直放站培訓(xùn)《精華》課件

1、研發(fā)部：陳玉東 腳踏實際，謙虛一點，姿態(tài)低一點，動手多一點；切忌電腦一族，切忌技浮于事。第一節(jié) 噪聲和雜散相關(guān)概念第二節(jié) 線性相關(guān)概念第三節(jié) 光模塊工作原理內(nèi) 容第一節(jié) 噪聲和雜散相關(guān)概念 噪聲，是指在信號處理過程中遇到的無法確切預(yù)測的干擾信號。 雜散，是指在信號處理過程中遇到的能夠預(yù)測的干擾信號，例如FSK載波信號（433.766MHz）、單片機和CC1000時鐘信號及其N次諧波。 常見的噪聲有來自外部的天電噪聲，汽車的點火噪聲，來自系統(tǒng)內(nèi)部的熱噪聲，晶體管等在工作時產(chǎn)生的散粒噪聲。 噪聲的主要指標(biāo)：底噪和噪聲系數(shù)第一節(jié) 噪聲和雜散相關(guān)概念 1、底噪：底部噪聲功率譜密度的簡稱，表示單位帶寬內(nèi)

2、的噪聲信號能量，單位是dBm/Hz。 在光模塊里，底噪主要取決于激光器和輸出部分電路的放大管（A1G、AG403）。第一節(jié) 噪聲和雜散相關(guān)概念 2、噪聲系數(shù)（NF）：用來衡量射頻部件對信號的處理能力，單位是dB。通常這樣定義：單元輸入信噪比除輸出信噪比，如下圖： 第一節(jié) 噪聲和雜散相關(guān)概念光模塊常用放大管芯片的NF ： A1G，NF=2.4dB；AG403，NF=3.1dB； HMC478，NF=3.0dB 第一節(jié) 噪聲和雜散相關(guān)概念相關(guān)問題1、光模塊里有哪些常見的雜散？怎樣解決？ 答：常見的雜散，F(xiàn)SK載波信號及其N次諧波，單片機和CC1000時鐘信號及其N次諧波，開關(guān)電源引起的雜散（450

3、MHz以下頻段的模塊較常見），還有激光器問題引起的雜散。 這些信號通過傳導(dǎo)和空間輻射到不需要它的地方主射頻鏈路，就變成了雜散。第一節(jié) 噪聲和雜散相關(guān)概念 解決思路有三個，第一是降低雜散信號源功率，例如，在滿足FSK通信正常的情況下，減小FSK載波信號的發(fā)射功率，CC1000的用軟件設(shè)置， nRF403的增大RF_PWR電阻（第11腳，通常是100K）。 第二，切斷雜散傳導(dǎo)路徑和隔離輻射空間。辦法一，在相關(guān)數(shù)據(jù)線或控制線上加LC濾波電路，如ATT線，收發(fā)光電壓采集線、射頻線和電源線；第一節(jié) 噪聲和雜散相關(guān)概念 注意， 不能在有高速數(shù)字信號流的線上加電容或電感，如串口通信數(shù)據(jù)線，CC1000數(shù)據(jù)線

4、，X5043數(shù)據(jù)線等！ 辦法二，設(shè)計時，在PCB上劃分各功能模塊區(qū)域，合理布局并多鋪地網(wǎng)絡(luò)以充分隔離，必要時加隔條或屏蔽罩。 第三，給雜散信號提供最短的回路，尤其是電源線。第一節(jié) 噪聲和雜散相關(guān)概念 2、底噪不夠怎么辦？ 答：辦法一，檢查互調(diào)和增益，如果有較大余量，可以提高激光器側(cè)的增益，多出來的增益在輸出鏈路衰掉。僅適用于研發(fā)階段和沒有參考模塊的產(chǎn)品。 辦法二，如果ATT前是AM1，后是AG403，把它們互換位置，重新調(diào)整鏈路指標(biāo)，底噪會有改善。第一節(jié) 噪聲和雜散相關(guān)概念 辦法三，根據(jù)模塊的工作頻段，選擇合適的輸出功率的激光器。輸出功率越大，激光器的增益就越大，底噪越差，互調(diào)越好，特別是1.

5、8G和3G模塊。第一節(jié) 噪聲和雜散相關(guān)概念第二節(jié) 線性相關(guān)概念第三節(jié) 光模塊工作原理 射頻信號在射頻鏈路中傳輸時會有一定程度的失真，可以分為線性失真和非線性失真。產(chǎn)生線性失真的主要有一些濾波器等無源器件，產(chǎn)生非線性失真的主要有一些放大器、混頻器等有源器件。另外射頻通道還會有一些加性噪聲和乘性噪聲的引入。第二節(jié) 線性相關(guān)概念 線性失真 線性失真又可以分成線性幅度失真和線性相位失真，從頻域可以很方便表示這些失真，如下圖：幅頻特性相頻特性第二節(jié) 線性相關(guān)概念 非線性失真 非線性失真與線性失真相似，可以分成非線性幅度失真和非線性相位失真，圖形表示如下：第二節(jié) 線性相關(guān)概念 非線性幅度失真，常用的衡量指

6、標(biāo)： 1、1dB壓縮點（P1dB） 例如一個射頻放大器，當(dāng)輸入信號較小時，其輸出與輸入可以保證線性關(guān)系：輸入電平增加1dB，輸出相應(yīng)增加1dB，增益保持不變。隨著輸入信號電平的增加，輸入電平增加1dB，輸出將增加不到1dB，增益開始壓縮，增益壓縮1dB時的輸?shù)诙?jié) 線性相關(guān)概念入信號電平稱為輸入1dB壓縮點，這時輸出信號電平稱為輸出1dB壓縮點。如下圖：第二節(jié) 線性相關(guān)概念 2、三階交調(diào) 三階交調(diào)，也稱為三階互調(diào)。用兩個相隔f，且電平相等的單音信號同時輸入一個射頻放大器，則放大器的輸出頻譜大致如下：三階交調(diào)常用dBc表示，即交調(diào)產(chǎn)物與主輸出信號的比。第二節(jié) 線性相關(guān)概念 3、三階截止點（IP3

7、） 任一微波單元電路，輸入雙音信號同時增加1dB，輸出三階交調(diào)產(chǎn)物將增加3dB，而主輸出信號僅增加1dB（不考慮壓縮），這樣輸入信號電平增加到一定值時，輸出三階交調(diào)產(chǎn)物與主輸出信號相等，這一點稱為三階截止點，對應(yīng)的輸入信號電平稱為輸入三階截止點，對應(yīng)的輸出信號電平稱為輸出三階截止點。第二節(jié) 線性相關(guān)概念第二節(jié) 線性相關(guān)概念 注意：三階截止點信號電平是不可能達(dá)到的，因為在這時早已超過微波單元電路的承受能力。1dB壓縮點(dBm)三階截止點(dBm)AM11837AG40317.731.1HMC4781830HMC27429 (P0.1dB)54相關(guān)問題1、互調(diào)主要受哪些元件的哪些指標(biāo)影響？ 答：

8、激光器（調(diào)制深度30%和輸出功率），放大管（P1dB，IP3和芯片的射頻輸入功率）。2、如何解讀互調(diào)測試的常規(guī)條件？ 答：-60dBc0dBm/2tone（光纖直連，增益為0dB）表示光纖直連，增益為0dB時，不管信號源輸出大小，保證兩路信號輸出為-3dBm；第二節(jié) 線性相關(guān)概念 -60dBc（輸入+2dBm/ch/2ch，5dB光損，輸出-9dBm/ch/2ch）表示用5dB光損連接模塊，每路信號源輸出為+2dBm，調(diào)節(jié)該鏈路的ATT，使模塊輸出每路信號為-9dBm； -60dBc（0dBm輸出時）表示只要保證模塊輸出每路信號為-3dBm即可；第二節(jié) 線性相關(guān)概念3、互調(diào)不夠怎么辦？ 答：辦

9、法一，檢查底噪和增益，如果有較大余量，可以衰減激光器側(cè)的增益，提高輸出鏈路增益。僅適用于研發(fā)階段和沒有參考模塊的產(chǎn)品； 辦法二，盡可能地減小PIN管旁邊的放大管的射頻輸入功率，可以改變隔直電容的容值，或與其連接的電容和電阻；第二節(jié) 線性相關(guān)概念 辦法三，改變激光器的光輸出功率，在滿足光輸出功率指標(biāo)要求情況下，盡可能改善互調(diào)； 辦法四，根據(jù)模塊的工作頻段，選擇合適的輸出功率的激光器。輸出功率越大，激光器的增益越大，底噪越差，互調(diào)越好，特別是1.8G和3G模塊。第二節(jié) 線性相關(guān)概念第一節(jié) 噪聲和雜散相關(guān)概念第二節(jié) 線性相關(guān)概念第三節(jié) 光模塊工作原理1、光模塊的應(yīng)用環(huán)境 隨著我國移動通訊事業(yè)的飛速發(fā)

10、展，移動通訊的用戶量正不斷地增加，以至于蜂窩規(guī)劃越來越小，基站位置越來越低；另一方面，隨著城市建設(shè)的高層化，高層建筑正不斷涌現(xiàn)，由于無線傳播的陰影效應(yīng)，在這些高層建筑的背后或中間常形成移動通訊信號的盲區(qū)或弱區(qū)。另外蜂窩移動基站在建造過程中，由于考慮到臨近小區(qū)的第三節(jié) 光模塊工作原理 干擾問題，其天線輻射場方向圖的主瓣有較大的下傾角，以至于高層建筑的中上部一般不能有效接收到信號。此外，由于建筑物等對電磁波的屏蔽效應(yīng)，使得隧道、地鐵、地下商城、娛樂城、停車場以及酒店、寫字樓等一些封閉的大型建筑物內(nèi)也無法正常接收到移動通訊信號。 考慮到成本和效益，直放站由此而生。第三節(jié) 光模塊工作原理 直放站（中繼

11、器）屬于同頻放大設(shè)備，是指在無線通信傳輸過程中起到信號增強的一種無線電發(fā)射中轉(zhuǎn)設(shè)備。 直放站的基本功能就是一個射頻信號功率增強器。直放站在下行鏈路中，由施主天線現(xiàn)有的覆蓋區(qū)域中拾取信號，通過帶通濾波器對帶通外的信號進(jìn)行極好的隔離，將濾波的信號經(jīng)功放放大后再次發(fā)射到待覆蓋區(qū)域。在上行鏈接路徑 第三節(jié) 光模塊工作原理 中，覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動臺（手機）的信號以同樣的工作方式由上行放大鏈路處理后發(fā)射到相應(yīng)基站，從而達(dá)到基地站與手機的信號傳遞。 在不增加基站數(shù)量的前提下保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋，其造價遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于有同樣效果的微蜂窩系統(tǒng)，實現(xiàn)“小容量、大覆蓋”的目標(biāo)。 直放站種類：直放式直放機、選頻式直放站、光纖直放站、移

12、頻直放站等。第三節(jié) 光模塊工作原理 光纖直放站主要由近端機、光纖、遠(yuǎn)端機(覆蓋單元) 組成。 下行鏈路：無線信號從基站中耦合出來，進(jìn)入近端機，通過電光轉(zhuǎn)換為光信號，輸入至光纖，傳輸?shù)竭h(yuǎn)端機。再把光信號轉(zhuǎn)為電信號，經(jīng)過放大，送入發(fā)射天線，覆蓋目標(biāo)區(qū)域。上行鏈路的工作原理一樣，手機發(fā)射的信號通過接收天線至遠(yuǎn)端機，再到近端機，回到基站。第三節(jié) 光模塊工作原理近端機原理框圖 第三節(jié) 光模塊工作原理遠(yuǎn)端機原理框圖 PD是功放，LNA低噪放 第三節(jié) 光模塊工作原理2、光模塊工作原理 基本功能： 透傳射頻信號，實現(xiàn)“電光電”的轉(zhuǎn)換 通過FSK調(diào)制和解調(diào)，傳輸網(wǎng)管數(shù)據(jù) 模塊自身監(jiān)控第三節(jié) 光模塊工作原理第三節(jié)

13、 光模塊工作原理光纖光纖WDM和法蘭盤光纖FSKRF IN阻抗匹配阻抗匹配放大電路ATT濾波電路放大電路探測器ALC電路放大電路激光器DET電路DET電路RF OUT虛線框為可選電路控制單元驅(qū)動電路收光電路監(jiān)控和數(shù)據(jù)接口 （1）阻抗匹配：通過改變射頻輸入口的電容、電感或電阻等元件，使其特征阻抗約等于50。相關(guān)指標(biāo)是駐波比，要求1.4。 （2）放大電路：放大射頻信號。常見芯片有AM1（14dB）和AG403 （21dB），相關(guān)指標(biāo)有增益。 （3）DET電路：檢測射頻信號功率值。原理是將射頻信號的一定功率轉(zhuǎn)換為一定的直流電壓，送給（單片機內(nèi)置）AD電路采集，軟件計算得出。第三節(jié) 光模塊工作原理 常

14、見芯片有AD8313和AD8362。相關(guān)指標(biāo)有DET檢測范圍（-255dBm），檢測精度（2dB）。 （4）ALC電路：當(dāng)射頻信號輸入功率大于設(shè)定值時，衰減多余的功率，保持其輸出功率穩(wěn)定在設(shè)定值。相關(guān)芯片有AV104（壓控衰減器）、LM2904（雙運放）、AD、DA和DET檢測電路。 原理：DET校準(zhǔn)后， 打開ALC，軟件計算，由DA電路輸出與待設(shè)定值的射頻信號功率相對應(yīng)第三節(jié) 光模塊工作原理 的基準(zhǔn)電壓（等于DET檢測電壓），送給LM2904的一個正相輸入端。同時，DET檢測電壓送到LM2904相應(yīng)的反相輸入端，其輸出電壓送給AV104，控制射頻信號衰減程度。 當(dāng)射頻信號輸入功率大于設(shè)定值時

15、， LM2904輸出電壓控制AV104衰減多余的功率，保持其輸出功率穩(wěn)定在設(shè)定值。小于設(shè)定值時，不衰減射頻信號。相關(guān)指標(biāo)有設(shè)定值，誤差，起控深度。第三節(jié) 光模塊工作原理 （5）ATT：數(shù)控衰減，芯片是HMC274（5根數(shù)據(jù)線，范圍31dB）。單片機分別控制每根線的電平，5根數(shù)據(jù)線都為低電平時，分別表示衰減1dB、 2dB、 4dB、 8dB和 16dB，和起來總衰減就是31dB 。高電平不衰減，如果第二線為高，其它的為低，則總衰減為29dB。相關(guān)指標(biāo)有ATT范圍，步長，精度。 （6）濾波電路：濾除FSK載波信號（如433MHz）第三節(jié) 光模塊工作原理 （7）監(jiān)控和數(shù)據(jù)接口：負(fù)責(zé)監(jiān)控指令和網(wǎng)管數(shù)

16、據(jù)進(jìn)出模塊的電平轉(zhuǎn)換，芯片有MAX232或SP232，ADM483或SP485。 （8）驅(qū)動電路：保證激光器的穩(wěn)定工作，提供發(fā)光功率和偏置電流的檢測電壓給AD采集。相關(guān)指標(biāo)有發(fā)光功率和偏置電流檢測，誤差。 （9）收光電路：提供收光功率的檢測電壓給AD采集。相關(guān)指標(biāo)有收光功率檢測，誤差。第三節(jié) 光模塊工作原理 （10）激光器：輸出靜態(tài)光信號，并把主射頻信號和FSK載波信號加載到光信號里發(fā)送出去。相關(guān)指標(biāo)有光輸出功率等。 （11）探測器：將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。 （12）FSK：頻移鍵控調(diào)制，一方面將數(shù)字信號表示的網(wǎng)管信息調(diào)制到載波信號里，另一方面將載波信號里的數(shù)字信號解調(diào)出來。 （13）控制單元：負(fù)責(zé)各功能模塊的驅(qū)動或監(jiān)控，第三節(jié) 光模塊工作原理 實現(xiàn)模塊相關(guān)指標(biāo)可控可調(diào)，以及網(wǎng)管數(shù)據(jù)通信。 （14）WDM和法蘭盤：WDM是波分復(fù)用器，實現(xiàn)不同波長的光信號進(jìn)出模塊。法蘭盤，模塊的光信號對外接口。第三節(jié) 光模塊工作原理 補充 1、AGC：光衰減自動增益補償光路衰減的增益由電路來補償，實現(xiàn)在一定光衰范圍內(nèi)保持