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1 引言
由于微波通信極易受天氣影響(如大霧、風(fēng)沙)，某微波通信站提出利用光纖通信技術(shù)來改造微波通信系統(tǒng)，把最重要的系統(tǒng)時鐘信號一高穩(wěn)定的原子鐘5 MHz正弦信號，通過光纖通信系統(tǒng)傳輸。一般有兩種實現(xiàn)方式：數(shù)字傳輸方式和模擬傳輸方式。采用數(shù)字傳輸方式，高速D／A和A／D轉(zhuǎn)換器價格高，PCM調(diào)制占用的帶寬較寬，因此系統(tǒng)成本較高；而采用模擬傳輸方式，要求系統(tǒng)的載噪比高，非線性失真小，但系統(tǒng)成本較低。所以模擬傳輸方式比較可取。
2 光纖模擬通信系統(tǒng)
2．1 技術(shù)指標(biāo)
采用光纖模擬通信系統(tǒng)傳輸高穩(wěn)定的原子鐘5 MHz正弦信號需滿足具體的技術(shù)指標(biāo)要求如表1所示。頻率穩(wěn)定度有時域和頻域兩種表征方式。表1中的10 ms短期頻率穩(wěn)定度是時域頻率穩(wěn)定度，它用信號頻率f的相對頻偏在一定采樣時間r內(nèi)的平均值的方差表示。一般采用無間隙雙采樣方差σr(τ)，即 Allan方差的方根值作為時域頻率穩(wěn)定度的統(tǒng)一表征量。實際測量只能是有限的測量次數(shù)m，它的估值表達(dá)式為：
一般按采樣時間τ的長短區(qū)分長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度。10 ms短期頻率穩(wěn)定度的采樣時間τ為10 ms。
根據(jù)實際測試情況，采用普通光纖模擬通信設(shè)備傳輸原子鐘5 MHz正弦信號，由于設(shè)備載噪比一般小于60 dB，非線性失真較大，光纖傳輸后原子鐘的10 ms短期頻率穩(wěn)定度達(dá)不到技術(shù)指標(biāo)要求，因此需研制專用光纖模擬通信設(shè)備。
2．2 系統(tǒng)原理
光纖模擬通信系統(tǒng)通常由光發(fā)送機(jī)、光接收機(jī)以及光纖信道3部分組成。光發(fā)送機(jī)主要實現(xiàn)模擬電信號的輸入，模擬調(diào)制激光器，電光轉(zhuǎn)換后送人光纖。光接收機(jī)實現(xiàn)從光纖接收光信號，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，放大濾波后恢復(fù)模擬為電信號輸出。光纖信道是光信號傳輸?shù)慕橘|(zhì)載體，可遠(yuǎn)程傳輸光信號。
2．2．1 專用設(shè)備原理框圖
專用光纖模擬通信設(shè)備包括專用光發(fā)送機(jī)和專用光接收機(jī)。其原理框圖分別如圖1，圖2所示。此外，專用光發(fā)送機(jī)和專用光接收機(jī)中所用到的供電電源均采用專門設(shè)計的低噪線性穩(wěn)壓電源。
2．2．2 頻率穩(wěn)定性分析
實現(xiàn)模擬光纖系統(tǒng)，主要考慮參數(shù)有：載噪比、帶寬和傳輸系統(tǒng)中的非線性引起的信號失真。因此，這也是影響原子鐘5 MHz正弦信號10 ms短期頻率穩(wěn)定度的主要原因。原子鐘5 MHz正弦信號是高穩(wěn)定信號，10 ms短期頻率穩(wěn)定度達(dá)2x10-10，經(jīng)模擬線性傳輸其基頻頻率不變，但受系統(tǒng)各種噪聲干擾，光器件的非線性失真及光纖線路上的反射、色散等因素影響，時鐘頻率信號相位改變，且產(chǎn)生諧波分量，最終導(dǎo)致時鐘信號頻率穩(wěn)定度降低。因此，在光纖模擬通信系統(tǒng)中，影響原子鐘5 MHz正弦信號lO ms短期頻率穩(wěn)定度的主要因素有：激光發(fā)射模塊中光源的穩(wěn)定性、激光調(diào)制的非線性及電路噪聲；PIN光探測模塊中的非線性和噪聲；光纖連接器接頭的光反射；光纖的色散；電子電路的非線性、噪聲及電磁干擾；輸入輸出的電信號由于阻抗不匹配而引起的反射。
當(dāng)然，光纖的折射率會隨溫度變化而改變，但這是一個緩慢的過程，其對原子鐘5 MHz正弦信號的10 ms短期頻率穩(wěn)定度的影響可忽略不計。
