连，增益为0dB时，不管信号源输出大小，保证两路信号输出为-3dBm；第二节 线性相关概念 -60dBc（输入+2dBm/ch/2ch，5dB光损，输出-9dBm/ch/2ch）表示用5dB光损连接模块，每路信号源输出为+2dBm，调节该链路的ATT，使模块输出每路信号为-9dBm； -60dBc（0dBm输出时）表示只要保证模块输出每路信号为-3dBm即可；第二节 线性相关概念3、互调不够怎么办？ 答：办

9、法一，检查底噪和增益，如果有较大余量，可以衰减激光器侧的增益，提高输出链路增益。仅适用于研发阶段和没有参考模块的产品； 办法二，尽可能地减小PIN管旁边的放大管的射频输入功率，可以改变隔直电容的容值，或与其连接的电容和电阻；第二节 线性相关概念 办法三，改变激光器的光输出功率，在满足光输出功率指标要求情况下，尽可能改善互调； 办法四，根据模块的工作频段，选择合适的输出功率的激光器。输出功率越大，激光器的增益越大，底噪越差，互调越好，特别是1.8G和3G模块。第二节 线性相关概念第一节 噪声和杂散相关概念第二节 线性相关概念第三节 光模块工作原理1、光模块的应用环境 随着我国移动通讯事业的飞速发

10、展，移动通讯的用户量正不断地增加，以至于蜂窝规划越来越小，基站位置越来越低；另一方面，随着城市建设的高层化，高层建筑正不断涌现，由于无线传播的阴影效应，在这些高层建筑的背后或中间常形成移动通讯信号的盲区或弱区。另外蜂窝移动基站在建造过程中，由于考虑到临近小区的第三节 光模块工作原理 干扰问题，其天线辐射场方向图的主瓣有较大的下倾角，以至于高层建筑的中上部一般不能有效接收到信号。此外，由于建筑物等对电磁波的屏蔽效应，使得隧道、地铁、地下商城、娱乐城、停车场以及酒店、写字楼等一些封闭的大型建筑物内也无法正常接收到移动通讯信号。 考虑到成本和效益，直放站由此而生。第三节 光模块工作原理 直放站（中继

11、器）属于同频放大设备，是指在无线通信传输过程中起到信号增强的一种无线电发射中转设备。 直放站的基本功能就是一个射频信号功率增强器。直放站在下行链路中，由施主天线现有的覆盖区域中拾取信号，通过带通滤波器对带通外的信号进行极好的隔离，将滤波的信号经功放放大后再次发射到待覆盖区域。在上行链接路径 第三节 光模块工作原理 中，覆盖区域内的移动台（手机）的信号以同样的工作方式由上行放大链路处理后发射到相应基站，从而达到基地站与手机的信号传递。 在不增加基站数量的前提下保证网络覆盖，其造价远远低于有同样效果的微蜂窝系统，实现“小容量、大覆盖”的目标。 直放站种类：直放式直放机、选频式直放站、光纤直放站、移

12、频直放站等。第三节 光模块工作原理 光纤直放站主要由近端机、光纤、远端机(覆盖单元) 组成。 下行链路：无线信号从基站中耦合出来，进入近端机，通过电光转换为光信号，输入至光纤，传输到远端机。再把光信号转为电信号，经过放大，送入发射天线，覆盖目标区域。上行链路的工作原理一样，手机发射的信号通过接收天线至远端机，再到近端机，回到基站。第三节 光模块工作原理近端机原理框图 第三节 光模块工作原理远端机原理框图 PD是功放，LNA低噪放 第三节 光模块工作原理2、光模块工作原理 基本功能： 透传射频信号，实现“电光电”的转换 通过FSK调制和解调，传输网管数据 模块自身监控第三节 光模块工作原理第三节

13、 光模块工作原理光纤光纤WDM和法兰盘光纤FSKRF IN阻抗匹配阻抗匹配放大电路ATT滤波电路放大电路探测器ALC电路放大电路激光器DET电路DET电路RF OUT虚线框为可选电路控制单元驱动电路收光电路监控和数据接口 （1）阻抗匹配：通过改变射频输入口的电容、电感或电阻等元件，使其特征阻抗约等于50。相关指标是驻波比，要求1.4。 （2）放大电路：放大射频信号。常见芯片有AM1（14dB）和AG403 （21dB），相关指标有增益。 （3）DET电路：检测射频信号功率值。原理是将射频信号的一定功率转换为一定的直流电压，送给（单片机内置）AD电路采集，软件计算得出。第三节 光模块工作原理 常

14、见芯片有AD8313和AD8362。相关指标有DET检测范围（-255dBm），检测精度（2dB）。 （4）ALC电路：当射频信号输入功率大于设定值时，衰减多余的功率，保持其输出功率稳定在设定值。相关芯片有AV104（压控衰减器）、LM2904（双运放）、AD、DA和DET检测电路。 原理：DET校准后， 打开ALC，软件计算，由DA电路输出与待设定值的射频信号功率相对应第三节 光模块工作原理 的基准电压（等于DET检测电压），送给LM2904的一个正相输入端。同时，DET检测电压送到LM2904相应的反相输入端，其输出电压送给AV104，控制射频信号衰减程度。 当射频信号输入功率大于设定值时

15、， LM2904输出电压控制AV104衰减多余的功率，保持其输出功率稳定在设定值。小于设定值时，不衰减射频信号。相关指标有设定值，误差，起控深度。第三节 光模块工作原理 （5）ATT：数控衰减，芯片是HMC274（5根数据线，范围31dB）。单片机分别控制每根线的电平，5根数据线都为低电平时，分别表示衰减1dB、 2dB、 4dB、 8dB和 16dB，和起来总衰减就是31dB 。高电平不衰减，如果第二线为高，其它的为低，则总衰减为29dB。相关指标有ATT范围，步长，精度。 （6）滤波电路：滤除FSK载波信号（如433MHz）第三节 光模块工作原理 （7）监控和数据接口：负责监控指令和网管数

16、据进出模块的电平转换，芯片有MAX232或SP232，ADM483或SP485。 （8）驱动电路：保证激光器的稳定工作，提供发光功率和偏置电流的检测电压给AD采集。相关指标有发光功率和偏置电流检测，误差。 （9）收光电路：提供收光功率的检测电压给AD采集。相关指标有收光功率检测，误差。第三节 光模块工作原理 （10）激光器：输出静态光信号，并把主射频信号和FSK载波信号加载到光信号里发送出去。相关指标有光输出功率等。 （11）探测器：将光信号转换为电信号。 （12）FSK：频移键控调制，一方面将数字信号表示的网管信息调制到载波信号里，另一方面将载波信号里的数字信号解调出来。 （13）控制单元：负责各功能模块的驱动或监控，第三节 光模块工作原理 实现模块相关指标可控可调，以及网管数据通信。 （14）WDM和法兰盘：WDM是波分复用器，实现不同波长的光信号进出模块。法兰盘，模块的光信号对外接口。第三节 光模块工作原理 补充 1、AGC：光衰减自动增益补偿光路衰减的增益由电路来补偿，实现在一定光衰范围内保持