噪声环境下的光孤子传输模型的孤子特性及相互作用的研究
1、项目名称：噪声环境下的光孤子传输模型的孤子特性及相互作用的研究
2、研究工作对浙江经济、社会和科技发展的意义
浙江是光学、光电子技术与产业最具有生机和活力的地区之一，也是国际光电子产业投资的热点地区之一。在国内各光电产业基地“十五”发展目标中，浙江定为于全国的“光电产业发展基地”，计划投入19亿元建设和发展10个光电产业园区，重点投资光纤与光通讯技术领域。由于用光进行通讯能实现大容量信息传输，它将是21世纪网络信息时代的主力军。
光脉冲在实际传输过程中，不可避免地存在着噪声的干扰。在噪声环境下，如何保持超短光脉冲在光纤的传输过程中不发生或尽可能小的发生畸变，以有效利用光纤带宽，实现尽可能高的传输容量、长距离的传输，是光通信技术研究的一个重要课题。实验研究表明用飞秒级（10－15s）光孤子代替超短光脉冲在光纤中实现长距离、大容量、无畸变传输的解决方案是完全可行的，许多科学家预言它将是未来光通讯技术发展的方向。在通信理论里，常用白噪声来描述通讯时存在的噪声，因此，研究光脉冲以孤波形式在白噪声环境下传输的特性及其相关的物理问题既有重要的理论意义也有重大的应用潜力，开展对噪声环境下有光孤子传输模型——随机的非线性薛定谔方程的研究既有重要的理论价值又有重大的实际应用价值。
孤波或孤子同时被认为是非线性科学和物理学中的一个重要的研究领域。2003年诺贝尔物理学奖获得者俄罗斯的京茨堡教授曾说过孤子理论是21世纪重大的物理研究问题之一。
本课题研究方向是光信息传输及通讯、非线性光学、孤子理论、计算物理等交叉学科领域的理论。对其基础理论的研究，一方面能推动和促进用光孤子代替超短光脉冲在光纤中实现长距离、大容量、无畸变传输技术的发展提供理论根据和解决方案；另一方面又能促进和带动光信息传输及通讯、非线性光学、计算物理等学科基础理论的发展。信息传输基础理论的研究也是2006年度的省自然科学基金重点资助的方向之一。
3、本项目研究目标及与申请者研究工作长期目标的关系；
本项目的研究工作具有双重目的。首先从理论的角度探讨在噪声环境下光孤子传输模型的孤波解，并由此揭示出一些客观事实，期待为孤子通信实验提供一定的理论指导。这些孤波解有助于我们更好地理解光纤中超短光脉冲的传输特性和他们之间的相互作用机制，进而为光孤子通信技术实用化提供一些理论基础和解决方案；同时，它们还可以作为传输模型的种子解而构造出更多的孤波解。我们希望这些解对孤子传输模型的微扰和数值分析也有所帮助。其次，我们将最近提出的一些求解非线性演化方程的新方法，把他们推广到随机的传输模型中，拓展这些方法的应用范围。同时，为将来深入研究随机模型的孤子理论打一个坚实的基础。
本项目的研究也利于全面提高本课题组成员综合能力，有利于我校物理系教师理论物理专业水平的提高，实现以科研能力的提升促进教学水平的提高，教学水平的提高来推动科研能力的提升，实现教师的科研能力和教学水平良性循环。
4、项目研究内容，研究方案和进度安排
项目研究内容
(1) 本项目以描述光孤子传输特性的随机非线性的Schr?dinger模型为研究重点。重点分析和讨论飞秒孤子在噪声环境下的传输特性和各种孤波结构，重点揭示在高阶色散和非线性条件下尚未发现的光孤子结构和类光孤子结构，并由此揭示出一些客观事实，期待为孤子通信实验提供一定的理论基础。
(2) 把现有的一些对随机模型求精确解析解的研究方法，推广随机的光孤子传输模型中，发展和寻找求解随机模型精确解析解的新方法，希望能进一步构造新的光孤子结构。将我们最近提出的一些求解随机非线性演化方程的方法，如雅可比椭圆函数映射法、改良的映射法、改良的变系数投影Riccati映射法等用于研究各种随机Schr?dinger方程。加强对映射理论深入的研究并对映射理论进行创新，以期得到一些新的理论结果和应用。我们最近的研究表明，将映射方法和对称约化方法统一起来用于随机模型中，这方面有望取得较大的进展。
(3) 深入研究在白噪声条件下各类孤波结构的相互作用及其稳定性问题，进而讨论多值孤立波及其相关非线性动力学过程、动态演化特性和稳态演化的条件和能力，揭示出相关的物理意义和内在本质联系。
研究方案
本课题的开展是对以往研究工作的深入和创新，在对问题总体把握的基础上，我们采取以下步骤：
(1) 收集检索国内外相关文献资料，及时掌握与本项目相关的研究动态，掌握重要的研究方法。
(2) 发展映射理论，构造随机的光孤子传输的物理模型，将映射理论与对称约化方法相结合，借助白噪声理论和Wick积来研究随机的光孤子传输模型，构造出它们的各类孤子和类孤子结构；讨论激发这类相干模式的机理、背景及它们
的相互作用规律。
(3) 讨论在噪声环境下各类孤子和类孤子结构所蕴涵的物理本质及非线性动力学行为。对理论上得到的结果在计算机上给出仿真验证。在研究中广泛用计算机运行Maple和Mathematica软件进行代数符号运算，以提高研究效率。期待着能把得到一些理论结果用于实际的光孤子传输系统中，解决光孤通讯技术中遇到的一些实际问题。
年度研究计划
一、2007年1月－－2007年12月
(1) 深入了解与本项目相关的研究现状，掌握重要的研究方法。分析构造在噪声环境条件下，各种光孤子传输的物理模型，建立和发展适用于随机传输模型的研究方法。
(2) 以构造的具体的随机传输模型作为研究对象，借助于数学工具软件Maple和Mathematica，借助于白噪声理论，构造各类局域和非局域光孤子相干结构，重点放在新的光孤子和类光孤子特性的研究。
(3) 研究新的辅助微分方程的性质，发展映射理论提出新的映射方法用于随机光孤子传输模型的研究。
二、2008年1月－－2008年12月
(1) 根据找到的在噪声环境条件下的各类局域和非局域光孤子相干结构，用图形分析和解析分析，深入研究它们的稳定性问题、相互作用规律和它们所蕴涵的非线性动力学行为。
(2) 分析和研究由于噪声对光孤子传播及相互作用产生的影响，评估噪声对实际传输系统产生的不良影响，探讨减少噪声对光孤子传输的稳定性影响的方法。
(3) 在研究方法上，把映射理论和对称约化方法联系在一起，研究随机光孤子传输模型，寻找新的更适合光信号传输的新型孤子结构。
三、2009年1月－－2009年12月
(1) 探讨高阶色散条件下随机光孤子传输系统的稳定性问题、相互作用规律等非线性性质。
(2) 比较白噪声对不同阶色散条件下光孤子传输系统产生的不同影响，寻找他们之间存在的规律。
(3)深入研究它们可能的实际应用，并根据光通信技术的进展情况，适当调整研究计划。期待用我们的研究结果来解决光通信技术中碰到的一些技术难题。(4) 做好本项目的结题和鉴定工作，准备好后继研究工作申报材料，准备申报的国家自然科学基金和横向科研基金。
5、项目创新之处（学术意义）
孤子(Soliton)一词是近代数学和物理中的一个重要概念。1834年，英国科学家罗素(John Scott Russell)在Union运河上偶然观察到了一种奇妙的水波[1]。他认为这种孤立的波动是流体运动的一个稳定解，并称它为“孤波”。直到1895年，荷兰科学家考特维格(Korteweg)和他的博士生德伏瑞斯(de Vries)研究了浅水波的运动，提出了一个非线性演化的把KdV方程[2]，并用该方程的一个孤波解来解释罗素观察到的浅水波现象。后来研究发现孤波具有粒了的性质，于是把孤波形象地称为孤子。
进入二十世纪，人们逐渐建立了较为完整的数学和物理的孤立子理论，认识到其基础是各种非线性偏微分方程。从流体力学、等离子体、凝聚态物理、基本粒子理论直到天体物理，到处都发现有孤子存在的实验事实或物理机制，并得到
几种典型的孤波方程：Kortewe-de Vries (KdV)方程、Sine-Gordon (SG)方程和Nonlinear Schr?dinger (NLS)方程。
1960年激光出现，为超短光脉冲的产生和研究提供了物质条件。20世纪70年代以来，光通信领域的理论和实验研究进展迅速。1973年，A.Hasegawa 和F.Tappert[3]首先提出了“光孤子”的概念，并从理论上证明了任何无损光纤中的光脉冲在传输过程中自己能形变为孤子后稳定传输。1980年，美国贝尔实验室的F.Mollenaure等人[4]首先从实验中观测到了光纤中的亮孤子，A.Hasegawa他们的论断才得到实验的证实。1987年，Emplit等人[5]运用振幅和相位滤波技术观察到了暗孤子。随后Krokel等人[6,7]分别在实验中观察到了黑孤子和灰孤子。由于光孤子传输时不改变其波形、速度，于是提出用光纤中的孤子作传递信息的载体的新的光纤通信方案，即光纤孤子通信或简称孤子通信。1981年初，A.Hasegawa 和Y.Kodama[8]发表了单模光纤中用光孤子传输信号的文章，提出利用光放大补偿损耗，构成全光的孤子通讯系统。拉开了光孤子通信理论与实验研究的序幕。
随着人们对长距离、大容量光通信的迫切要求，对光孤子脉冲在光纤中的传输演化情况也越来越受到人们的关注。人们在对单模光纤传输模型（Nonlinear Schr?dinger）——非线性薛定谔方程和孤子传输模型——变系数非线性薛定谔方程（Nonlinear Schr?dinger with variable coefficient）非常关注，提出各种了各种方法，如AKNS的反散射变换法，行波变换法，广田(Hirota)直接法，Painlevé分析及B?cklund变换法，守恒定律法，直接积分法，Darboux变换法等方法对各类型的非线性薛定谔方程进行了解析及数值的研究，在零边界条件下和非零边界条件下取得了许多成果。
然而，目前对各种光孤子的传输模型——各类薛定谔方程的精确结果的研
究，主要局限于忽略外界对传输模型影响的理想条件下进行。事实上，在实际的通信系统中，都不可以免地存在着各种噪声，如：白噪声，高斯噪声等。光孤子的在实际传输过程中必须考虑噪声对信号的影响。哪么噪声对信号的传输会产生什么样的影响？在噪声环境下如何提高光孤子的传输的稳定性？如何尽可能地减少误码率，扩大信息的传输容量？这些都是光通信传输过程中必须解决的重要课题。在噪声环境下，研究光孤子的传输规律时，必须建立随机光孤子的传输模型。即，若考虑外界各种扰动对光孤子的传输模型影响时，必须用随机的薛定谔方程来描述其传输的规律。随机波（信号）是随机偏微分方程中的一个重要研究课题。目前对随机信号的分析方法常常采用随机过程的均值法、随机过程的均方值法、随机信号的方差法、随机过程的自相关函数法等一些近似的估算法来描述，但这些方法无法得到精确的解析结果，更无法了解随机信号的动态演化过程。另一种研究方法是对随机光孤子的传输模型采用数值模拟，但是数值模拟法是一种近似的方法，其精确度是由选用的相应算法决定。数值模拟结果的准确性和可靠性最终需要用随机光孤子的传输模型的精确的解析解来检验。如果我们能得到其精确的解析解，就能对其传输模型的特性有更好的理解，也有助于人们分析孤波的稳定性，了解光孤子间的相互作用机理。可见研究求解随机光孤子传输模型精确解的各种方法，获得光孤子传输模型的各种精确结果，不仅有重要的理论价值，而且有重大的实用价值。
1983年，M.Wadati[9]最先介绍和研究了随机偏微分的KdV方程，并在高斯噪声条件下，得到了精确的孤波解。M.Wadati还研究了在高斯白噪声条件下，KdV 方程有阻尼和无阻尼情况下的孤子的行为[10]。De Bouard, Debussche, Konotop, Printems等人对随机偏微分的KdV方程进行了广泛的研究[11]。1996年，Holden[12]
等给出了用白噪声泛函来研究Wick形式的随机偏微分方程。近年来，我国学者谢颖超[13]、韦才敏[14] 等人、陈勇[15]等人利用白噪声泛函分析法研究了多个Wick 类型的随机模型，取得了一批成果。但对随机的Schr?dinger方程精确结果的研究，目前还是属于空白。本研究项目重点研究随机光孤子传输模型，提出用一种新数学方法――计算效率更高、方法更简便、结果更丰富的方法，研究随机光孤子传输模型的其各类精确的解及相互作用机制，深入研究在噪声环境下光孤子的动力学过程、动态演化性、稳定性及稳态演化的条件和能力，这对完善光孤子的传输理论，提高光孤子传输过程的抗干扰能力和减少光通信传输中的误码率具有重要的理论价值和实用价值。为研制大容量，长距离、抗干扰的光孤子通信系统提供理论依据和解决方案。同时为随机信号的分析提供一种新的分析方法和手段。6、工作基础与工作条件
工作基础：
(1) 本课题成员在《Phys. Rev. D》、《Europhys. Lett.》、《J. Phys. Soc. Jpn.》、《Phys. Lett. A》、《Chaos, Solitons and Fractals》、《Chinese Phys.》、《Acta. Phys. Sin.》、《Comm. Theo. Phys.》等SCI核心刊物上已发表或待发表的与本项目相关的学术论文已达二十多篇。课题成员多人主持过或参加过省自然基金和学校重点课题的研究。
(2) 申请者正在浙江大学攻读硕士学位，已进入完成硕士论文阶段，可以保证申请人有扎实专业基础、能力和精力实施本课题研究。
(3) 本课题成员与北京大学、浙江大学、上海交通大学、北京交通大学、浙江工业大学、浙江师范大学、宁波大学的相关研究所或课题组有良好的合作关系，本项目将与他们进一步交流和合作，以更好地完成本课题的研究。
(4) 申请者已深入调研并了解与本课题相关的最新研究动态，已掌握与本课题相关的重要研究方法，做好了前期的科研工作，并有较好的工作积累。
工作条件：
(1) 本项目主要需要的用到计算机和相关的软件。本课题成员每人都已配置了高性能的计算机和相关的软件，完全能应对这项课题。
(2) 本单位图书馆已订购一定数量的相关学术杂志、图书资料，并购买了清华同方、万方二个国内学术期刊网，以及二个国外学术数据库，为本项目的实施提供了最新信息资料的保障。同时，本项目研究人员还可通过北京、上海、杭州等地的大学、图书馆查阅部分其他数据库的相关资料。
(3) 本课题成员家里、办公室的计算机都能上网，与国内外同行进行广泛学术交流。
7、预期研究结果及其利用研究结果的计划和今后发展的思路
(1) 本课题为基础理论研究，其成果主要以学术论文的形式来体现，预期在国内外有影响的核心刊物发表高质量的论文8－10篇，其中5－6篇在SCI或EI核心刊物上发表。
(2) 通过本课题的研究，希望能全面提高本课题组成员综合能力，有利于我校物理系教师理论物理专业水平的提高，实现以科研能力的提升促进教学水平的提高，教学水平的提高来推动科研能力的提升，实现教师的科研能力和教学水平良性循环。
(3) 寻找各种数学方法研究随机传输模型的其各类精确的解析解和相互作用机制，深入了解在噪声环境下光孤子的动力学过程、动态演化性、稳定性及稳态演化的条件和能力，更全面、更深刻地认识和理解光孤子传输特性及其相互作用。
期待着我们的研究结果能有助光孤子的传输理论进一步得到发展和完善；期待着我们给出的求解解析解的方法能成为分析随机信号的一种新的有效的分析方法和手段；期待着我们的研究结果能为研制大容量，长距离、抗干扰的光孤子通信系统解决一些实际的问题。以期在后续课题研究打下一个良好基础。努力争取横向基金和国家自然科学基金资助使该课题的后继研究工作继续。
8、参考文献
[1] Russell J S. Report on waves, in “14th meeting of the British Association Reports”, York, London: John Murry 1844, 311.
[2] Korteweg D J, de Vries G. On the chang of form of long wave advancing in a rectangular canal and on a
new-type of long stationary waves [J]. Phol.Mag, 1895, 39: 422.
[3] Hasegawa A, Tappet F. Transmission of stationary nonlinear optical pulses in dispersive dielectric fibers.I. anomalous dispersion [J], Appl Phys. Lett. 1973, 23(3): 142-144; Hasegawa A, Tappet F. Transmission of stationary nonlinear optical pulses in dispersive dielectric fibers.II. normal dispersion [J], Appl Phys. Lett. 1973,
23(4): 171-172.
[4] Mollenauer L F, Stolen R H, Gordon J P. Expermental observation of picosecond pulse narrowing and soliton in optical fibers [J], Phys. Rev. Lett. 1980, 45(13): 1095-1098.
[5] Emplit P, Hamaide J P, Reynaud F m, et al. Pisecond steps and dark pulses through nonlinear single mode fibers [J]. Opt. Commun. 1987, 62(6): 374-379.
[6] Krokel D, Halas N J, Giuliani G, et al. Dark-pulse propagation in optical fibers [J]. Phys. Rev. Lett. 1988, 60(1): 29-32.
[7] Weiner A M, Heritage J P, Hawkins R J,et al. Experimental observation of the fundamental dark soliton in optical fibers [J]. Phys. Rev. Lett. 1988, 61: 2445-2448.
[8] Hasegawa A, Kodama Y. Signal transmission by optical soliotns in monomode fiber [J]. Proc. IEEE, 1981, 69: 1145.
[9] Wadati M,StochasticKorteweg-de Vries Equation [J]. J. Phys. Soc. Jpn. 1983, 52: 2642-2648
[10] Wadati M, Akutsu Y, Stochastic Korteweg-de Vries Equation with and without Damping [J]. J. Phys. Soc. Jpn. 1984, 53: 3342-3350
[11] de Bouard A, Debussche A, On the StochasticKorteweg-de Vries Equation [J]. J. Funct. Anal. 1998, 154: 215-251; Debussche A, Printems J, Effect of a localized random forcing term on the Korteweg-de Vries Equation J. Comput. Anal. Appl. 2001,3(3), 183-205; Konotop VV, Vzquez L, Nonlinear random waves[M], World Scientific ,Sigapore, 1994;Printems J, The StochasticKorteweg-de Vries Equation in L2(R) [J], J. Different Eqs. 1999, 153, 338-373.
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[13] Xie YC. Exact solutions for stochastic KdV equations [J], Phys Lett A 2003, 10: 161-167; Xie YC. Exact solutions for Wick-type stochastic coupled KdV equations [J], Phys Lett A 2004;327:174-179; Xie YC. Exact solutions for stochastic mKdV equations [J], Chaos, Solitons and Fractals 2004, 19: 509-513; Xie YC. Positonic
solutions for Wick-type stochastic KdV equations [J], Chaos, Solitons and Fractals 2004, 20:337-342.
[14] Wei C M, Xia Z Q. Exact soliton-like solutions for stochastic combined Burgers-KdV equation [J], Chaos, Solitons and Fractals 2005, 26:339-336; Wei C M, Xia Z Q, Tian N S. Jacobian elliptic function expansion solutions of nonlinear stochastic equation [J], Chaos, Solitons and Fractals 2005, 26:551-558; 韦才敏，夏尊铨，田乃硕．广义随机KdV方程新的精确类孤子解[M]，物理学报，2005,54,2463－2467．[15]Chen Y, Wang Q, Li B. The stochastic soliton-like solutions of stochastic KdV equations [J], Chaos, Solitons and Fractals 2005, 23:1465-1473.
锁相环路相位噪声分析 张文军 电信0802 【摘要】本文对锁相电路的相位噪声进行了论述，并对其中各组成部件的相位噪声也做了较为详细的分析。文中最后提出了改进锁相环相位噪声的办法。 【关键词】锁相环；相位噪声；分析 引言 相位噪声是一项非常重要的性能指标，它对电子设备和电子系统的影响很大，从频域看它分布的载波信号两旁按幂律谱分布。用这种信号无论做发射激励信号，还是接收机本振信号以及各种频率基准，这些信号在解调过程中都会和信号一样出现在解调终端，引起基带信噪比下降。在通信系统中使环路信噪比下将，误码率增加；在雷达系统中影响目标的分辨能力，即改善因子。接收机本振的相位噪声遇到强干扰信号时，会产生“倒混频”，使接收机有效噪声系数增加。随着电子技术的发展，对频率源的信号噪声要求越来越严格，因此低相位噪声在物理、天文、无线电通信、雷达、航空、航天以及精密计量、仪器仪表等各种领域里都受到重视。 1 相位噪声概述 相位噪声 ，就是指在系统内各种噪声作用下所表现的相位随机起伏，相位的随机 起伏起必然引起频率随机起伏，这种起伏速度较快，所以又称之为短期频率稳定度。 理想情况下，合成器的输出信号在频域中为根单一的谱线，而实际上任何信号的频谱都不可能绝对纯净，总会受到噪声的调制产生调制边带。由于相位噪声的存在，使波形发生畸变。在频域中其输出信号的谱线就不再是一条单根的谱线，而是以调制边带的形式连续地分布在载波的两边，在主谱两边出现了一些附加的频谱，从而导致频谱的扩展，相位噪声的边带是双边 的，是以0f 为中心对称的，但为了研究方便，一般只取一个边带。其定义为偏离载频1Hz 带宽内单边带相位噪声的功率与载频信号功率之比，它是偏离 载频的复氏频率m f 的函 数 ，记为 () m f ζ，单位为d B c ／ Hz ，即 ()010lg[/](1) m SSB f P P ζ= 式中SSB P 为偏离载频m f 处，1Hz 带宽内单边带噪声功率；0P 为载波信号功率。
1.锁相环的基本原理和模型 在并网逆变器系统中，控制器的信号需要与电网电压的信号同步，锁相环通过检测电网电压相位与输出信号相位之差，并形成反馈控制系统来消除误差，达到跟踪电网电压相位和频率的目的。一个基本的锁相环结构如图1-1所示，主要包括鉴相器，环路滤波器，压控振荡器三个部分。 图1-1 基本锁相环结构 鉴相器的主要功能是实现锁相环输出与输入的相位差检测；环路滤波器的主要作用应该是建立输入与输出的动态响应特性，滤波作用是其次；压控振荡器所产生的所需要频率和相位信息。 PLL 的每个部分都是非线性的，但是这样不便于分析设计。因此可以用近似的线性特性来表示PLL 的控制模型。 鉴相器传递函数为：)(Xo Xi Kd Vd -= 压控振荡器可以等效为一个积分环节，因此其传递函数为：S Ko 由于可以采用各种类型不同的滤波器（下文将会讲述），这里仅用)(s F 来表示滤波器的传递函数。 综合以上各个传递函数，我们可以得到，PLL 的开环传递函数，闭环传递函数和误差传递函数分别如下： S s F K K s G d o op )()(=，)()()(s F K K S s F K K s G d o d o cl +=，) ()(s F K K S S s H d o += 上述基本的传递函数就是PLL 设计和分析的基础。 2.鉴相器的实现方法 鉴相器的目的是要尽可能的得到准确的相位误差信息。可以使用线电压的过零检测实现，但是由于在电压畸变的情况下，相位信息可能受到严重影响，因此需要进行额外的信号处理，同时要检测出相位信息，至少需要一个周波的时间，动态响应性能可能受到影响。 一般也可以使用乘法鉴相器。通过将压控振荡器的输出与输入相乘，并经过一定的处理得到相位误差信息。 在实际的并网逆变器应用中还可以在在同步旋转坐标系下进行设计，其基本的目的也是要得的相差的数值。同步旋转坐标系下的控制框图和上图类似，在实际使用中，由于pq 理论在电网电压不平衡或者发生畸变使得性能较差，因而较多的使用dq 变换，将采样得到的三相交流电压信号进行变化后与给定的直流参考电压进行比较。上述两种方法都使用了近似，利用在小角度时正弦函数值约等于其角度，因而会带来误差，这个误差是人为近似导致的误差，与我们要得到的相位误差不是一个概念，最终的我们得到相位误差是要形成压控振荡器的输入信号，在次激励下获得我们所需要的频率和相位信息。 2.1乘法鉴相器
噪声环境下的光孤子传输模型的孤子特性及相互作用的研究 1、项目名称：噪声环境下的光孤子传输模型的孤子特性及相互作用的研究 2、研究工作对浙江经济、社会和科技发展的意义 浙江是光学、光电子技术与产业最具有生机和活力的地区之一，也是国际光电子产业投资的热点地区之一。在国内各光电产业基地“十五”发展目标中，浙江定为于全国的“光电产业发展基地”，计划投入19亿元建设和发展10个光电产业园区，重点投资光纤与光通讯技术领域。由于用光进行通讯能实现大容量信息传输，它将是21世纪网络信息时代的主力军。 光脉冲在实际传输过程中，不可避免地存在着噪声的干扰。在噪声环境下，如何保持超短光脉冲在光纤的传输过程中不发生或尽可能小的发生畸变，以有效利用光纤带宽，实现尽可能高的传输容量、长距离的传输，是光通信技术研究的一个重要课题。实验研究表明用飞秒级（10－15s）光孤子代替超短光脉冲在光纤中实现长距离、大容量、无畸变传输的解决方案是完全可行的，许多科学家预言它将是未来光通讯技术发展的方向。在通信理论里，常用白噪声来描述通讯时存在的噪声，因此，研究光脉冲以孤波形式在白噪声环境下传输的特性及其相关的物理问题既有重要的理论意义也有重大的应用潜力，开展对噪声环境下有光孤子传输模型——随机的非线性薛定谔方程的研究既有重要的理论价值又有重大的实际应用价值。 孤波或孤子同时被认为是非线性科学和物理学中的一个重要的研究领域。2003年诺贝尔物理学奖获得者俄罗斯的京茨堡教授曾说过孤子理论是21世纪重大的物理研究问题之一。
本课题研究方向是光信息传输及通讯、非线性光学、孤子理论、计算物理等交叉学科领域的理论。对其基础理论的研究，一方面能推动和促进用光孤子代替超短光脉冲在光纤中实现长距离、大容量、无畸变传输技术的发展提供理论根据和解决方案；另一方面又能促进和带动光信息传输及通讯、非线性光学、计算物理等学科基础理论的发展。信息传输基础理论的研究也是2006年度的省自然科学基金重点资助的方向之一。 3、本项目研究目标及与申请者研究工作长期目标的关系； 本项目的研究工作具有双重目的。首先从理论的角度探讨在噪声环境下光孤子传输模型的孤波解，并由此揭示出一些客观事实，期待为孤子通信实验提供一定的理论指导。这些孤波解有助于我们更好地理解光纤中超短光脉冲的传输特性和他们之间的相互作用机制，进而为光孤子通信技术实用化提供一些理论基础和解决方案；同时，它们还可以作为传输模型的种子解而构造出更多的孤波解。我们希望这些解对孤子传输模型的微扰和数值分析也有所帮助。其次，我们将最近提出的一些求解非线性演化方程的新方法，把他们推广到随机的传输模型中，拓展这些方法的应用范围。同时，为将来深入研究随机模型的孤子理论打一个坚实的基础。 本项目的研究也利于全面提高本课题组成员综合能力，有利于我校物理系教师理论物理专业水平的提高，实现以科研能力的提升促进教学水平的提高，教学水平的提高来推动科研能力的提升，实现教师的科研能力和教学水平良性循环。 4、项目研究内容，研究方案和进度安排 项目研究内容
锁相环相位噪声与环路带宽的关系分析 2009-09-09 15:13:17 作者：李仲秋曾全胜来源：现代电子技术 关键字：电荷泵锁相环相位噪声功率谱密度环路带宽 0 引言 电荷泵锁相环是闭环系统，系统各个部分都是一个噪声源，各部分噪声的大小不仅与电路本身有关，而且还与环路带宽等因素有关。因此，设计时必须分析其各频率范围内噪声源影响力的大小，权衡确定环路带宽与各噪声源的相互制约关系。以下利用锁相环的等效噪声模型，重点分析电荷泵锁相环系统的相位噪声特性，得出系统噪声特性的分布特点以及与环路带宽的关系。 1 电荷泵锁相环的基本原理 图1为电荷泵锁相环的示意图，主要由鉴相鉴频器(PFD)、电荷泵、滤波器、压控振荡器(VCO)、分频器等5部分组成，鉴相鉴频器主要用来检测输入信号x(t)与反馈信号xf(t)的频率、相位误差，并产生UP，DOWN信号控制电荷泵的开关。电荷泵由两个对称的电流源和开关组成。电荷泵的开关会对滤波器上的电容充放电，电流经过滤波器滤波后滤掉高频信号，在滤波器上产生能调整压控振荡器频率和相位的电压v(t)。当v(t)上的电压被调整为一个合适的电压值时，xi(t)的频率和相位与x(t)的一致，系统最终处于平衡状态，从而实现对输入信号的跟踪。
2 电荷泵锁相环的噪声模型与相位噪声特性分析 电荷泵锁相环的环路等效噪声模型可以用锁相环各子模块附加噪声源表示。图2给出了带有无源滤波器锁相环噪声源模的型。设fm为距离调制频率的偏移量，该图中主分频器、参考时钟分频器的均方噪声功率谱密度分别被表示为ψd(fm)和ψrcf(fm)；鉴相鉴频器的相位噪声被表示为ψpd(fm)；晶体振荡器的相位噪声被表示为ψx(fm)；相位噪声源的单位是电荷泵的噪声被等价为电流源inp(fm)(单位： )； 滤波器的噪声被等价为电压源Vnf(fm)(单位： 的自由振荡噪声被表示为 环路输出信号的均方噪声功率谱密度被表示为它是闭环情况下所有噪声源影响的总和。输出相位噪声功率谱密度可以表示为： 式中：ψo lp2(fm)为具有低通传输函数的噪声源功率谱密度；ψohp2(fm)为具有高通传输函数的噪声源功率谱密度。 在图2所示的噪声源等效模型中，ψd(fm)，ψref(fm)，ψpd(fm)，ψx(fm)和inp(fm)具有低通传输特性，其传输函数可以表示为： 式中：G(s)和H(s)分别为环路的开环增益函数和闭环增益函数。归一化的电荷泵相位噪声inp(fm)／Kpd和晶体振荡器噪声ψx(fm)／R对ψo lp(fm)的影响也可以用式(2)来表示。当用j2πfm代替s时，ψo2(fm)中具有低通传输函数噪声源功率谱密度的噪声分量ψo lp2 (fm)可以表示为：
The Research of Noise in The PLL LU Shiqiang , YANG Guoyu ( School of the Microwave engineering ,UESTC ChengDu 610054 China ) Absract This articles introducs the basic concepts and the phase noise in phase-locked loops (PLLs). It focus on a detailed examination of two critical specifications associated with PLLs : phase noise and reference spurs. What causes them and how can they be minimized? Also it inculdes an example . Key words ：PLL ; Phase Noise ; Oscillator 1 . The Basic Theory of the PLL A phase-locked loop is a feedback system combining a voltage controlled oscillator and a phase comparator so connected that the oscillator maintains a constant phase angle relative to a reference signal. Phase-locked loops can be used, for example, to generate stable output frequency signals from a fixed low-frequency signal . The phase locked loop can be analyzed in general as a negative feedback system with a forward gain term and a feedback term. .A simple block diagram of a voltage-based negative-feedback system is shown in Figure 1. Figure 1. Standard negative-feedback control system model In a phase-locked loop, the error signal from the phase comparator is proportional to the relative phase of the input and feedback signals. The average output of the phase detector will be constant when the input and feedback signals are the same frequency. The usual equations for a negative-feedback system apply. Forward Gain = G(s), [s = jw = j2pif] Loop Gain = G(s) H(s) Closed Loop Gain = G(s)/[1+G(s)H(s)] Because of the integration in the loop, at low frequencies the steady state gain, G(s) is very high and VO/VI, Closed-Loop Gain =1/ H and Fo=NF REF. . The components of a PLL that contribute to the loop gain include : 1. The phase detector (PD) and charge pump (CP). 2. The loop filter, with a transfer function of Z(s) 3. The voltage-controlled oscillator (VCO), with a sensitivity of KV /s 4. The feedback divider, 1/N
锁相环的组成和工作原理 时间：2011-11-23 来源：作者： 关键字：锁相环工作原理 1．锁相环的基本组成 许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。 锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL）。锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。 因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。 锁相环通常由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成，锁相环组成的原理框图如图8-4-1所示。锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成uD（t）电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压uC（t），对振荡器输出信号的频率实施控制。 2．锁相环的工作原理 锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组成，利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图8-4-2所示。 鉴相器的工作原理是：设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为： 式中的ω0为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率，称为电路的固有振荡角频率。则模拟乘法器的输出电压uD为： 用低通滤波器LF将上式中的和频分量滤掉，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压uC（t）。即uC（t）为：
式中的ωi为输入信号的瞬时振荡角频率，θi（t）和θO（t）分别为输入信号和输出信号的瞬时位相，根据相量的关系可得瞬时频率和瞬时位相的关系为： 上式等于零，说明锁相环进入相位锁定的状态，此时输出和输入信号的频率和相位保持恒定不变的状态，uc（t）为恒定值。当上式不等于零时，说明锁相环的相位还未锁定，输入信号和输出信号的频率不等，uc（t）随时间而变。 因压控振荡器的压控特性如图8-4-3所示，该特性说明压控振荡器的振荡频率ωu以ω0为中心，随输入信号电压uc（t）的变化而变化。该特性的表达式 上式说明当uc（t）随时间而变时，压控振荡器的振荡频率ωu也随时间而变，锁相环进入“频率牵引”，自动跟踪捕捉输入信号的频率，使锁相环进入锁定的状态，并保持ω0=ωi的状态不变。 8．4．2锁相环的应用 1．锁相环在调制和解调中的应用 （1）调制和解调的概念 为了实现信息的远距离传输，在发信端通常采用调制的方法对信号进行调制，收信端接收到信号后必须进行解调才能恢复原信号。 所谓的调制就是用携带信息的输入信号ui来控制载波信号uC的参数，使载波信号的某一个参数随输入信号的变化而变化。载波信号的参数有幅度、频率和位相，所以，调制有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）三种。 调幅波的特点是频率与载波信号的频率相等，幅度随输入信号幅度的变化而变化；调频波的特点是幅度与载波信号的幅度相等，频率随输入信号幅度的变化而变化；调相波的特点是幅度与载波信号的幅度相等，相位随输入信号幅度的变化而变化。调幅波和调频波的示意图如图8-4-4所示。
2012年第08期，第45卷 通 信 技 术 Vol.45，No.08,2012 总第248期 Communications Technology No.248,Totally 光孤子通信系统的仿真﹡ 杨慧敏 （菏泽学院 物理系，山东 菏泽 274015） 【摘 要】光孤子通信技术充分利用了光纤中色散参数和非线性效应的相互作用，可以使光脉冲在光纤中无畸变的进行传输，不受外界条件的影响，从而可以实现脉冲的超长距离传输。利用OptiSystem提供的强大的工具箱，模拟了光孤子通信系统的模型。并在给定的参数下，实现了系统的仿真，证实了仿真模型的可行性和正确性，为将来在此基础上实现改进的光孤子通信系统提供了有力的实验依据。 【关键词】光孤子；通信系统；仿真 【中图分类号】TN929.11 【文献标识码】A 【文章编号】1002-0802(2012)08-0022-02 Simulations on Optical Soliton Communication System YANG Hui-min （Department of Physics, Heze University, Heze Shandong 274015, China） 【Abstract】Optical soliton communication technology, with full use of the interaction between dispersion and nonlinear in the fiber, could implement optical pulse transmission without any distortion and free from outside influence, and thus realize long-distance transmission of the optical pulse. Optical soliton communication system is modelled with the strong kit provided by OptiSystem. Based on the given parameters, the system simulation is implemented, and this simulation indicates that this simulation model is accurate and feasible, and could also provide a powerful experimental basis for the future implementation of the improved optical soliton communication systems. 【Key word】optical soliton; communication system; simulation 0 引言 OptiSystem 是一款创新的光通信系统仿真设计软件，它能使用户在从长距离通信到LANS 和MANS的光网络传输层上进行设计、测试和优化等各种功能[1-2]。 OptiSystem具有强大的模拟仿真环境和真实的器件和系统的分级定义。它的器件库中包括的模型超过200种，它的性能可以通过完整的仿真界面和附加的用户级器件库进行扩展实现。OptiSystem系统里全面的图形用户级界面可以提供光子器件模型、设计和演示；无源和有源的器件库可以提供实际波长的相关参数；参数优化和参数扫描可以让用户研究特定器件的参数对系统性能造成的其他影响，为模拟现实的光通信器件光通信系统提供了条件，而逐渐成为光通信领域仿真实验中广泛使用的工具[3-5]。 1 光孤子通信系统 光脉冲在光纤中传输时，群速速度色散系数(GVD)会使脉冲在传输过程中不断展宽，而非线性系数会使脉冲压缩。这两种因素之间具有一定的关系，当色散的作用和非线性的作用相互平衡时，脉冲展宽和压缩的现象就会抵消，从而产生一种新的光脉冲，这种光脉冲在光纤中可以无畸变的传输，是孤立的，不受外界条件的影响，称为光孤子[6]。光孤子可以在传输过程中一直保持形状变，从而可以实现脉冲的超长距离传输。据有关文献报道[7-8]，孤子传输的最高实验速率可达160 Gbit/s。美国和日本利用太平洋海底光缆构建了光孤子传输的实用系统，未来光孤子通信的主要应用领域将会是在越洋长距离传输方面[9]。 收稿日期：2012-04-22。 ﹡基金项目：菏泽学院科学研究基金资助项目(No.XY10XX01)。作作作作：杨慧敏（1984-），女，助教，硕士，主要研究方向为光通信与光器件。 22
ADI官网下载了个资料，对于PLL学习和设计来说都非常实用的好资料，转发过来，希望对大家有帮助（原文链接 https://www.doczj.com/doc/3918130361.html,/zh/content/cast_faq_PLL/fca.html#faq_pll_01） ?参考晶振有哪些要求？我该如何选择参考源？ ?请详细解释一下控制时序，电平及要求？ ?控制多片PLL芯片时，串行控制线是否可以复用？ ?请简要介绍一下环路滤波器参数的设置？ ?环路滤波器采用有源滤波器还是无源滤波器？ ?PLL对于VCO有什么要求？以及如何设计VCO输出功率分配器？ ?如何设置电荷泵的极性？ ?锁定指示电路如何设计？ ?PLL对射频输入信号有什么要求？ ?PLL芯片对电源的要求有哪些？ ?内部集成了VCO的ADF4360-x，其VCO中心频率如何设定？ ?锁相环输出的谐波？ ?锁相环系统的相位噪声来源有哪些？减小相位噪声的措施有哪些？ ?为何我测出的相位噪声性能低于ADISimPLL仿真预期值？ ?锁相环锁定时间取决于哪些因素？如何加速锁定？ ?为何我的锁相环在做高低温试验的时候，出现频率失锁？ ?非跳频（单频）应用中，最高的鉴相频率有什么限制？ ?频繁地开关锁相环芯片的电源会对锁相环有何影响？ ?您能控制PLL芯片了么？，R分频和N分频配置好了么？
?您的晶振输出功率有多大？VCO的输出功率有多大？ ?您的PFD鉴相极性是正还是负？ ?您的VCO输出频率是在哪一点？最低频率？最高频率？还是中间的某一点？VCO 的控制电压有多大？ ?您的PLL环路带宽和相位裕度有多大？ ?评价PLL频率合成器噪声性能的依据是什么？ ?小数分频的锁相环杂散的分布规律是什么？ ?到底用小数分频好还是整数分频好？ ?ADI提供的锁相环仿真工具ADISimPLL支持哪些芯片，有什么优点？ ?分频–获得高精度时钟参考源？ ?PLL，VCO闭环调制，短程无线发射芯片？ ?PLL，VCO开环调制？ ?时钟净化----时钟抖动（jitter）更小？ ?时钟恢复（Clock Recovery）？ 问题：参考晶振有哪些要求？我该如何选择参考源？ 答案：波形：可以使正弦波，也可以为方波。 功率：满足参考输入灵敏度的要求。
?综合评述? 非局域空间光孤子的理论研究进展(1)—弱非局域篇 任占梅 (华南师范大学物理与电信工程学院,广州510631) 提要:本系列论文对非局域空间光孤子的理论研究进展进行了综述。弱非局域篇讨论在弱非局域程度条件下空间光孤子的传输特性。 关键词:非局域非线性薛定谔方程;空间光孤子;弱非局域中图分类号:TN 248.1 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2005)03-0001-03 Progress of theoretical research on nonlocal spatial optical solitons(1)-w eak nonlocality RE N Zhai -mei (School of Physics and T elecom Engineering ,S outh China N ormal University ,G uangzhou 510631) Abstract :In this series papers we review the progress of the theoretical research on nonlocal spatial optical s olitons ,and the first one em phases on the proper 2ties of the nonlocal spatial optical s olitons under the weak nonlocality. K ey w ords :nonlocal nonlinear Schrodinger equations ;spatial optical s olitons ;weak nonlocality 收稿日期:2004-04-051 引言 空间光束(beam )在介质中传输时,会由于衍射效应而发散;另一方面,光场自感应非线性折射率会对光束产生聚焦作用。空间光孤子(optical spatial s olitons )〔1〕 是由于衍射效应与非线性效应达到平衡时,光束在没有边界的介质环境中形成的一种自陷(self -trapping )或自导(self -guiding )的稳定传输状态。空间光孤子具有平面波波前,因而会保持其横剖面大小不变地稳定传输。“空间光孤子”又简称为“空间孤子”。在不与“时间(脉冲)光孤子”一词混淆的前提下,有时也将”空间光孤子”简称为”光孤子”或直接称”孤子”。本文中,如无特别说明,“孤子”,“光孤子”或“空间孤子”均指“空间光孤子”。空间光孤子的研究不仅可以使我们扩展对基本物理现象的理解,而且更重要的是空间光孤子本身在光子(全光)信息处理(全光空间调制和图象处理,全光开关,全光互连,以及全光逻辑光路等)方面有广泛的应用。光子信息处理技术是实现高速率、大容量全光网络和光计算机中必不可少的关键单元技术。随着数字化、信息化社会的来临,高速率、大容 量信息网络体系的发展将是国家信息基础设施的核心内容, 如此宽带网络中的信息载体非光莫属,就是说,未来的信息 网络必定是全光网络。全光网络不仅是国家信息基础设施的核心,也是全球信息一体化的基础。光计算是大规模并行 计算的首选方案,是新一代计算机的发展方向。由于全光网 络和光计算机的关键是全光控制技术,而空间光孤子是各种实现全光控制技术的基础原理之一,因此,对空间光孤子特 性的全面研究和彻底掌握,显然具有非常重要的学术价值、实用价值和战略意义。 空间光孤子的种类繁多,内容极为丰富〔1〕 。根据材料对光场效应的不同非线性机理,可将空间光孤子分为克尔(K err )或克尔类(K err -like )孤子,二次孤子(quadratic s oli 2tons ),光折变孤子(photorefractive s olitons )等等。除了根据不 同材料对空间光孤子进行分类,还可以其表现方式进行分 类,这样的分类方法不直接与具体的材料发生联系.根据后 一分类法,可将空间光孤子分为相干孤子(coherent s olitons ), 不相干孤子(in -coherent s olitons ),离散孤子(discrete s olitons ),多分量矢量孤子(multi -component vector s olitons ),腔孤子 (cavity s olitons ),非局域孤子(nonlocal s olitons ),时空孤了(spa 2tio -temporal s olitons )等类别。 近年来,非局域空间光孤子一空间非局域非线性介质中 的空间光孤子〔2,3〕———引起了人们的广泛关注.理论 〔2,4-14〕和实验〔15-21〕上均取得了相当进展。空间非局域非线性介质 中光束的传输行为由非局域非线性薛定谔方程(nonlocal non 2 linear Schrodinger equation ,NN LSE )(非线性项是空间响应函数 和光强的卷积)唯象地描述〔2,6,9〕。所谓空间非局域非线性 介质,是指介质对光场的非线性响应,不仅与该点的光场有 关而且与空间中其他点的光场有关,材料的空间非局域性起 源于物质内对光场响应的单元(电子、分子或激子等,材料中 对光场响应的不同单元对应于不同的非线性机理〔 23〕)的空间相关性。如果材料的这种相关性为零,则这种材料是局域 性材料。局域非线性介质中传输的空间光孤子是局域孤子。1997年以前讨论的空间孤子,都是局域孤子(克尔介质中存 在的空间孤子,即克尔孤子,由非线性薛定谔方程描述)或者弱局域孤子(比如,光折变孤子)。 1997年国际著名导波光学专家A.W.Snyder (经典著作《Optical Waveguide Theory 》一书作者)和其同事D.J.Mitchell 发 表在Science 的文章〔2〕 正式揭开了非局域空间光孤子研究的序幕。Snyder 和Mitchell 在强非局域条件下,将非局域非线性薛定谔方程近似为线性模型,发现存在空间孤子解。Snyder 和Mitchell 称此空间孤子为“线性孤子”(accessible s olitons )〔1〕。 将非线性问题转化为线性问题处理,是一创举。对此,著名非线性光学专家沈元壤博士给予了高度评价。在同期Sci 2 ence 上发表的评论文章〔3〕中,他将Snyder 和Mitchell 提出的 模型称为Snyder -Mitchell 模型,并认为该模型是“无价的(in 2valuable )”。在该评论文章的最后,沈元壤博士写道:“Snyder 和Mitchell 的工作会引起新一轮的光孤子研究热潮”〔2〕。 虽然严格而言,光折变孤子也应该划分到非局域孤子的范畴,但由于已经由两篇综述性文章〔1,22〕 详细讨论了光折变 孤子,本文将不包括此内容.本文的内容仅限于Snyder -Mitchell 模型提出后的工作,并且重点讨论唯象理论的研究 进展。对于具体不同的材料而言,光与物质相互作用所引发 的光场自感应非线性折射率机理是不相同的〔23〕 ,因而需要讨论不同的具体模型。2 光束在非线性非局域介质中传输的一般描述及其分类 非局域立方非线性介质中传输的傍轴光束满足非局域非线性薛定谔方程(NN LSE )〔 2,6,9〕 i 9ψ9z +μΔ┴ψ+ρψ∫ +∞ -∞R (x -x ′)|ψ(x ′,z )|2d D x ′=0(1)其中ψ(x ,z )是旁轴光束,μ=1/2k ,ρ=k η,η是介质常数(η>0,η<0分别表示聚焦或散焦介质),k 是不考虑非线性效应时介质中的波数(即k =ωn 0/c ,n 0是介质的线性折射率),z 为径向坐标(光束的传输轴),x 和x ′,代表D 维(D =1或2)横向空间坐标矢量,d D x ′,是x ′,点的D 维积分体积元,Δ┴是D 维的横向拉普拉斯算符。上式中,R 是介质的非线性对称实响应函数,满足归一化条件。非局域程度是一个相对的概念.根据光束函数ψ的宽度(光束束宽)与介质非线性响应函数R 的宽度(材料的非线性相关长度)的相对大小,可将非局域程度分为四类〔9,10〕:局域(local )类,弱非局域(weakly nonlocal )类,一般性非局域(gener 2al nonlocal )类,强非局域(strongly nonlocal )类。对于响应函数是δ函数的极限情况(R (x )=δ(x )),非局域程度是局域的〔如图1(a )所示〕;弱非局域程度对应于材料的非线性相关长度远远小于光束束宽的情形〔如图1(b )所示〕;与之相反,强非局域程度要求在介质里传输的光束之束宽远远小于介质的非线性相关长度〔如图1(d )所示〕。除(a ),(b )和(d )以外的其他情形是一般性非局域程度。 一般情况下,方程(1)是一个微分-积分方程,难以找到 1 《激光杂志》2005年第26卷第3期 LASER JOURNA L (V ol.26.N o.3.2005)
相位噪声基础及测试原理和方法 相位噪声指标对于当前的射频微波系统、移动通信系统、雷达系统等电子系统影响非常明显，将直接影响系统指标的优劣。该项指标对于系统的研发、设计均具有指导意义。相位噪声指标的测试手段很多，如何能够精准的测量该指标是射频微波领域的一项重要任务。随着当前接收机相位噪声指标越来越高，相应的测试技术和测试手段也有了很大的进步。同时，与相位噪声测试相关的其他测试需求也越来越多，如何准确的进行这些指标的测试也愈发重要。 1、引言 随着电子技术的发展，器件的噪声系数越来越低，放大器的动态范围也越来越大，增益也大有提高，使得电路系统的灵敏度和选择性以及线性度等主要技术指标都得到较好的解决。同时，随着技术的不断提高，对电路系统又提出了更高的要求，这就要求电路系统必须具有较低的相位噪声，在现代技术中，相位噪声已成为限制电路系统的主要因素。低相位噪声对于提高电路系统性能起到重要作用。 相位噪声好坏对通讯系统有很大影响，尤其现代通讯系统中状态很多，频道又很密集，并且不断的变换，所以对相位噪声的要求也愈来愈高。如果本振信号的相位噪声较差，会增加通信中的误码率，影响载频跟踪精度。相位噪声不好，不仅增加误码率、影响载频跟踪精度，还影响通信接收机信道内、外性能测量，相位噪声对邻近频道选择性有影响。如果要求接收机选择性越高，则相位噪声就必须更好，要求接收机灵敏度越高，相位噪声也必须更好。 总之，对于现代通信的各种接收机，相位噪声指标尤为重要，对于该指标的精准测试要求也越来越高，相应的技术手段要求也越来越高。 2、相位噪声基础 2.1、什么是相位噪声 相位噪声是振荡器在短时间内频率稳定度的度量参数。它来源于振荡器输出信号由噪声引起的相位、频率的变化。频率稳定度分为两个方面：长期稳定度和短期稳定度，其中，短期稳定度在时域内用艾伦方差来表示，在频域内用相位噪声来表示。 2.2、相位噪声的定义
光孤子原理与技术 徐 登 学号：050769 摘要： 光纤通信问世以来，一直向着两个目标不断发展。一是延长中继距离，二是提高传输速率。光纤的吸收和散射导致光信号衰减，光纤的色散使光脉冲发生畸变，导致误码率增高，限制通信距离。低损耗光纤的研制、掺铒光纤放大器（EDFA ）的应用似乎已经解决了中继距离的问题。那么如何解决光纤传输问题呢？ 密集波分复用（DWDM ）技术已成功地应用于光通信系统，极大地增加了光纤中可传输信息的容量。随着波分复用信道数的增加，光纤中功率密度也大幅增加。单通道速率的提高，光纤的非线性效应成为限制系统性能的主要因素。这时，非线性效应的限制的解决成为关键问题。 光孤子的传输能解决上述问题。 本文主要论述了光孤子形成的基本理论，光孤子现象就是利用随光强而变化的自相位调制特性来补偿光纤中的群速度色散，从而使光脉冲波形在传输过程中维持不变，这样的脉冲就成为光孤子。 关键词：光孤子；GVD ；SPM ； 1 光孤子形成原理 1.1 非线性薛定谔方程NLSE 光在非线性介质中的传播是用非线性薛定谔方程描述的，其推导出发点是麦克斯维波动方程： 22 020E D t μ??-=? 1-1 光纤纤芯的折射率可写为： 202()()n n i n E ωχω=++ 1-2 其中电场可表示为 00(,)(,)(,)exp[()]E r t A z t F x y i t z ωβ=-- 1-3 F （x ，y ）为光电场在截面上的分布函数，并满足下式： 222()0t k F β?+-= 1-4 A(z ，t)能直接描述光波沿光轴方向的传播特性，故其成为主要研究对象。将1-2～1-4带入1-1中，然后经过代换简化，可得非线性薛定谔方程（NLSE ）：
锁相环输出信号相位噪声噪声及杂散特性分析应用实践 【摘要】本文详细地介绍了锁相环的鉴频鉴相器、分频器和输入参考信号的相位噪声对锁相环合成输出信号的近端相位噪声的具体贡献值。并以CDMA 1X基站系统中800MHz的FS 单板的锁相环输出信号相位噪声指标进行理论计算。为广大锁相环设计者提供理论计算方法的参考和实践设计的参考依据。 【关键词】锁相环设计，相位噪声 一、术语和缩略语 表格 1 术语和缩略语 二、问题的提出 锁相环工作原理图，由三部分组成：鉴相器（PFD）、环路滤波器（LPF）和压控晶体振荡器（VCXO），如图0-1所示。 图0-1锁相环原理框图 锁相环输出信号指标主要有相位噪声、谐波抑制、杂散、输出功率、跳频时间。在本文中以CDMA1X基站系统中800MHz的FS单板应用为背景，在CDMA基站中不需要跳频，所以调频时间基本不做要求。输出功率比较好控制，只要调整衰减网络就能保证。锁相环输出信号的相位噪声、谐波抑制和杂散成为影响系统指标的主要因素，成为锁相环技术的关键指标项。在锁相环设计中，相位噪声和杂散成为系统设计主要难点。 三、解决思路 相位噪声分析 相位噪声主要由VCO、鉴频鉴相器、分频器和输入参考信号的相位噪声这四部分引入。环路滤波器对于由鉴频鉴相器、分频器和输入参考信号的相位噪声这三部分引入的相位噪声
具有低通特性，对于VCO产生的相位噪声具有高通特性。一般来说环路带宽内的相位噪声主要决定于由鉴频鉴相器、分频器和输入参考信号，环路带宽以外的相位噪声主要决定于VCO，在环路带宽周围，这四部分的噪声影响相当。所以为了尽量降低输出信号的相位噪声环路滤波器的环路带宽的最佳点是由鉴频鉴相器、分频器和输入参考信号的相位噪声这三部分引入的相位噪声总和与VCO引入的相位噪声相同时的频率。在实际运用中还礼滤波器的设计是非常重要的。对于远端相位噪声如100KHz和1MHz处的一般远远高于环路带宽，其相位噪声主要决定于VCO，要保证其指标主要是选择良好的VCO。而近端相位噪声如100Hz主要由鉴频鉴相器、分频器和输入参考信号的相位噪声决定，但如果还礼带宽取得很小的话如200Hz则VCO的影响也将非常之大。而如果环路带宽远远大于1KHz如为6KHz 以上时1KHz处的相位噪声也将主要由鉴频鉴相器、分频器和输入参考信号的相位噪声决定。下面就分别分析这三部分相位噪声。 由鉴相器引入的相位噪声 由于鉴相器引入的相位噪声为： PD Phase Noise = ( 1 Hz Normalized Phase Noise Floor from Table ) + 10log( Comparison Frequency ) + 20log( N ) 现在FS板的中频环路采用的PLL芯片为NS的LMX2306，其相位噪声基底为-210dBc/Hz。 在CDMA 1X 基站系统800MHz的FS单板中采用的鉴相频率为30KHz，两个中频分别为69.99MHz和114.99MHz，由鉴相器产生的相位噪声为： 69.99MHz： PD Phase Noise= -210+10log(30000)+20log(69990000/30000)= -97.9dBc/Hz 114.99MHz： PD Phase Noise= -210+10log(30000)+20log(114990000/30000)=-93.5dBc/Hz 射频本振范围为754~779MHz。步进为30KHz，鉴相频率为240KHz。对于779MHz 的本振由鉴相器引入的相位噪声为： PD Phase Noise= -210+10log(240000)+20log(779000000/240000)=-85.9dBc/Hz 由分频器引入的相位噪声 由分频器引入的相位噪声的计算公式入下： DIV Phase Noise = (Device Phase Noise Floor )+ 20log( N ) PLL芯片中分频器的相位噪声在器件手册中并没有给出。一般高频分频器的相位噪声基底约为-165dBc/Hz左右。因此就假设分频器的相位噪声基底为-165dBc/Hz，于是得到分频器引起的相位噪声如下： 69.99MHz的中频频率为： DIV Phase Noise= -165+20log(69990000/30000)= -97.6dBc/Hz 114.99MHz的中频频率为： DIV Phase Noise= -165+20log(114990000/30000)= -93.3dBc/Hz 779MHz的射频频率为： DIV Phase Noise= -165+20log(779000000/240000)= -94.7dBc/Hz 由参考信号引入的相位噪声 参考信号引起的相位噪声的计算公式如下 REF Phase Noise = (REF’S Phase Noise )-20log（R）+ 20log( N ) 系统的参考信号都是由GPSTM模块提供的，GPSTM输出的参考信号的相位噪声为-130dBc/Hz@100Hz和-145dBc/Hz@1KHz。最后参考信号通过FDM板到FS板，FDM板输
光孤子通信 事物都是在发展中前进，光通信在超长距离、超大容量发展进程中，遇到了光纤损耗和色散的问题，限制其发展空间。科学家和业内人士受自然界的启发，发现了特殊的光孤子波，人们设想的在光纤中波形、幅度、速度不变的波就是光孤子波。利用光孤子传输信息的新一代光纤通信系统，真正做到全光通信，无需光、电转换，可在越长距离、超大容量传输中大显身手，是光通信技术上的一场革命。 1 光孤子通信概念 1.1 常规光纤通信向前发展的阻力 我们知道光纤的损耗和色散是限制线性光纤通信系统传输距离和容量的两个主要因素，尤其在Gbit／s以上的高速光纤通信系统中，色散将起主要作用，即由于脉冲展宽将使系统容量减少，传输的距离受到限制。 光的色散指的是由于物质的折射率与光的波长有关系而发生的一些现象。对于一定物质，折射系数n是波长人的一定函数： n＝f（λ）决定折射率n随波长入而改变快慢的量，称为物资的色散。 色散怎样使光脉冲信号在传输时展宽；是光纤的色散，使得光脉冲中不同波长的光传播速度不一致，结果导致光脉冲展宽。 1.2 光孤立子是怎样产生的 1）人们从自然界得到启发 1834年斯柯特鲁塞尔对船在河道中运动而形成水的波峰进行观察，发现当船突然停止时，原来在船前被推起的水波依然维护原来的形状、幅度和速度向前运动，经过相当长的时间才消失。这就是著名的孤立波现象。 2）光孤立子产生的机理 孤立子又称孤子、孤立波，是一种特殊形状的短脉冲，光孤立子是光非线性效应的特殊产物。 在光强较弱的情况下，光纤介质的折射率是常数，即n不随光强变化。但是在强光作用下，由物理晶体光学的克尔效应可知，光纤介质的折射率不再是常数，折射率增量Δn（t）正比于光扬[E（t）]2。又知折射率与相位有一定关系，相位与频率有一是关系，则光强的变化将造成光信号的频率变化，从而使光的传播速度发生变化。 光纤的群速度色散和光纤的非线性，二者共同作用使得孤子在光纤中能够稳定存在。当工作波长大于1.3μm时，光纤呈现负的群速度色散，即脉冲中的高频分