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根据FPGA的副载波信号在光载无线通信体系中传输的完成

袁琪,陈蓉,寇召飞(西安科技大学通信与信息工程学院,陕西 西安 710054)摘要:为了避免RoF在光域调制容易引入相位噪声和大量色散等缺点,提出了一种在电域进行副载波调制的方法,具体是使

  袁琪,陈蓉,寇召飞

  (西安科技大学通讯与信息工程学院,陕西 西安 710054)

  摘要:为了防止RoF在光域调制简略引进相位噪声和很多色散等缺陷,提出了一种在电域进行副载波调制的办法,详细是运用FPGA进行AM副载波调制,生成基带副载波信号,然后运用激光调制器将副载波信号调制为光信号,并将信号通过光纤传输。在通过光纤体系传输后的示波器上可以调查到明晰的副载波波形,且光功率计读数契合预期,标明通过光纤传输后作用杰出,试验成果标明在电域能进行副载波调制,然后验证了依据FPGA的光载无线通讯的副载波信号的传输可行性,为电域副载波调制供给了解决办法。

  关键词:光载无线通讯;副载波调制;正弦波现场可编程门阵列

  0 导言

  光载无线通讯(Radio over Fiber,RoF)技能是将无线通讯与光纤通讯结合的一种技能,满意了无线通讯向高速大容量方向开展的需求。RoF技能的根本原理就是在中心站将微波调制到激光上,之后调制后的光波通过杂乱的光纤链路进行传输,抵达基站后,光电转化将微波信号解调,再通过天线发射供用户运用。RoF体系中运用光纤作为基站(BS)与中心站(CS)之间的传输链路,直接利用光载波来传输射频信号。光纤仅起到传输的作用,交流、操控和信号的再生都会集在中心站,基站仅完成光电转化,这样,可以把杂乱贵重的设备会集到中心站点,让多个远端基站同享这些设备,削减基站的功耗和本钱。

  相对于传统的通讯体系而言,RoF体系具有掩盖更广、宽带更宽、本钱较低、功耗较低、易于装置保护等长处,是下一代宽带无线通讯技能的研讨热门。而RoF通讯体系在被详细运用时,副载波发生及接纳技能是必不可少的,可以说是RoF体系的关键技能。而光生副载波技能尽管可以发生高频副载波,可是增加了RoF通讯体系的杂乱度,且简略引进相位噪声和很多色散,然后搅扰体系功能;一起,光生毫米波技能对光纤以及光脉冲参数的挑选有较大依赖性,不利于组网和扩展。

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      RoF的通讯方法尽管可以传输高频毫米波信号,可是献身了本钱和扩展性,比照近5年中RoF体系与蜂窝通讯体系的开展与运用,开始提出的光生毫米波计划反而成为RoF开展的阻止。跟着近几年无线通讯的很多运用,以及新技能新硬件(如FPGA)的开展,使得副载波的发生方法多样化,让其不拘泥于光域,将RoF推入了一个新的开展阶段。依据FPGA结构简略、编写灵敏、本钱低、易修正等特色,本文提出了通过FPGA生成电域副载波信号,然后防止光域生成副载波的缺陷。所以将FPGA与RoF结合是未来无线通讯的首要研讨方向之一。

  1 FPGA副载波调制波形的生成

      本文选用型号为EP4CE115F29C7的FPGA芯片在电子电路上进行副载波调制,通过数模转化芯片AD7545转化后将通过副载波调制的信号送入型号为LTE-GX-06A的光纤试验箱进行传输试验,而副载波的调制方法选用了AM调制,载波为正弦波,传输数据为低频正弦波(传输数据可更改),副载波调制频率为中频。因为本试验中无线信道不是首要研讨目标,故将通过光纤传输后的信息直接接入调查设备而不进行无线传输,最终在调查设备中评价体系的功能。

  在通过modelsim对相应的规划别离进行仿真后得到的AM调制波形见图3。

  如图3所示,第二行为载波信号,频率f=50 kHz;第三行为调制信号,频率f=5 kHz;榜首行为已调信号,生成的AM信号周期T=0.2 ms,频率f=5 kHz。此调制波形即为RoF传输体系中选用的副载波。

  2 副载波信号在光纤中传输的完成

      将副载波调制信号通过D/A转化后,便可得到接连的正弦波。依据光载无线通讯的原理内在,需求将副载波信号通过光调制器接入光纤链路,选用第25号光收发模块,其波长窗口别离为1310 nm和1550 nm,进行试验。

  因为在DE2-115开发板上完成的调制信号为数字信号,故本次试验需求运用JP5端口将信号输出至型号为AD7545的数模转化芯片进行信号转化,数模转化芯片的输出端别离衔接示波器的探头1以及光纤试验箱光纤传输模块的输入端,再将光纤传输模块的输出端口接到示波器的探头2上。对波形的测验显现如图5至图8所示(各图中榜首行为未经光纤体系传输的副载波波形,第二行为通过光纤体系传输的副载波波形)。

  (1)AM副载波信号通过2 m光纤的传输成果

      搭建好传输体系后就可以将前面运用FPGA生成的副载波信号进行传输了,考虑到传输信号的稳定性,首要进行2 m的光纤根底功能传输。

  通过别离改动载波信号频率和调制信号频率,生成了几种不同频率的AM副载波信号并在1550 nm和1310 nm光纤中传输,其在1550 nm光纤中的传输成果见图5~图8,其间调制信号为5 kHz。

  从图5至图8中可以看出,在调制方法为AM调制的情况下,运用FPGA可以发生副载波信号,而且能在光纤链路中进行传输,验证了电域发生副载波的光载无线通讯体系的可行性和有效性。

  2) AM副载波信号通过1 km光纤的传输成果

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      在RoF的实践运用中,光纤传输间隔为2 m是远远不够的,动辄几十千米的光纤会形成更多问题。为了结合实践,本文运用一条长度为1 km的单模光纤进行传输,其间的副载波信号与光纤长度为2 m时的副载波信号相同。通过调查示波器显现窗口可以发现其传输成果与2 m光纤的传输成果根本相同。

  3)传输后的光功率衰减

      在两个波长窗口(1550 nm和1310 nm)下,副载波信号在2 m以及1 km光纤中传输后的接纳光功率如表1所示。本文运用的试验渠道的光功率基准功率(发射功率)为1 mW。

  3 试验成果剖析

      从以上成果中可以看出,运用FPGA生成的副载波信号仍能在较长的光纤中进行传输,且传输作用杰出,其间的传输特性有以下几点:1)1 km传输中光传输功率衰减最小有2.32dBm,最大只要3.47dBm,与2 m的光纤传输成果比较衰减较小,契合较长间隔光纤的传输规范。

  2)波长窗口1550 nm下的传输功能比1310 nm的传输功能好,波形不易失真。且在1550 nm窗口下,比照2 m和1 km传输间隔的光功率衰减,可以发现其数值均相差0.2dBm到0.3 dBm。

  3)在光纤传输中,500 kHz的AM调制频率下,1550 nm的传输窗口比1310 nm的传输功能较好,原因是光纤收发本身会有必定的损耗衰减,在1550 nm窗口应不大于0.22 dB,在1310 nm窗口应不大于0.36 dB,所以1310 nm的比1550 nm的损耗大。

  归纳不同频率,不同波长AM调制的传输成果,通过光纤传输后副载波调制波形与之前的波形现已十分近似,阐明本试验发生的副载波信号可以被光纤所传输,既契合光载无线通讯体系原理,又能使体系结构简洁明了,验证了依据FPGA的电域光载无线通讯的可行性。

  参考文献

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     本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第6期第49页,欢迎您写论文时引证,并注明出处

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