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面向4G光载无线通信的InGaAs集成电路光接收机的研究与设计

田野  
【摘要】:随着第三代移动通信系统(3G)在世界各国的商用化,IMT-Advanced(4G)系统已经成为研究重点。根据ITU(国际电信联盟)提出的目标,IMT-Advanced需要达到100Mbps到1Gbps的数据速率,为此将应用一系列新技术。其中,基于RoF(Radio over Fiber)技术的新型组网方式,将光纤通信的低损耗和高带宽特点与移动通信方便灵活的特性相结合,可以有效解决高频段信号的传播损耗问题,在提高覆盖性的同时提高功率效率。基于RoF的组网也是研究、验证其IMT -Advanced关键技术的基础,例如分布式组网技术、协作通信技术、多用户MIMO技术、中继技术等。因此,针对IMT-Advanced系统的RoF组网研究势在必行,其中针对RoF组网的射频器件与模块的研究与开发是重中之重,也是RoF技术中的难点。 IMT-Advanced需要支持最高1Gbps的数据传输速率。ITU为IMT-Advanced系统分配的多段频谱横跨从低频段到高频段的多个离散频段,包括450MHz– 470 MHz,698MHz-806MHz,2300MHz-2400MHz,以及3400MHz-3600MHz,共四个备选的工作频段。而在RoF系统中,由于光纤链路的存在,引入了非线性,综上,IMT-Advanced的RoF系统对光电接口的要求是带宽更宽并且具有非线性失真校正电路,目前商用的光电接口很难达到这些要求,因为光纤通信的商用模块是针对数字信号的两电平信号设计的,RoF的信号为多电平,更类似于模拟信号,处于高电平位置的信号极易受到非线性压缩。 针对RoF系统对光接收机的带宽以及线性要求,本文基于台湾稳懋半导体技术有限公司提供的0.15um低功耗InGaAs pHEMT工艺,设计了一种具有自动增益控制(AGC)功能的光接收机。在标准InGaAs pHEMT工艺上制作了兼容的肖特基势垒(MSM)型探测器,同时为了提高光接收机系统的整体性能,也采用了台湾光环科技提供的TPD- 1C 12-051型光电探测器。先进的化合物工艺使得光接收具有很好的带宽以及频率特性,而自动增益控制放大器可以通过检测输出信号幅度的大小来改变自身的增益,从而抵消由于光信号在传输过程中的损耗而引起的变化,使输出信号的幅度几乎保持不变,达到消除非线性的目的。


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