Алгоритм расчета цифрового радиофотонного приемного тракта

D P Danilaev; A E Denisov

doi:10.22213/2413-1172-2026-2-98-107

Authors

D. P. Danilaev Tupolev Kazan National Research Technical University
A. E. Denisov Tupolev Kazan National Research Technical University

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2026-2-98-107

Keywords:

microwave photonic receiver chain, photonic ADC, ADC noise factor, receiver dynamic range, digital receiver design, microwave photonic system design

Abstract

Designing radio receiving paths for radio signals within the range of units-hundreds of gigahertz requires taking into account the noise properties and features of the corresponding element base, including the ADC. Electronic and photonic ADCs can be used in such systems. The aim of the work is to develop an algorithm for calculating a receiver with a microwave photonic ADC based on existing approaches to the design of receiving devices. It is shown that the method of calculating the noise factor of an ADC can be uniform for electronic and photonic ADCs. A step-by-step algorithm for calculating the parameters of the microwave photonic path based on the specified receiver technical characteristics and ADC is proposed. Calculation examples for radio monitoring systems requiring a large dynamic range and a wide Nyquist band while operating in several frequency bands, as well as a sufficient effective number of bits (ENOB), are considered. It is shown that in the computational examples for microwave photonic ADCs, significantly lower noise factor values can be achieved compared to the values typical for electronic ADCs. For the frequency range of 1-20 GHz, the estimated values of the noise factor of the microwave photonic ADC are at the level of 25.58-27.8 dB. This result is due to the use of a microwave photonic element base, which reduces the effect of set noise characteristic of electronic ADCs. The bandpass and anti-aliasing filters are calculated and the problem of their optimization is considered. An iterative approach to finding a compromise between the requirement for high sensitivity (low NF) and a large dynamic range (high PIP3) is presented by selecting parameters, constraints, and assumptions in the calculation algorithm.

Author Biographies

D. P. Danilaev, Tupolev Kazan National Research Technical University

DSc in Engineering, Associate Professor

A. E. Denisov, Tupolev Kazan National Research Technical University

ассистент

References

Danilaev D.P. (2019) Analog-to-digital converter selection for digital receiver. Systems of Signal Synchronization: Generating and Processing in Telecommunications, SYNCHROINFO 2019. Yaroslavl, 2019, p. 8813931. DOI: 10.1109/SYNCHROINFO.2019.8813931

Walden R.H. (1999) Analog-to-Digital Converter Survey and Analysis. IEEE J. Sel. Areas Comm., vol. 17, pp. 539-550.

Deakin C., Liu Z. (2022) Frequency interleaving dual comb photonic ADC with 7 bits ENOB up to 40 GHz: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), IEEE, 2022, pp. 1-2.

Verreault A., Cicek P.V., Robichaud A. (2024) Oversampling ADC: A review of recent design trends. IEEE Access, vol. 12, pp. 121753-121779.

Данилаев Д. П., Денисов А. Е., Хайруллин Н. Г. Оценка параметров радиофотонного приемного тракта с большим динамическим диапазоном // Вестник Казанского государственного технического университета имени А. Н. Туполева. 2025. Т. 81, № 4. С. 71-80.

Смоляков А. В., Подстригаев А. С. Экспериментальное исследование коэффициента шума цифрового приемника с субдискретизацией в полосе до 18 ГГЦ // Труды МАИ. 2022. № 122. С. 13.

Методика обоснования требований к аналоговой части приемного тракта цифрового радиоприемника / Р. И. Буров [и др.] // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2023. Т. 19, № 4. С. 103-110.

Галкин В. А. Основы программно-конфигурируемого радио : монография. М. : Горячая линия - Телеком, 2016. 372 с.

Danilaev D.P. (2019) Analog-to-Digital converter selection for digital receiver: Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO), IEEE, 2019, pp. 1-6.

Воробьев О. В., Прасолов А. А. Сравнение методов повышения динамического диапазона АЦП цифровых радиоприемных устройств // Труды учебных заведений связи. 2018. Т. 4, № 2. С. 61-68.

Денисов А. Е., Данилаев Д. П. Использование радиофотонного аналого-цифрового преобразователя в структуре цифрового радиоприемного устройства // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2023. № 3 (59). С. 33-44. DOI: 10.25686/2306-2819.2023.3.33

Xu S. [et al.] (2019) Deep-learning-powered photonic analog-to-digital conversion. Light: Science & Applications, vol. 8, no. 1, p. 66.

Zou W. [et al.] (2024) Integrated photonic analog-to-digital converter and its applications: International Topical Meeting on Microwave Photonics (MWP), IEEE, 2024, pp. 1-4.

Фотонный анологово-цифровой преобразователь с электронным квантованием и оптической выборкой на скорости до 10 Гвыб/с / М. С. Дадашев, Д. С. Земцов, Е. Ю. Злоказов [и др.] // Радиотехника и электроника. 2023. Т. 68, № 2. С. 188-194.

Qi J. [et al.] (2023) Effects of Optical Sampling Pulse Power, RF Power, and Electronic Back-End Bandwidth on the Performance of Photonic Analog-to-Digital Converter. Micromachines, vol. 14, no. 12, p. 2155.

Zazzi A. [et al.] (2020) Mode-locked laser timing jitter limitation in optically enabled, spectrally sliced ADCs. Photonic Networks: 21th ITG-Symposium, VDE, 2020, pp. 1-5.

Аннино Б. (2021) Увеличение SFDR в высокопроизводительных АЦП // СВЧ-электроника. 2021. № 1 (16). С. 12-22.

Денисов А. Е., Данилаев Д. П. (2023) Структура цифрового радиоприемного устройства с фотонным аналого-цифровым преобразователем // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2023. Т. 26, № 4. С. 77-85. DOI: 10.22213/2413-1172-2023-4-77-85

Skrimponis P. [et al.] (2021) Understanding energy efficiency and interference tolerance in millimeter wave receivers: 55th Asilomar Conference on Signals, Systems, and Computers, IEEE, 2021, pp. 645-651.

Wang B. (2024) Signal processing based on Butterworth filter: Properties, design, and applications. Highlights in science, engineering and technology, vol. 97, pp. 72-77.

Комаров В. В., Лукьянов М. А. Волноводные СВЧ-фильтры: технические решения, тенденции развития и методы расчета // Журнал радиоэлектроники. 2021. № 1. С. 1-18.