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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳俊宏
研究生(外文):Juin-Hung Chen
論文名稱:調頻次載波及PCM光纖傳輸方式在行動通信網路中之應用
論文名稱(外文):FM Subcarrier & PCM Fiber Optical Transmission System and Its Application in Next-Generation Wireless Access
指導教授:曹恆偉曹恆偉引用關係
指導教授(外文):Hen-Wai Tsao
學位類別:博士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:電機工程學研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:調頻次載波互調變失真動態範圍
外文關鍵詞:FM subcarrierIntermodulationDynamic range
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摘要
近年來行動語音以及數據通訊之使用人數急遽增加,預估在公元2003年全球行動電話(手機)之數目將達到10億支。為了在大都會地區提供無障礙之通訊服務,微細胞( Micro-cellular )系統架構已被提出[17] [18],但是為數眾多之基地台架設成本 (包括土地租金以及設備成本)會使營運成本提高許多。為解決此問題可使用調頻次載波光纖傳輸系統傳送射頻( RF )訊號,而將訊號處理之工作交給行動交換局( Mobile Telephone Switching Office ; MTSO )處理,如此一來原本之基地台將縮小成一射頻傳輸埠( Radio Antenna Port ; RAP )[7] [17]。
但若直接將多頻道訊號(例如GSM訊號)輸入雷射二極體,則此二極體之非線性效應將會限制系統之動態範圍,這是因為雷射二極體非線性效應會造成互調變失真。若使用高線性度之雷射二極體可提升系統之動態範圍,但此種元件之價格並不便宜,而且在都會區為提供良好之通話品質細胞密度相當高(每細胞之半徑大約300m~500m),因此用高線性雷射二極體會增加系統架設成本。為此本文將提出兩種傳輸架構以克服非線性失真以及提昇動態範圍。
本論文共分成兩部分討論,第一部份(第一章至第六章)說明調頻次載波光纖傳輸系統在個人無線通訊網路中之應用,其中將探討關鍵性元件(或模組)之不良特性(例如雷射二極體之頻率啁啾效應、壓控震盪器之相位雜訊……)是否會對系統造成影響,以及影響系統動態範圍之主要因素,另外本論文亦提出一階層式架構以便利系統整體效能之分析,並提供組成系統各模組之參數選擇依據。由此部分之分析指出,以一般商用規格產品架構一具有60dB動態範圍之調頻次載波光纖傳輸系統是相當可行的。
由於半導體製程技術每年以驚人之速度成長,因此取得商用高速高解析度之ADC、DAC並不困難,為此本論文之第二部分(第七章至第十一章)將提出一PCM光纖傳輸架構,並將此架構應用於個人行動通訊網路之中,如此一來於光纖中傳輸之訊號將只是?"或?"之明暗光脈衝,因此可不用考慮雷射二極體之線性度(可使用較便宜之雷射二極體),本論文在此部份將探討系統整體模型之建立以及系統參數之設定方法。本論文亦指出以現今商用規格之ADC與DAC欲建構此PCM光纖傳輸系統並不成問題,而且成本並不高。
在以下之章節中將說明如何設計此調頻次載波光纖傳輸系統,並且將其應用於GSM個人行動通訊網路中,最後採用系統動態範圍當作一評估參數來證明此系統之可行性。第一章主要描述系統之架構,而可能對系統造成不良影響之效應將在第二章中討論。若將一白色雜訊輸入一FM解調器則輸出雜訊特性將隨頻率呈二次曲線關係,這在多頻道傳輸系統統中將造成各頻道之雜訊特性不一致,為此第三章將說明如何引進一解強調(Deephamsis)以及預強調(Preemphasis)電路來克服此一問題,並說明解強調(Deephamsis)以及預強調(Preemphasis)電路參數之選擇方法。第四章將介紹一階層式方法來對系統整體進行模型之建立,以利往後之分析。第五章說明此調頻次載波光纖傳輸系統應用於GSM個人行動通訊系統中之可行性,並且用動態範圍來對系統效能進行評估。第六章對調頻次載波光纖傳輸方式作一小結。
第七章將說明PCM數位傳輸架構,第八章就脈碼調變(PCM)系統作一簡短說明,其中包括基本原理、量化雜訊特性以及通道雜訊對此系統之影響。第九章探討光鏈路雜訊之特性並與類比傳輸方式作一比較。第十章計算系統整體之動態範圍。第十一章對PCM光纖傳輸方式作一小結。第十二章是本文之總結。

Abstract
First portion of this thesis presents a design method of optical frequency modulation method (FM) sub-carrier (with super carrier) transmission modem. The nonideal link characteristics, including laser chirping, fiber dispersion, voltage control oscillator (VCO) phase noise, relative intensity noise (RIN) and equivalent network model of laser diode of such system that may bring about signal distortion are discussed first. We then propose a hierarchical method to establish the system equivalent model. Finally this FM modem is applied to a GSM wireless system, in which multi-channel signal are transmitted over fiber between radio port and basestation, and system performance is appraised by its dynamic range. It is found that optical FM sub-carrier (with super carrier) transmission technique can improve the system dynamic range, compared with the intensity modulation direct detection (IMDD) method, and this is an economical and efficient method.
In the second portion, we use PCM optical transmission method to overcome the nonlinear effect of laser diode. Then we apply this PCM optical modem to a GSM wireless system. The following analysis shows that if the resolution of ADC (and DAC) is over 16 bits and the gain of RF front end is over 47dB, dynamic range of such system is over 60dB. This analysis shows that this is a very an economical method and we can combine many kinds of signal from different media into one optical cable to reduce the cost.

目錄
第一章 調頻次載波光纖傳輸方式系統架構…...…………. 1
第二章 影響系統效能之因數…………………..……………. 4
第一節 光纖色散及Laser Chirping 效應對系統之影響..... 4
第二節 雷射二極體小訊號等效電路對FM訊號之影響….. 7
第三節 VCO相位雜訊對系統效能之影響……………..….. 8
第三章 預強調及解強調電路……………..…………...…… 13
第四章 鏈路整體之等效模型……………….……………… 18
第一節 光鏈路段…………………………..…………….... 18
第二節 FM等效鏈路模型………………………………… 21
第三節 系統整體之效能分析……………………………... 25
第五章 此架構在GSM系統中之應用………………… 31
第六章 調頻次載波光纖傳輸方式小結…………………... 38
第七章 PCM數位傳輸系統架構及簡介…………………. 39
第八章 脈碼調變(PCM)…………...………………………… 43
第一節 脈碼調變原理…………………………………….. 43
第二節 量化雜訊特性…………………………………….. 45
第三節 通道雜訊對PCM系統之影響…………………… 46
第九章 光鏈路雜訊特性……………………………………. 52
第一節 類比光鏈路傳輸架構…………………………….. 52
第二節 數位光鏈路傳輸架構………………..…………… 56
第十章 系統之雜訊度及動態範圍……………...…………64
第一節 類比至數位轉換器之訊雜比……………………. 64
第二節 系統整體之雜訊指數……………………………. 66
第三節 系統動態範圍……………………………………. 70
第十一章 PCM光纖傳輸方式小結……………………….. 79
第十二章 總結…………………………………………………. 81
參考書目………………………………………………………… 82

參考文獻
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