文/鄧依蕎

互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)時代，自動增益控制電路在各行各業(yè)中得到充分而廣泛的應(yīng)用。自動增益控制電路主要功能在于基于反饋原理，通過自動增益控制，保證接收機中的微波信號光纖傳輸能夠保持恒定，實現(xiàn)整機輸出，減少高頻信號在長距離傳輸過程中的信息損耗，由此便可避免飽和、失真及壓縮信號損害系統(tǒng)后端設(shè)備，滿足高容量信息技術(shù)時代下的微波通信需求[1]。

1.微波自動增益控制技術(shù)分析

1.1 微波自動增益控制技術(shù)原理

微波信號光纖傳輸是當前光通信技術(shù)與無線通信技術(shù)融合下的產(chǎn)物，也是未來我國通信技術(shù)領(lǐng)域的一大前沿技術(shù)。四川廣播電視臺702發(fā)射傳輸臺播出監(jiān)測系統(tǒng)自從2003年建成以來，已連續(xù)運行工作15年，該系統(tǒng)需要采集傳輸?shù)奈⒉ㄐ盘柊?路VGA信號、18路LBANDQPSK信號及8路ASI信號，雖然微波信號光纖傳輸具有信號穩(wěn)定、帶寬大、損耗低、無輻射和免于電磁干擾等技術(shù)優(yōu)點，但由于在長距離高頻信號傳輸中微波光纖信號的帶寬會受到影響與干擾，因此，需要通過微波自動增益實現(xiàn)高容量微波信號信息傳輸。如圖1所示為微波自動增益控制技術(shù)實施原理圖[2]：

圖1 技術(shù)原理

在微波信號傳輸通路中，先經(jīng)過可調(diào)增益放大器，向定向耦合器傳輸微波自動增益控制信號，然后定向耦合器中的耦合信號與直通信號分別輸出直流電信號與微波信號；檢波器經(jīng)過直流濾波及A/D轉(zhuǎn)換，最后通過數(shù)字信號分析與模擬，輸出可調(diào)增益微波信號。在此末端環(huán)節(jié)，通過分析與控制可自動設(shè)置微波信號輸出控制可調(diào)增益放大倍數(shù)。

1.2 微波自動增益控制技術(shù)指標分析

1.2.1 檢波器頻率范圍

它是整個微波自動增益控制系統(tǒng)技術(shù)實施的關(guān)鍵指標。在不同的運行頻率之下，系統(tǒng)檢波器的控制結(jié)果偏差很大，這種偏差會隨著自動增益控制系統(tǒng)頻段范圍跨度的增大而增加。為防止檢波器本身的頻率范圍波動對微波自動增益控制系統(tǒng)技術(shù)的實施結(jié)果產(chǎn)生較大干擾和影響，應(yīng)在寬頻帶系統(tǒng)中加強對定向耦合器與系統(tǒng)檢波器輸入耦合信號的阻抗匹配性研究，減小檢波器頻率范圍誤差[3]。

1.2.2 系統(tǒng)所能分辨最小輸入信號變化值的靈敏度

整個微波自動增益控制系統(tǒng)的A/D分辨率與其靈敏度指標有著直接關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)檢波器輸出的直流電壓與輸入微波自動增益控制系統(tǒng)中的微波信號的實際幅度成正比，而通過檢波輸出的直流電壓會受電波信號的波紋干擾和影響。由于具體頻段不同，所以實際微波信號干擾程度也不同。在微波傳輸自動增益控制過程中，應(yīng)根據(jù)輸入到檢波器中的實際微波信號進行直流濾波。

1.2.3 系統(tǒng)輸入信號動態(tài)范圍

微波自動增益控制系統(tǒng)中輸入和輸出的微波信號均會在一定范圍內(nèi)進行波動，但可調(diào)增益放大器的增益調(diào)整范圍能夠直接影響微波輸入信號的動態(tài)變化值。一般而言，增益調(diào)整范圍越小或越大，輸入微波自動增益控制系統(tǒng)中的信號動態(tài)范圍也就越小或越大。

2.微波信號光纖傳輸技術(shù)原理

2.1 微波信號光纖傳輸系統(tǒng)

圖2 微波信號光纖傳輸系統(tǒng)圖示

圖2 所示為微波信號光纖傳輸系統(tǒng)架構(gòu)，主要由輸入的微波信號、光源及光纖、光探測器和輸出的微波信號五部分組成。在微波信號光纖傳輸中，微波信號先需要被調(diào)制到波長為1260～1610nm的光信號中，而微波光信號則需經(jīng)過光纖傳輸，被輸入到光探測器，再經(jīng)過光探測器，從光信號中將微波信號解調(diào)出來，最終輸出微波信號。

在上述系統(tǒng)中，微波信號光纖傳輸需經(jīng)過“光源”這一核心模塊實現(xiàn)模擬信號與光信號的微波調(diào)制與轉(zhuǎn)換，進而通過數(shù)字調(diào)制/模擬調(diào)制或直接調(diào)制/降解調(diào)制，按照如下圖3所示原理，輸出所需微波信號，有效避免了信號失真這一問題的出現(xiàn)。

圖3 微波信號光纖傳輸調(diào)制技術(shù)圖示

在圖3中，可用如下公式表示經(jīng)過調(diào)制后輸出的微波光纖信號的輸出光功率[4]：

式中：

微波信號光纖傳輸平均光功率——P0；

微波信號光纖傳輸強度調(diào)制系數(shù)——mi；

微波信號光纖傳輸調(diào)制信號角頻率——ωm。

2.2 微波信號光纖傳輸及調(diào)制原理

目前，最常用的外調(diào)制器是鈮酸鋰LiNbO3馬赫-曾德，其通過行波電極可在較小的調(diào)制信號頻率之內(nèi)，實現(xiàn)高速率工作，這種外調(diào)制器下的光纖能夠與光波導(dǎo)進行有效耦合，同時還可減小原理上器上的光纖損耗，降低對波長的依賴性，提升系統(tǒng)調(diào)制工作性能。但在外調(diào)制中，須使外調(diào)制器處于最佳偏置點，并通過分析輸入的光功率、外界環(huán)境溫度及調(diào)制時間等因素的影響和干擾，才能防止經(jīng)調(diào)制后的微波信號失真或發(fā)生漂移。

圖4 外調(diào)制原理

3.微波信號光纖傳輸中自動增益控制系統(tǒng)的應(yīng)用分析

在我站原有信號源切換傳輸系統(tǒng)中，衛(wèi)星地球站的ASI基帶光纖、廣電中心微波6路信號源及高塔SDH微波等，依次經(jīng)自動切換矩陣8X8ASI模塊后，輸出口分別接入5個調(diào)制器中，并經(jīng)過中頻自動切換開關(guān)接入中頻手動切換開關(guān)。但自動切換矩陣8X8 ASI模塊在信號傳輸時，需通過跳站切換信號源，不僅安全性較差，且需要多個信號調(diào)制器。

基于自動增益控制系統(tǒng)進行微波信號光纖傳輸時，地球站現(xiàn)有系統(tǒng)的6路信號源分別通過廣電中心微波、高塔SDH 微波及ASI基帶光纖就可傳輸至地球站，在自動增益控制中，需事先將微波信號調(diào)制到系統(tǒng)光源中，然后，通過光纖即可將系統(tǒng)光源輸出的調(diào)制光信號輸入到光探測器中。

經(jīng)解調(diào)，微波信號從光信號光探測器中解調(diào)而出，通過增益可調(diào)放大器自動增益控制，微波信號即可自動輸入到定向耦合器。在最終輸出過程中，一部分微波信號會輸出到定向耦合器中，還有另外一部分微波信號會自動被輸出到系統(tǒng)檢波器，從中輸出直流信號，并經(jīng)過直流濾波與AD轉(zhuǎn)換，由自動增益控制系統(tǒng)的可調(diào)增益放大器模塊增益控制，輸出所需數(shù)字信號[5]。

圖5 技術(shù)應(yīng)用流程

根據(jù)上述流程 ，得到基于自動增益控制的微波信號光纖傳輸技術(shù)應(yīng)用測試結(jié)果，詳細對比數(shù)據(jù)值見表1、表2：

表1 應(yīng)用測試結(jié)果

表2 未經(jīng)自動增益控制的微波信號光纖傳輸技術(shù)應(yīng)用測試結(jié)果

通過上表數(shù)據(jù)對比可以看出，在相同的輸入信號頻率下及輸入信號幅度中，基于自動增益控制的微波信號光纖傳輸最終得到的輸出信號幅度值與未采用自動增益控制的微波信號光纖傳輸最終得到的輸出信號幅度值存在較大差異。

自動增益系統(tǒng)除了信號監(jiān)測功能外，還能及時判斷信號故障點，并給予告警提示，同時將微波信號及時切換到正常備用信號源或設(shè)備。當實際輸入信號頻率分別設(shè) 定 為 95MHz-105MHz、450MHz-550MHz及 900MHz-1100MHz，且當實際輸入信號幅度分別設(shè)定為-20dBm、-15dBm及-10dBm時，基于自動增益控制的微波信號光纖傳輸技術(shù)應(yīng)用測試結(jié)果更為穩(wěn)定，而未經(jīng)自動增益控制的微波信號光纖傳輸輸出信號幅度波動幅度很大，且隨著輸入信號幅度的變化而變化。

由此表明，微波信號光纖傳輸中自動增益控制系統(tǒng)具有可靠性好、實用性強及架構(gòu)原理先進、經(jīng)濟性佳等諸多優(yōu)點和特點。我站通過自動增益控制系統(tǒng)對改進后的信號源切換系統(tǒng)中的微波信號進行傳輸，系統(tǒng)鏈路簡單明了，新配置的調(diào)制器符合國際通訊、網(wǎng)絡(luò)接口標準，兼容性好，信息化程度高，符合衛(wèi)星通信、計算機和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、廣播電視技術(shù)要求標準和最新發(fā)展潮流。

結(jié)語

自動增益控制技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效提升微波信號光纖通信質(zhì)量與信號波動穩(wěn)定性。以往在微波信號光纖通信系統(tǒng)中，光纖接頭和光纜差損會導(dǎo)致光探測器輸出的微波信號幅度變化不穩(wěn)定，且接收光功率差異較大。而本文通過自動增益控制，不僅解決了這一問題，還經(jīng)調(diào)制獲得了高質(zhì)量的微波傳輸信號。