接收机灵敏度分析

接收机灵敏度分析

时间：2010-01-19 13:05:49 来源：作者：

1 GPS 接收机的灵敏度定义

随着GPS 应用范围的不断扩展，业界对GPS 接收机的灵敏度要求也越来越高，高灵敏度的接收性能可以令接收机在室内或其它卫星信号较弱的场景下仍然能够实现定位和跟踪，大大拓展了GPS 的使用范围。作为GPS 接收机最为重要的性能指标之一，高灵敏度一直是各个GPS 接收模块孜孜以求的目标。对于GPS 接收系统而言，灵敏度指标包括多个场景下的指标，分别为：跟踪灵敏度、捕获灵敏度、初始启动灵敏度。目前业界已经可以实现跟踪灵敏度在-160dBm 以下的接收机，同时，初始启动的灵敏度和捕获灵敏度也分别可以达到-142dBm 和-148dBm 以下。GPS 接收机首先需要完成对卫星信号的捕获，完成捕获所需要的最低信号强度为捕获灵敏度；在捕获之后能够维持对卫星信号跟踪所需要的最低信号强度为跟踪灵敏度。为了实现定位，GPS 接收机还需要解调GPS 卫星发送的导航电文，相应的，解调导航电文所需要的最低信号强度为初始启动灵敏度。根据上述定义可知，跟踪灵敏度最高，捕获灵敏度次之，初始启动灵敏度最差。

2 GPS 接收模块的灵敏度性能分析

从系统级的观点来看，GPS 接收机的灵敏度主要由两个方面决定：一是接收机前端整个信号通路的增益及噪声性能，二是基带部分的算法性能。其中，接收机前端决定了接收信号到达基带部分时的信噪比，而基带算法则决定了解调、捕获、跟踪过程所能容忍的最小信噪比。

2.1 接收机前端电路性能对灵敏度的影响

GPS 信号是从距地面20000km 的LEO（Low Earth Orbit，低轨道卫星）卫星上发送到地面上来的，其L1 频段

（fL1=1575.42MHz）自由空间衰减为：

按照GPS 系统设计指标，L1 频段的C/A 码信号的发射EIRP（Effective Isotropic RadiatedPower，有效通量密度）为

P=478.63W（26.8dBw）([1][2])，若大气层衰减为A=2.0dB，则GPS 系统L1 频段C/A 码信号到达地面的强度为：

GPS ICD（Interface Control Document，接口控制文档）文件（[3]）中给出的GPS 系L1 频段C/A 码信号强度最小值为-160dBw，和上述结果一致。在实际场景中，由于卫星仰角的不同、以及受树木、建筑物等的遮挡，L1 频段C/A 信号到达地面的强度可能会低于-160dBw。

一般GPS 接收机的结构如下图所示：

GPS 信号被天线接收下来后，如果天线有源，则经过滤波器和低噪放，再通过电缆接到接收机部分，接收机内同样经过一级低噪放和一级滤波器，再进入射频前端模块进行下变频和模数转换处理。

上图中，天线后直接接滤波器进行前置滤波，其作用在于防止宽带干扰阻塞低噪放，但会增大前级的噪声系数，因此在选用器件时需要考虑采用插损尽量小的滤波器。天线的有源部分主要是用来补偿从天线到接收模块之间的电缆损耗，如果天线和接收模块

之间的插损极小，则可以使用无源天线。GPS 接收机前端的特性可以由整个接收机的G/T 值来表征。设GPS 接收机的射频前端可以分n 级，第i 级的增益、噪声系数、等效噪声温度分别为Gi、NFi、Tei，则GPS 接收机的总的等效噪声温度为：

由上式可知，整个接收机的噪声温度受前级影响最大，因此需要在前级采用较高增益、较低噪声系数的低噪声放大器。

系统的G/T 值为：

其中，Ga 为天线增益，Ta 为天线噪声温度。天线的噪声温度和天线大小、信号频率、天线方向图、摆放位置等都有关系，一般认为GPS 天线噪声温度为Ta=100K。根据系统的G/T 值即可以得到在一定输入信号功率下的接收载噪比：

其中，k=1.38e-23，为Bolzmann 常数。

下表给出了采用有源天线的场景下常见的GPS 接收模块前端载噪比计算：

表 1 有源天线场景下GPS 接收单元前端载噪比计算

从上表可以很明显的看出，影响系统载噪比的最主要因素是天线本身的增益和噪声温度，在天线无源部分性能确定的条件下，天线有源部分则决定了整个系统的载噪比变化，而后级的链路增益和噪声系数对系统载噪比基本没有贡献。

实际电路设计中，由于电磁干扰的存在，每一级都有可能引入新的噪声，后级的性能也会对系统载噪比产生重要影响。因此，需要重点考虑电磁干扰对系统性能带来的损失。有源天线的主要目的是补偿天线至接收机的电缆损耗，对于天线和接收机比较接近的场景，天线至接收机的损耗基本可以忽略，则可以直接采用无源天线，通过提高接收机内部第一级低噪声放大器的增益和噪声系数性能，同样可以达到采用有源天线的性能。第一级的噪声系数决定了前级引入噪声的大小，而第一级的增益则决定了后级引入的噪声对系统性能的影响，第一级的增益越大，后级噪声性能对系统性能的影响越小，但同时需要考虑整个信号通路至A/D 量

化部分的总体增益，以确保A/D 量化对信噪比的损失最小。

下图给出了接收机前级低噪声放大器的噪声系数对系统整体载噪比的影响，图中还给出了不同增益天线的性能差异。实际中选用天线时，除天线增益外，还需要考虑天线的方向图、不圆度以及轴比、驻波系数等性能。

图 2 前级放大器噪声系数对载噪比的影响

接收机前端的A/D 转换过程也会导致系统载噪比的降低，A/D 量化对信噪比的影响主要和A/D 量化位数有关，一般认为，1bit 量化会导致1.96dB 的载噪比损失，但该值的前提是中频带宽为无限宽。A/D 转换的载噪比损失还和中频带宽有关，对于中频带宽等于C/A 码带宽而言，1bit 量化会导致3.5dB 的载噪比损失，而3bit 量化带来的载噪比损失为0.7dB （[4]）。

此外，A/D 转换对性能的影响还和A/D 量化最大阈值和噪声的均方根（RMS）之间的比例有关。

接收机的热噪声基底为：

假设接收机带宽为GPS C/A 码的带宽2.046MHz，则热噪声基底的功率为：

该功率远大于GPS 输入信号功率-130dBm，因此系统的增益控制以及A/D 量化阈值主要由热噪声确定，与输入信号强度基本无关。常用的GPS 射频芯片中，A/D 量化和自动增益控制部分的电路都是联合设计的，根据A/D 量化阈值的要求设置自动增益控制的控制电平。

2.2 基带算法性能对灵敏度的影响

基带算法性能直接影响信号捕获、跟踪以及解调过程对载噪比的最低要求。GPS 信号是一个扩频系统，对于C/A 码而言，其扩频码为码长1023 的Gold 码，码速率为1.023Mcps，即每1ms 为一个C/A 码周期。因此，可以通过提高本地码和接收信号之间的积分时间来提高接收信号的载噪比。

积分方式分为相干累积和非相干累积。相干累积是指直接用本地码和接收信号按位相乘后再累加，而非相干累积则是对相干累积的结果再进行直接相加。

相干累积结果可根据下式进行计算（[5]）：

其中，Δf为本地本振与载波之间的频率差，T 为相干累积时间， 0 CN 为到达基带时的信号载噪比，单位为dBHz，R(τ ) 为

C/A 码的自相关函数，Δφ为初始相位差， D为信号调制的导航电文符号，Iη和Q η分别为I 路和Q 路的噪声。

由公式(6)(7)可知，相干累积结果和相干累积时长非常相关，相干累积时间越长，对输入载噪比的要求越低，其灵敏度也就越高，但累积时长过长，由于频偏Δf的影响，上式中第一项值也会越小，又会降低其灵敏度。因此，一般高灵敏度的GPS 接收机都需要采用频率稳定度较高的TCXO 作为本振，以降低本地频率和载波频率之间的偏差。一般而言，高灵敏度的基带算法对本振的稳定度要求在8ppm 左右，该稳定度包括校正偏差、老化以及温度补偿稳定度，对于频率校正稳定度为2ppm、老化稳定度为

5ppm 的TCXO 而言，一般要求其温度补偿稳定度在0.5ppm 以内。

非相干累积结果为( 2 2 )

i i Σ I +Q ，通过公式(6)(7)还可以看出，当采用非相干累积时，

由于Iη和Q η的存在，其信噪比会比相干累积有所降低。

下图给出了不同频率偏移情况下相干累积结果随相干时长变化的情况。由图中可以看出，当频偏较小的情况下，可以选择较长的相干时长以达到较高的相干累积结果。

图 3 相干时长与相干累积结果的关系

2.3 高接收灵敏度的GPS 接收机设计

根据本文前述内容的分析可知，要设计高接收灵敏度的GPS 接收机，需要从以下几个方面着手：

1、要有好的抗干扰和隔离设计，由于GPS 信号属于弱信号，信号强度在-130dBm 左右，因此射频通道内任何一级引入的干扰都有可能极大地影响系统的接收信噪比，因此，需要从电路设计上做到抗干扰和隔离，尤其是地线的设计，差的地线设计可以使系统信噪比降低6dB 以上；

2、需要最小化接收机噪声，即尽可能提高系统的G/T 值，这可以从尽量降低前级噪声系数、提高前级增益等方面进行，但同时还需要考虑系统的动态范围，全通道增益不能过大；

3、要有好的基带算法，包括对信噪比要求极低的捕获、跟踪算法，这一点目前在业界很多GPS 基带芯片内都已经实现；

4、需要高稳定度的本振，这也是好的基带算法能够工作的必要前提。

3 总结

随着GPS 应用范围的不断扩展，业界对GPS 接收机的灵敏度要求也越来越高。GPS 接收机的灵敏度主要受两个部分的限制：一是接收机前端电路包括天线部分的设计，二是接收机基带算法的设计。其中，接收机前端电路决定了接收信号到达基带部分时的信噪比，而基带算法则决定了解调、捕获、跟踪过程所能容忍的最小信噪比。本文针对上述两个方面的原理分别进行了阐述，并给出了高灵敏度接收机设计的建议。

参考文献

[1]. M. Braasch and F. van Graas, “Guidance accuracy considerations for realtime GPS interferometry,” in Proc. 4th Int.

ech. Meeting Satellite Division of the Institute of Navigation, Sept. 1991, pp. 373–386.

[2]. P. Nieuwjaar, “GPS signal structure,” NATO AGARD Lecture Series No. 161, The NAVSTAR GPS System, Se pt.

1988.

[3]. Anonymous, Interface Control Document ICD-GPS-200, Arinc Research Corporation, Fountain Valley, CA, J uly

1991.

[4]. Machael S. Braasch, A. J. Van Dierendonck, GPS Receiver Architectures and Measurements, Proceedings of The IEEE, Vol. 87, No. 1, January 1999

[5]. Bradford W. Parkinson, James J. Spilker Jr., Global Positioning System: Theory and Applications,

Volume I, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 1996

光发射机平均光功率的测试

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5.打开系统电源。此时光功率计的读数，即为光发端机的平均光功率。 6.做完实验后关掉系统电源，拆除实验导线。 7.将各实验仪器摆放整齐。

GPS接收机灵敏度解析

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题在数学意义上称为广义特征问题，得到实频率-ω2r=λ2r及相对应的实模态。当比例阻尼矩阵满足方程C=αM+βK （α，β 为实常数）时，比例阻尼系统具有复频率λ2r，并满足【1】 且与无阻尼系统具有相等的实模态向量。可见比例阻尼系统的数值计算量远低于一般的粘性阻尼系统。当系统的阻尼近似为一般粘性阻尼时，系统的极点与模态都是复值的，系统的特征问题为（λ2M+λC+K）x=0。这不是一般意义上的特征问题，为了将系统特征问题转化为数学意义上的特征问题，即实值矩阵的一般特征问题，常将系统方程转入状态空间形式，第一种常见的状态方程形式为Ay+By=0，其中【2】 这种类型的状态矩阵总也不是对称的，导致它的右状态向量系总也不是内部正交的，还必须要求M-1存在。但是，它的优点是振动系统的特征问题转化为一般矩阵 A 的特征问题，而不是第一种的广义特征问题。在使用两种状态方程的状态向量正交关系时，必须格外注意它们与系统的左右模态之间的关系，以及考虑系统性质矩阵是否对称等，否则极易得到错误的结论。讨论状态向量的正交性及灵敏度问题的意义在于2N 维状态向量的前N 维恰为原振动系统的模

GPS接收机的灵敏度分析

最近，GPS导航系统已被全球的消费市场广泛采用。GPS不仅被用于专业或商业应用，如军事跟踪、运输车队、科技探索，而且还普遍用于许多消费类产品，如手机和个人数字助理(PDA)设备。 实际上，车载GPS导航系统近几年来已经成为美国、欧洲和日本市场上中高端汽车的标准配备。GPS售后市场同样火爆，因为车载娱乐信息系统，如具备大屏幕液晶显示器的DVD影院将很有可能带有GPS功能。 中国现在是备受关注的最重要的新兴市场之一。2005年底，中国配备GPS的汽车不到10万辆，市场渗透率不及2%，远远低于成熟市场的渗透率。预计从2006年至2009年，中国的GPS市场每年将以至少50%的增长率迅速发展。到2009年，GPS产品总销售额将为大约100亿元人民币。这就是GPS成为RF领域成长最快速的市场的原因所在。 此外，对GPS接收器灵敏度的严格要求(特别在高楼大厦林立的城市地区)也推动了外部低噪放大器(LNA)应用市场的发展。英飞凌科技公司(Infineon Technologies)的BGA615L7是为数不多的、即使在弱信号条件下也能提高接收器灵敏度并兼具优异RF性能的GPS LNA之一。 在电气特征方面，BGA615L7具有18dB的系统增益，系统噪声系数低至0.9dB。它的RF输出在内部进行了50欧姆的匹配，更重要的是，它可以承受基于人体模型的1kV静电放电(ESD)。本文将讨论利用BGA615L7来提高GPS RF系统性能。 GPS系统已得到广泛使用，但GPS应用目前还面临一些技术挑战。GPS信号的强弱取决于信号带宽和噪声基底。但无线环境非常复杂，一方面，GPS噪声基底约为111dBm/MHz且必须被防护，另一方面，来自导航卫星的弱信号易受到树叶、多通道干扰以及天气状况的影响，而且在室内还会被进一步削弱，因此单芯片GPS接收器在如此苛刻条件下，若没有外部LNA几乎无法工作。图1给出了GPS接收机系统的总体框图。 为提高GPS接收器的灵敏度，可以将单片微波集成电路(MMIC)或射频(RF)晶体管用作GPS接收器中的LNA。性能良好的RF晶体管具有非常低的噪声系数和非常高的增益，但为获得最佳RF性能，需要进行非常复杂的RF设计。 MMIC LNA的工作原理与RF晶体管相似，但它采用不同的RF设计方法。与RF晶体管LNA相比，MMIC LNA易于使用且RF设计复杂度低，外部器件数量少，能节省PCB空间并且缩短产品开发周期，因此现在MMIC以RF LNA形式广泛用于许多无线应用。 BGA615L7是一种专门为GPS设计的硅锗(SiGe)LNA MMIC，采用了英飞凌的B7HF技术。BGA615L7能经受基于人体模型的1kV静电放电，增益高达18dB，噪声系数低至0.9dB，输入三阶截止点(IIP3)在1.575GHz 处为-1dBm。此外，BGA615L7还具有预匹配输入、预匹配输出和片上关断功能，而待机电流低至3uA。BGA617L7采用小型P-TSLP-7-1无铅封装，非常适用于便携式设备和PCB空间受限的设备，如手机、PDA 和GPS模块。(以上数据的测试条件为TA=25℃，Vcc=2.8V，频率=1575MHz) 1. 低噪声系数和高增益特性

灵敏度表示与计算

灵敏度表示与计算 灵敏度表示与计算 灵敏度是表征电声换能能力的一个指标，其定义是在单位声压作用下的输出电压或电功率。可见，随着单位和负载的不同，可能有多种不同的表示方法。常见的有开路灵敏度和有载灵敏度两种。所谓开路灵敏度系指在单位声压作用下输出的电动势。换句话说，当话筒(MIC 微音器传声器)的输出端处与开路状态时，若作用在振膜上的声压为P，测得的电压为V，则开路灵敏度。 E=V/P 常用的单位为豪伏/微巴。如果以分贝（dB）表示，开路灵敏度：E（dB）=20lgV/P-20lgV(0)/P(0)分贝 必须特别加以注意的是，当以分贝表示话筒(麦克风MIC 微音 器传声器)的开路灵敏度时，必须注明其基准值。 有载灵敏度又称灵敏度的功率表示法。它是指在单位声压作用下，在传声器输出端的额定负载上输出的电功率。通常规定额定负载为600欧姆。 在上述定义中，都涉及声压的测量问题。如果采用的是声场中某点的声压值，则称为声场灵敏度；如果取实际作用在话筒(麦克风MIC 微音器传声器)振膜上的声压值，则称为声场灵敏度；如果取实际作

用在传声器振膜上的声压值，得出的则是声压灵敏度。在实际使用中，除非另有说明，通常说明书上给出的是声场灵敏度。 简易远距离无线调频传声器电路 寻求一种发射距离远、拾音灵敏度高、长时间工作不跑频、调试简单易制作，且成本低廉的无线是很多爱好者迫切希望的。本文介绍的单管远距离无线调频传声器即具备以上特点。 由于发射用的环形L1兼作振荡，该天线内流动的是与振荡频率同步谐振的高频电流，所以始终处于最佳发射状态。经实践，在空矿地发射距离大约100～150m（用的是TOLY1781袖珍，该机天线加长至时所能达到的接收距离）。相比之下，在工作电压、工作电流和发射频率同等的情况，L1换成普通螺旋线圈，振荡集电极接上一只5pF电容至长的拉杆天线作发射实验，前后两种发射方式的发射距离几乎相当，证明该内藏式环形天线兼作振荡线圈时的发射效率是相当高的。 内藏式环形天线采用长度160mm，1mm的漆包线制成金属圆环或方框形，嵌入机壳内。调节电容C3，使发射频率落入88～ 108MHz之间，以便用调频收音机接收。当电压在～2V之间变化时，长时间工作，本发射频率稳定不变。电池电压时，整机工作电流约。调试时，手不要靠近环形天线，安放时不要靠近金属物，以免影响振荡频率和发射距离。

灵敏度

讨论这个议题的主要起因是:灵敏度(sensitivity)是如何确定的.[https://www.wendangku.net/doc/ea16352309.html,] 问题:我们经常看到某些GPS芯片 商宣称自己的芯片灵敏度是如何的高,但是根据对整个系统的分析可以看出系统的灵敏度主要取决于第一级LNA的设计,GPS产品的灵敏度取决于GPS芯片和放大器的设计,那么就带来下面的问题:[https://www.wendangku.net/doc/ea16352309.html,] 1)系统的灵敏度是如何计算的芯片的灵敏度对系统设计有什么影响 [https://www.wendangku.net/doc/ea16352309.html,] 2)接收GPS信号的功率和信噪比是一个什么样的水平 [https://www.wendangku.net/doc/ea16352309.html,] 3)如何按照信噪比,信号功率设计系统灵敏度 [https://www.wendangku.net/doc/ea16352309.html,] [https://www.wendangku.net/doc/ea16352309.html,] 这真是一篇超精华的帖子!感谢楼主和参与的所有人![5 2 jinfoxhe: R1 灵敏度的计算公式:S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF. BW一般为中频带宽,Eb/N0为芯片在一定误码的情况下解调需要的信噪比, NF为系统噪声系数.如果是扩频系统,还需要减去扩频增益. 2 对于GSM来说,其灵敏度一般为-110dBm左右(基站),和具体的配置有关系.从仿真来看, GSM的解调Eb/N0为4-5dB. 3 见1. snow99: 好象在说GPS, 不是GSM, 虽然看起来很像 GPS RF BW: 2.046 MHz Modulation: BPSK Process Gain: 46 d Thermal Noise Floor: kTB = -111 dBm/2.046MHz Required Eb/N0: 6 dB (不太清楚, 可以修正)

Receiver NF: 3 dB (Typical) Sensitivity: -111 + 6 + 3 - 46 = -148 dBm 这只是一个大致结果, 考虑系统的其他算法以及Doppler校正, 最终灵敏度在-154 ~ -149之间 https://www.wendangku.net/doc/ea16352309.html,] Arm720: 楼上朋友对灵敏度的描述已经非常清楚了,降低系统的信噪比和噪声系数能提高系统的灵敏度.那么对于设计来说是不是可以这么理解: 1)根据灵敏度公式估算系统的接收灵敏度 2)根据估算的系统接收灵敏度计算对芯片接收灵敏度的要求 芯片接收的灵敏度反映了对前级放大器噪声系数和信噪比的设计要求. 不知我的理解是否正确,如果是这样,估算的原则又是什么那些参考书上有描述,我想详细的研究一下,多谢了! 那位测试过GPS信号的朋友能说一下GPS信号的接收功率和信噪比吗 Arm720: 看来我的发帖晚了一部,多谢jinfoxhe和snow99兄! 不过snow99兄的计算方法和上面公式好像对不上.你描述的是对GPS接收系统的需求,不只这些需求是如何计算出来的. 多谢了! 以下是引用jinfoxhe在2006-4-24 8:56:00的发言: 1 灵敏度的计算公式:S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF. BW一般为中频带 宽,Eb/N0为芯片在一定误码的情况下解调需要的信噪比, NF为系统噪声系数.如果是扩频系统,还需要减去扩频增益. 2 对于GSM来说,其灵敏度一般为-110dBm左右(基站),和具体的配置有关系.从仿真来看, GSM的解调Eb/N0为4-5dB. 3 见1. 今天仔细看了看jinfoxhe兄的帖子,发现对关键问题进行了描述"Eb/N0为芯片在一定误码条件下的解调需要的信噪比",也就是说,你选的芯片就决定了接收系统灵敏度的理论值,这

光纤通信实验二 光发射机与光接收机

实验二光发射机与光接收机实验 一、实验目的 1.了解光源的调制的原理 2.学习光发送模块的电路原理 3.了解光接收机的组成 4.了解光收端机灵敏度的指标要求 二、实验内容 1.介绍光源的调制方法 2.介绍光发射电路的框图 3.了解光接收机的组成 三、实验仪器 1.光纤通信实验系统1 台 2.示波器1台 3.光纤跳线1根 4.万用表 5.光功率计 四、实验原理 1、光发射机、光调制。 根据调制与光源的关系，光调制可以分为直接调制和间接调制两大类。直接调制方法仅适用于半导体光源（LD和LED），这种方法是把要传送的信息转变为电信号注入LD或LED，从而获得相应的光信号，所以是采用电源调制方法。直接调制后的光波电场振幅的平方与调制信号成一定比例关系，是一种光强度调制（IM）的方法。 间接调制是利用晶体的光电效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光辐射的调制，这种调制方式既适应于其他类型的激光器。间接调制最常用的外调制的方法，即在激光形成以后加载调制信号。对某些类型的激光器，间接调制也可以采用内调制的方法，即在激光器的谐振腔内放置调制元件，用调制信号控制调制元件的物理性质，将改变谐振腔的参数，从而改变激光输出特芯以实现其调制。 光源的调制方法及所利用的物理效应如下表所示。 2、模拟信号调制与数字信号调制 模拟信号调制是直接用连续的模拟信号（如话音、电视等信号）对光源进行调制从而使LED或LD的输出光功率跟随模拟信号变化，如下图所示：

由于光源，尤其是激光器的非线性比较严重，所以目前模拟光纤通信系统仅仅用于对线性要求较低的地方，要实现大容量的频分复用还比较困难，仅自一些小系统中使用。对一些容量较大、通信距离较长的系统，多采用对半导体激光器进行数字调制的方式。 数字调制主要是用数字信号的“1”和“0”来控制激光的“有”和“无”，如下图所示： 与LED 相比，LD 的调制问题要复杂得多。尤其在高速率调制系统中，驱动条件的选择、调制电路的形成和工艺、激光器的控制等，都对调制性能至关重要。 3、光发射机模拟部分与数字部分的实现 1310nm 和1550nm 光发射机具有相同的结构。他们是由模拟光发和数字光发部分组成： 1、模拟光发电路的框图如下： 2、数字光发电路的框图如下： LD 输出光功 率 LED 输出光功 率 LED 和LD 的模拟调制 P －I 特性曲线与波形 模拟信号 输入

光发射机、光接收机的安装与调试

CATV光发射机、光接收机的安装与调试 光纤传输系统的光发射机和光接收机,应按以下步骤安装与调试。 一、光发射机的安装与调试 1.光发射机应安放在通风良好的位置,周围应留有足够的散热空间, 光发射机外壳应接上安全地线。 2.光发射机电源插头应插入具有自动稳压电源输出的防雷电源插座 上。 3.从CATV 前端来的多频道RF 激励信号,用75 - 5 电缆跳线,接入 光发射机。根据光发射机的设备型号不同，调整适合光发射机的前端信号强度，一般不低于80DB。若前端激励信号过强,可插入一个(0～15) DB 的可调衰减器,接入光发射机,因所需的RF驱动电平要求不同,用可调衰减器进行调节。 4.光发射机的光功率输出端口,用FC/APC 跳线连接光分路器输入 端。分光路的输出端尾纤与光缆熔接,请确认光纤接头是FC/APC 形式。 二、光发射机通电前的系统检查 1.在前端用1 台光源从光分路器输入, 这是检查光纤传输网络是否 连接好,光功率损耗是否正常。 2.检查光分路器、熔接头、活接头FC/APC 尾纤的连接是否正常。

3.检查光发射机接地是否可靠,供电电源是否正常,有无防雷措施。最 好接有防雷插座。 4.检查RF 激励信号电平是否正常。 5.检查光发射机钥匙开关,应放置在“关”位置。 三、光发射机通电时测试 1.将检查完的RF 激励信号接入光发射机RF 信号输入端。同时 将光发射机的输出FC/APC 跳线从分光路输入端拔出。 2.打开光发射机钥匙开关,检查光发射机面板上的各个指示是否 正常, (绿灯亮) ,若红灯亮即为报警信号。 3.检查无误后,将光发射机关机,把光发射机输出光纤尾纤接入光 分路器输入端,即接通光发射机至光纤传输系统。 4.将光发射机再次开机，把光发射机钥匙开关置于“开”状态,在前 面板LCD 显示器可显示是否正常。 四、光接收机的安装与调试 1.室内型光接收机应安装于机柜中,机柜、光接收机及供电电源 要统一安全接地。 2.光接收机交流电源插头插入防雷插座。 3.光缆与光节点接续盒、光接收机连接:将光缆中光纤与光节点 盒输入端FC/APC 跳线连接,再连接光节点盒输出与光接收机 输入端。

光模块灵敏度

Quidway ME60 高端路由器硬件描述目录 目录 附录C LPU板接口属性速查表...............................................................................................C-1 C.2 千兆以太网电接口属性......................................................................................................C-2 C.1 千兆以太网光接口属性......................................................................................................C-2 C.2 万兆以太网光接口属性......................................................................................................C-3 C.3 OC-48c/STM-16c POS光接口属性...................................................................................C-4 C.4 OC-192c/STM-64c POS光接口属性.................................................................................C-5

光发射机的原理及其选择与使用

光发射机的原理及其选择与使用作者：佚名来源：慧聪发布时间：2006-4-15 20:52:34 [收藏] [评论] 光发射机的原理 用光波传输电视信号和数据信息是20世纪末发展起来的一门新的科学技术，它的出现使世界信息产业得到了飞速发展，现在光纤传输技术正以超出人们想像的速度发展，其光传输速度比10年前提高了100倍，在今后的发展中估计还要提高100倍左右。随着光纤传输技术的不断发展，在光域上可进行复用、解复用、选路、交换，网络可利用光纤的巨大带宽资源，增加网络的容量，实现多种业务的“透明”传输。 光传输系统主要由光发射机、光接收机、光分路器和光纤电缆及其它器件组成。 一光纤传输光信号的基理 光传输是在发送方和接收方之间以光信号形态进行传输的技术。光传输电视信号的工作过程是在光发射机、光纤和光接收机三者之间进行的; 在中心机房的光发射机把输入的RF电视信号变换成光信号，它由电/光变换器(Electric-Optical Transducer，E/O)完成，变换成的光信号由光纤传输导向接收设备(光接收机)接收，光接收机把从光纤中获取的光信号变换还原成电信号。因此光传输信号的基理就是电/光和光/ 电变换的全过程，也称为光链路。 目前光传输方式采用光强度调制。如采用激光器的光发器件发出相位一致的所谓相干光，因此采取了使发光强度整体发生变化的调制方式，它利用了输出光功率对应于电/光变换器输入信号电流的变化而线性 变化的特性。 在光/电变换器(Optical-Electric Transducer，O/E)中，输出正比于输入光信号强度的电流，光/电变换器的输出电流波形因而与电/光变换器输入电流波形相似，达到了信号传输的目的。 那么，光纤又是如何导向光信号的呢？目前有线电视系统使用的光纤是圆柱体的光纤，它由光纤圆柱体和包层组成，是石英玻璃材料。包层起着把光严密地封闭在光纤内的作用，保护纤芯，增强光纤本身的强度。而纤芯的作用是传输光信号。纤芯和包层虽然都是石英玻璃材料生产而成，但在生产时对两者的掺杂成份有区别，因而导致了所产生的折射率大小不同(纤芯为1.463~ 1.467，包层为1.45~1.46)，当然也与所采用的材料不同有关。当激光器发射的光源进入纤芯后，光入射到包层界面时，只要入射角大于临界角，就会在纤芯内产生全反射，光不会漏射到包层中，这样聚入到纤芯内的光信号就会不间断地传播下去，直到导向光接收机为止。这个过程就是光信号在光纤中传输的基理。 二光传输中产生的失真 光在光纤中传输时，也会产生一些失真，产生失真的原因有以下几点: (1)在光纤传输系统中，由于半导体激光器的电/光转换特性的非线性，使输出的光信号与激励电流的变化不一致导致了失真，它称为调制失真。调制指数M值不允许太大，选择高性能、预失真处理技术强的光发射机很有必要，预失真处理技术是利用人为的设计产生预失真改善调制线性，达到消除和减轻光纤传 输系统中CSO与CTB的目的。 (2)在光传输系统中，由于驱动RF放大器和接收RF放大器产生失真的机会很小，线性PIN光电二极管因信号电平不太高，产生的微小失真可不计，而它的主要原因来自于半导体激光器调制特性的失真和光 纤的色散。 (3)激光器在光强度调制时，光的波长会发生变化，出现附加频率调制，使信号频率展宽，出现啁啾 效应，主要表现为CSO失真。 (4)光纤的色散特性会使不同波长的群时延发生差异，形成到达终端的时间会先后不一致所引起的失 真，主要是CSO失真。

光接收机总结

光接收机总结 1，普通PIN接收机和APD接收机（直接检测） PIN光电二极管是在普通光电二极管的PN结中加入低掺杂的近乎本征半导体的I区形成的，用以加宽PN结的耗尽层（电子移动快）而减小扩散区（电子扩散慢），使电子空穴能够快速通过耗尽层到达P和N区，大大加快响应速度。PIN的探测效率也很高。 PIN探测器拥有极宽的带宽，商业化的超过了50GHz。PIN探测器的结构也非常简单，如图所示是PIN接受机的基本结构，光信号经过PIN光电探测器后经射频放大器，在通过窄带滤波器滤波，采样后经阈值判决得到数据。 图1 PIN接收机 PIN的噪声来源主要是散弹噪声，但是比APD的噪声小得多。PIN是无增益器件，一个光子至多产生一个电子空穴对，不适合用来检测微弱信号。对于 10Gbps的OOK信号，若BER要达到10^-9，这种接收机要求需要6200PPB[1]。 APD是利用雪崩特性制成的高增益光电二极管，APD接收机原理图与PIN接收机一致。一个光子产生一个电子空穴对后发生碰撞电离效应产生了大量电子空穴对，因此能够探测很微弱的信号。APD接收机灵敏度一般比PIN接收机好5~10dB，对于10Gbps的信号，误码率达到10^-9需要1000PPB[2]。 APD的噪声很大，主要是倍增噪声，而且APD一般需要很高的反向偏压来产生雪崩效应。同时，和PIN相比，APD只有很窄的线性效应（光电流和光功率成比例）。 2，光电倍增管PMT（单光子检测） 光电倍增管是利用外光电效应和二次电子发射效应来探测光信号的电真空器件，由阴极、电子倍增极、打拿极和收集极阳极等构成。阴极和阳极之间加上高压，光子在阴极表面产生光电子，这些光电子被电场加速后通过倍增系统产生大量二次电子，经阳极吸收形成输出电流。 PMT的计数频率可以达到几十MHz，具有高灵敏度和低噪声的特点，同时探测面积大直径可达几英寸、响应速度快上升时间小于1ns、高增益超过以及 宽谱宽等特点。PMT的量子效率受阴极材料和工作频率的影响：在紫外和可见光谱范围中，材料是GaAsP时，量子效率可以达到40%，在近红外区域，材料为GaAsInP时，量子效率小于1%，限制了PMT的使用。 LCTSX的LCT终端的接收机用的是PMT，碲镉汞APD作为备份接收机。 3，APD接收机（单光子检测） APD单光子检测器的原理是让偏置电压大于雪崩电压（即盖革模式），当有光子进入时，会产生uA甚至mA级别的光电流。由于任何光子或噪声都将产生

接收机灵敏度的探讨

无线电接收机诸多的性能当中，「灵敏度」（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）无疑是其中最重要的一项，同时，也可能是遭遇最多误解的一项了。 曾经听说过有位ＯＭ试着要在天线和接收机的输入端之间，加装一个高增益的前置放大器，以提高灵敏度。这种作法是否正确，有待我们来探讨。 杂讯与讯号杂讯比 直接从字面上的意义，我们了解到，灵敏度是接收微弱讯号的能力。要接收微弱的讯号，一般的想法是设法将讯号储量放大，也就是提高增益（Ｇａｉｎ），以接收更微弱的讯号，所以增益高的接收机，其灵敏度一定较高。 这一段话，前半段关於灵敏度定义的部份，基本上是正确的；但後半段，增益与灵敏度关系的推论，跟实际情况却相差了十万八千里，这正是一般人对於灵敏度这项特性最人的误解。 在进入正题之前，且让我们谈谈杂讯（Ｎｏｉｓｅ）的问题。 打开接收机，当没有讯号进来时，通常都可以听到细小的「沙沙」声，这就是杂讯的声音。当有讯号进来时，强度够的话，这种「沙沙」声就几乎听不到。可是如果讯号微弱的话，我们会把接收机的音量开大，想更清楚地听到讯号，这一来，「沙沙」声也就相对变大。如果讯号更微弱的话，纵然将接收机的音量开到最大，也只是徒然提高「沙沙」声而已，讯号还是听不清楚。 可见要清楚地接收到微弱讯号，问题并不是在将音量开得多大（提高增益）。如果纯粹想提高增益的话，实在太简单了，了不起再加一级放大器就是。其关键乃是讯号和杂讯相对的强度，是否讯号有足够的强度，不被杂讯所遮盖过去。 这种讯号强度和杂讯强度的对比就叫「讯号杂讯比」（ＳｉｇｎａｌｔｏＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ）或者简称Ｓ／Ｎ比；当然，Ｓ／Ｎ比在习惯上，也经常以ｄＢ来表示。 从接收机声频输出端（如扬声器）所听到的杂讯。可以区分为两类。第一类是伴随着讯号从天线端接收进来的外部杂讯。对於此「天」电杂讯（或称背景杂讯），我们很难有所作为，只好听天由命了。第二类是与外部环境完全无关的内部杂讯，即使将输入端的讯号降低到零，仍可听到的杂讯，这完全是接收机本身所产生的内部杂讯。 对於第二类的内部杂讯，聪明的你，应该已经察觉到跟接收机的灵敏度一定有很密切的关系。 杂讯指数与杂讯系数 描述一个系统（如接收机）内部杂讯大小，可以用杂讯系数（ＮｏｉｓｅＦａｃｔ

光发射机、接收机指标测试

实验一 光发射机指标测试 一、实验内容： 1.测试数字光发端机的平均光功率 2.测试数字光发端机的消光比 3.绘制数字光发端机的P-I 特性曲线 二、实验目的： 1.了解数字光发端机平均输出光功率的指标要求 2.掌握数字光发端机平均输出光功率的测试方法 3.了解数字光发端机的消光比的指标要求 4.掌握数字光发端机的消光比的测试方法 三、实验仪器： LTE-GX-02E 型光纤通信实验系统、示波器、光功率计、万用表、FC-FC 光跳线。 四、实验原理： 光发射机的指标包括：半导体光源的P-I 特性曲线、消光比（EXT ）和平均光功率。 1.半导激光器的P-I 特性曲线测试 半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如下图所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流(或称阈值电流)，用Ith 表示。当输入电流小于Ith 时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED 发出光，当电流大于Ith 时 ，则输出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系，该实验就是对该线性关系进行测量，以验证P-I 的线性关系． 图 1 半导体激光器P-I 曲线示意图 2．消光比（EXT ）的测试 光比定义为： ，式中00P 是光发射机输入全“0”时输出的平均光功率即无输入信号时的输出光功率。 是光发射机输入全“1”时输出的平均光功率。 当输入信号为“0”时，光源的输出光功率为00P ,它将由直流偏置电流b I 来确定。无信号时光源输出的光功率对接收机来说是一种噪声，将降低光接收机的灵敏度。因此，从接收机角度考虑，希望消光比越小越好。但是，应该指出，当b I 减小时，光源的输出功率将降低，光源的谱线宽度增加，同时，还会对光源的其他特性产生不良影响，因此，必须全面考虑b I 的影响，一般取b I =(0.7～0.9)Ith (Ith 为激光器的阈值电流)。 0011 10lg P EXT P 11P b I

计算ASK接收机的灵敏度

计算ASK接收机的灵敏度 RFIC幅移键控(ASK)或者叫做开关键控(OOK)接收机的灵敏度对于远程无线开门系统(RKE)、轮胎压力监视系统(TPM)、家庭自动化系统以及其它应用系统的设计者来说是一项重要的规范。这类接收机一般工作在315MHz或433MHz的频段上，但是其电路对其它载波频率也是适用的。了解这种接收机一些特性在理论上的极限值对RFIC用户和设计者都是很重要的，因为这样就能确定他们在设计上的改进是不是成功的。本篇应用笔记描述了一种在已知系统噪声系数、IF带宽和基带带宽的条件下一步一步的计算ASK接收机灵敏度的方法。结果表明，接收信号强度指示(RSSI)放大器实现的对数幅度检测在输入SNR较低时降低了输出信噪比(SNR) (门限效应)，而灵敏度的提高与IF带宽与基带带宽之比的平方根成正比。 大多数现代幅移键控（ASK）接收机利用将调制的RF信号直接的或者经过一次或多次频率变换后通过一个幅度检测器对数据进行检测。幅度检测器基本上就是一个RF或IF放大器和一个RSSI（接收信号强度指示器），RSSI的输出与输入RF或IF信号功率的对数成正比。 因为RSSI检测器是一个非线性的检测器，它将改变输入信号的信噪比（SNR）。ASK 灵敏度计算的关键就在于RSSI检测器的SNR out与SNR in关系曲线。 一旦我们知道了SNR out与SNR in之间的关系，在已知噪声系数、IF带宽和数据速率的条件下可以通过如下步骤找出ASK灵敏度 1. 确定目标BER（在本例中为10-3）所需的Eb/No，然后根据Eb/No用下面的等式计算SNR。 SNR = (Eb/No) * (R/BBW) 其中R是数据速率，BBW是数据滤波器的带宽 2. 将上一步计算出来的SNR减去IF（预检波）BW与数据滤波器BW之比的dB数。例如，如果IF BW为600KHz数据滤波器BW为6kHz，这就意味着要从SNR中减去20dB。得到的结果就是RSSI检测器输出信号的SNR，这一信号还没有被数据滤波器消除其高频噪声（假设这些噪声占据了IF BW）。对于灵敏度来说，这一比例通常是以dB为单位的负值。 3. 用RSSI的SNR out与SNR in关系曲线找出RF或IF放大器和RSSI检测器输入信号的SNR。实际上就是通过这条曲线用第二步计算中得到SNR out“反向”推导SNR in。 4. 使用接收机前端SNR公式找出接收机输入端的信号水平。这就是灵敏度S S = (SNR in) * (kTBIFFS) 其中kT是在290 K的噪声谱密度(-174 dBm/Hz)，BIF是IF（预检波）BW，FS是接收机系统（不仅仅是前端）的噪声系数。 因为RSSI检测器是一个对数检测器，输入输出SNR的关系可以用一种封闭的方式表示，尽管可能看起来有点儿乱。一篇发表在IEEE学报上比较老的关于航空与电子系统的文章[1]推导出了其表达式并画出了SNR out与SNR in关系的曲线。这篇文章中的曲线非常小而且没有足够的网格线，但是可以在Excel表格中对表达式进行分析计算并画出更具体的