一种光载射频链路性能参数数值分析系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光载射频链路性能参数数值分析系统和方法。该系统包括数据输入模块、数据处理模块和数据可视化模块，通过输入光载射频链路各模块器件参数与链路工作状态参数，输出所述链路的系统性能数值计算结果；或者通过输入光载射频链路的系统性能与链路工作状态参数，输出所述链路各模块器件参数。该系统覆盖了光载射频链路的绝大多数器件模块，并且可以根据配置文件动态适配各种光载射频链路的设计结构，进行各模块器件的删减与组合，具有高度的灵活性、简便性与实用性，可用于辅助实际光载射频链路的方案设计、性能预估与器件选型，适用于众多相关行业领域。

A numerical analysis system and method for performance parameters of optical RF link

【技术实现步骤摘要】
一种光载射频链路性能参数数值分析系统与方法
本专利技术属于微波光子
，具体涉及一种光载射频链路性能参数数值分析系统与方法，特别是光载射频链路在存在光源、电光调制器、光衰减器、光放大器以及光电探测器的条件下，在已知各模块器件参数的前提下对整体射频增益与噪声系数的数值分析方法以及在已知链路整体射频增益与噪声系数的前提下对各模块器件参数的数值优化分析方法。
技术介绍
微波光子技术作为融合了微波技术与光子学技术的多领域交叉技术，在一定意义上将两者的优势集于一身，为成熟的传统微波技术增添了低损耗、高带宽和抗干扰能力。而光载射频链路作为该
最为基础的实现部分，对其整体性能参数的数值分析显然尤为重要。但是由于该技术涉及光电两个领域，因此极少有相应的商业软件能够对所述链路进行仿真分析，极少数覆盖光载射频链路仿真的软件在计算电信号大小时采用相对值，而光电转换多为非线性映射，因此计算的链路性能与实验数据差距较大；而在学术研究领域，多为只针对单器件的性能分析，少数针对光载射频链路的性能分析中也只将光放大器模块由较为简单的理论等效模型进行替代，或者直接不考虑光放大器模块，导致整体链路性能的计算结果与实验数据差距较大。同时，该领域也缺乏由整体链路性能数据反向优化计算链路各模块器件参数的方法与系统。这些都在一定程度上限制了光载射频技术进一步的应用落地。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种光载射频链路性能参数数值分析系统与方法，该系统能够在已知各模块器件参数的前提下对整体射频增益与噪声系数的数值分析以及在已知链路整体射频增益与噪声系数的前提下对各模块器件参数的数值优化分析。本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：一种光载射频链路性能参数数值分析系统，所述系统包括数据输入模块、数据处理模块和数据可视化模块；所述数据输入模块包括用于读入解析光载射频链路结构配置文件的链路结构配置文件读取模块、用于读入解析光载射频链路中各模块器件参数文件的各模块器件参数文件读取模块、用于读入解析光载射频链路工作状态参数文件的链路工作状态参数文件读取模块和用于读入解析光载射频链路性能数据文件的链路系统性能数据读取模块。所述数据处理模块包括链路通路构建模块、链路性能计算子模块、链路各模块参数优化求解子模块；所述链路性能计算子模块、链路各模块参数优化求解子模块均具有光源模块、电光调制器模块和光电探测器模块。所述链路通路构建模块从所述数据输入模块获取所述链路结构，用于形成光载射频链路内部各模块的网状连接图，构建各模块光电信号传递通路。所述链路性能计算子模块从所述链路通路构建模块获取各模块光电信号传递通路，同时从所述数据输入模块获取所述光载射频链路工作状态参数与各模块器件参数，用于计算光载射频链路性能；所述链路各模块参数优化求解子模块从所述链路通路构建模块获取各模块光电信号传递通路，同时从所述数据输入模块获取光载射频链路工作状态参数与链路系统性能数据，用于优化求解光载射频链路中各模块器件待优化参数变量。所述数据可视化模块将链路性能计算子模块、链路各模块参数优化求解子模块的计算结果输出并存储。一种所述系统的光载射频链路性能参数数值分析方法，具体包括以下步骤：(1)数据输入：读取光载射频链路结构配置文件、各模块器件参数以及链路工作状态参数。所述光载射频链路结构配置文件包括光载射频链路中所含模块的数量、模块之间的信号连接关系与顺序；所述各模块器件参数包括光源模块输出信号光光频率fo，以dB为单位的光频率fo下光信号功率输出Plaser_db，以dBc/Hz为单位的指定频率下相对光强度噪声RIN，光电探测器响应度光载射频链路工作状态参数包括读取的射频信号频率ωe、幅值Ae与输入功率Psin，整体链路工作带宽Be，单位为K的链路工作温度T，整体链路负载阻抗Rl。(2)光载射频链路系统内部构建：根据步骤1中读取的光载射频链路结构配置文件，形成内部各模块的链路网状连接图，构建光载射频链路各模块光电信号传递的通路。(3)光源模块输出信号性能分析：将步骤1中读取的以dB为单位的指定光频率下光信号功率输出Plaser_db转化为以W为单位的该光频率下光信号功率输出将步骤1中读取的以dBc/Hz为单位的指定频率下相对光强度噪声RIN转化为该频率下的相对光强度噪声系数rin＝10RIN/10；(4)电光调制器模块输出信号性能分析：计算电光调制器模块光信号输出功率Pm_s＝∑jPm(ωe，Ae)j+∑nNmn，其中，Pm(ωe，Ae)j为不同电信号频率调制下的光信号分量输出功率，j为索引，Nmn为不同电噪声调制下的光信号分量输出功率，n下标为索引，输入射频信号频率ωe与幅值Ae均为步骤1所读取的光载射频链路工作状态参数；计算电光调制器模块的输入获得噪声功率Nm_in＝kTBe，其中，Be为步骤1中读取的整体链路工作带宽，k为玻尔兹曼常数，T为步骤1中读取的单位为K的链路工作温度。(5)光电探测器模块输出信号性能分析：计算输出光电济其中为步骤1中读取的光电探测器响应度，Pdetect_in为指定光频率下光电探测器模块输入光信号分量；将输出光电流进行拆解：i＝is+in；其中，is为输入光电探测器模块的射频信号基波调制下的光信号分量所转化的光电流，in为输入光电探测器模块的光噪声分量所转化的光电流；计算指定电频率下输出电信号分量功率Pdetect_out与电噪声分量Ndetect_out：其中，为光电流is的均方值，为光电流in的均方值，q为基本电荷大小常数，Rl为步骤1中读取的整体链路负载阻抗；(6)整体链路系统性能分析：将上述所有链路包含模块按连接网络顺序连接起来，计算整体链路指定电频率下的射频电信号的射频增益G＝10log(Psout/Psin)，计算整体链路噪声系数NF：NF＝10log((Psin·Nout)/(Psout·Nin))＝10log(G·Nout/Nin)；其中，Psin为步骤1中读取的该电频率下的电光调制模块的输入射频电信号功率，Psout为整体链路输出射频电信号功率，即光电探测器模块中该电频率下的射频电信号输出功率，Nin为整体链路输入的可获噪声功率，即电光调制器的输入可获热噪声功率，Nout为整体链路输出噪声功率，即光电探测器模块输出的电噪声功率；(7)计算结果的可视化输出与存储：将整体链路系统性能计算结果与各模块部分中间计算变量输出成CSV文件或HDF5文件进行可视化与存储。进一步地，步骤2中形成的链路网状连接图中还包含光衰减器模块，则计算指定光频率下光信号输出功率Patten_out＝10-ATTEN/10Patten_in，其中Patten_in为光衰减器模块的输入光分量信号，ATTEN为衰减系数。进一步地，步骤2中形成的链路网状连接图还包含光放大器模块，则计算光放大器模块输出光信号Pamp_out＝∑jg(fo)jP(fo)j，其中P(fo)j为指定光频率下光放大器模块不同光信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光载射频链路性能参数数值分析系统，其特征在于：所述系统包括数据输入模块、数据处理模块和数据可视化模块；/n所述数据输入模块包括用于读入解析光载射频链路结构配置文件的链路结构配置文件读取模块、用于读入解析光载射频链路中各模块器件参数文件的各模块器件参数文件读取模块、用于读入解析光载射频链路工作状态参数文件的链路工作状态参数文件读取模块和用于读入解析光载射频链路性能数据文件的链路系统性能数据读取模块。/n所述数据处理模块包括链路通路构建模块、链路性能计算子模块、链路各模块参数优化求解子模块；所述链路性能计算子模块、链路各模块参数优化求解子模块均具有光源模块、电光调制器模块和光电探测器模块。所述链路通路构建模块从所述数据输入模块获取所述链路结构，用于形成光载射频链路内部各模块的网状连接图，构建各模块光电信号传递通路。所述链路性能计算子模块从所述链路通路构建模块获取各模块光电信号传递通路，同时从所述数据输入模块获取所述光载射频链路工作状态参数与各模块器件参数，用于计算光载射频链路性能；所述链路各模块参数优化求解子模块从所述链路通路构建模块获取各模块光电信号传递通路，同时从所述数据输入模块获取光载射频链路工作状态参数与链路系统性能数据，用于优化求解光载射频链路中各模块器件待优化参数变量。/n所述数据可视化模块将链路性能计算子模块、链路各模块参数优化求解子模块的计算结果输出并存储。/n...

【技术特征摘要】
1.一种光载射频链路性能参数数值分析系统，其特征在于：所述系统包括数据输入模块、数据处理模块和数据可视化模块；
所述数据输入模块包括用于读入解析光载射频链路结构配置文件的链路结构配置文件读取模块、用于读入解析光载射频链路中各模块器件参数文件的各模块器件参数文件读取模块、用于读入解析光载射频链路工作状态参数文件的链路工作状态参数文件读取模块和用于读入解析光载射频链路性能数据文件的链路系统性能数据读取模块。
所述数据处理模块包括链路通路构建模块、链路性能计算子模块、链路各模块参数优化求解子模块；所述链路性能计算子模块、链路各模块参数优化求解子模块均具有光源模块、电光调制器模块和光电探测器模块。所述链路通路构建模块从所述数据输入模块获取所述链路结构，用于形成光载射频链路内部各模块的网状连接图，构建各模块光电信号传递通路。所述链路性能计算子模块从所述链路通路构建模块获取各模块光电信号传递通路，同时从所述数据输入模块获取所述光载射频链路工作状态参数与各模块器件参数，用于计算光载射频链路性能；所述链路各模块参数优化求解子模块从所述链路通路构建模块获取各模块光电信号传递通路，同时从所述数据输入模块获取光载射频链路工作状态参数与链路系统性能数据，用于优化求解光载射频链路中各模块器件待优化参数变量。
所述数据可视化模块将链路性能计算子模块、链路各模块参数优化求解子模块的计算结果输出并存储。


2.一种权利要求1所述系统的光载射频链路性能参数数值分析方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)数据输入：读取光载射频链路结构配置文件、各模块器件参数以及链路工作状态参数。所述光载射频链路结构配置文件包括光载射频链路中所含模块的数量、模块之间的信号连接关系与顺序；所述各模块器件参数包括光源模块输出信号光光频率fo，以dB为单位的光频率fo下光信号功率输出Plaser_db，以dBc/Hz为单位的指定频率下相对光强度噪声RIN，光电探测器响应度光载射频链路工作状态参数包括读取的射频信号频率ωe、幅值Ae与输入功率Psin，整体链路工作带宽Be，单位为K的链路工作温度T，整体链路负载阻抗Rl。
(2)光载射频链路系统内部构建：根据步骤1中读取的光载射频链路结构配置文件，形成内部各模块的链路网状连接图，构建光载射频链路各模块光电信号传递的通路。
(3)光源模块输出信号性能分析：将步骤1中读取的以dB为单位的指定光频率下光信号功率输出Plaser_db转化为以W为单位的该光频率下光信号功率输出将步骤1中读取的以dBc/Hz为单位的指定频率下相对光强度噪声RIN转化为该频率下的相对光强度噪声系数rin＝10RIN/10；
(4)电光调制器模块输出信号性能分析：计算电光调制器模块光信号输出功率Pm_s＝∑jPm(ωe，Ae)j+∑nNmn，其中，Pm(ωe，Ae)j为不同电信号频率调制下的光信号分量输出功率，j为索引，Nmn为不同电噪声调制下的光信号分量输出功率，n下标为索引，输入射频信号频率ωe与幅值Ae均为步骤1所读取的光载射频链路工作状态参数；计算电光调制器模块的输入获得噪声功率Nm_in＝kTBe，其中，Be为步骤1中读取的整体链路工作带宽，k为玻尔兹曼常数，T为步骤1中读取的单位为K的链路工作温度。
(5)光电探测器模块输出信号性能分析：计算输出光电流其中为步骤1中读取的光电探测器响应度，Pdetect_in为指定光频率下光电探测器模块输入光信号分量；将输出光电流进行拆解：
i＝is+in；
其中，is为输入光电探测器模块的射频信号基波调制下的光信号分量所转化的光电流，in为输入光电探测器模块的光噪声分量所转化的光电流；
计算指定电频率下输出电信号分量功率Pdetect_out与电噪声分量Ndetect_out：






其中，为光电流is的均方值，为光电流in的均方值，q为基本电荷大小常数，Rl为步骤1中读取的整体链路负载阻抗；
(6)整体链路系统性能分析：将上述所有链路包含模块按连接网络顺序连接起来，计算整体链路指定电频率下的射频电信号的射频增益G＝10log(Psout/Psin)，计算整体链路噪声系数NF：
NF＝10log((Psin·Nout)/(Psout·Nin))＝10log(G·Nout/Nin)；
其中，Psin为步骤1中读取的该电频率下的电光调制模块的输入射频电信号功率，Psout为整体链路输出射频电信号功率，即光电探测器模块中该电频率下的射频电信号输出功率，Nin为整体链路输入的可获噪声功率，即电光调制器的输入可获热噪声功率，Nout为整体链路输出噪声功率，即光电探测器模块输出的电噪声功率；
(7)计算结果的可视化输出与存储：将整体链路系统性能计算结果与各模块部分中间计算变量输出成CSV文件或HDF5文件进行可视化与存储。


3.根据权利要求2所述分析方法，其特征在于，步骤2中形成的链路网状连接图中还包含光衰减器模块，则计算指定光频率下光信号输出功率Patten_out＝10-ATTEN/10Patten_in，其中Patten_in为光衰减器模块的输入光分量信号，ATTEN为衰减系数。


4.根据根据权利要求2或3所述分析方法，其特征在于，步骤2中形成的链路网状连接图还包含光放大器模块，则计算光放大器模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵振雷，徐思渊，郑史烈，段雅楠，章献民，余显斌，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33