基于PoIM的單邊帶ROF系統

【摘要】 針對傳統單邊帶ROF（光載無線通信）系統存在的不足，本文提出了一種新的基于偏振調制器（PoIM）的單邊帶（SSB）ROF系統。本文闡述了這種方法的原理，并與傳統的單邊帶ROF系統進行了比較。理論分析表明，采用偏振調制器的單邊帶ROF系統能克服MZM半波電壓漂移，擴大系統調制指數范圍，從而優化系統性能。

【關鍵詞】 偏振調制器 光纖無線電 單邊帶調制

光載無線通信（Radio over fiber，ROF）技術因其高達太赫茲量級的帶寬能力，以及極低的光傳輸損耗，近十年來被廣泛地研究用于微波以及毫米波頻段高頻寬帶信號的傳輸與處理。此外，微波與毫米波信號的光子學產生、調制、傳輸以及探測技術不僅被研究用于無線通信領域，還包括其他諸如儀器、雷達、傳感、深空探測等領域。而隨著ROF技術的發展和應用，其性能的提升正在遭遇“瓶頸”。在ROF系統中，非線性效應嚴重影響系統的性能。

為了提升系統性能，采用了基于多臂馬赫—曾德爾調制器（MZM）調制方式的單邊帶（SSB）調制系統來消除二次及以上高次諧波以達到抑制系統非線性的目的。另外，采取了一種全新的解決方法，即利用偏振調制器（PoIM）和偏振控制器（PC）所組成的鏈路替代馬赫-曾德調制器來提升調制器的線性，解決了上述問題。但該方法采用的是雙邊帶（DSB）調制信號。

本文基于偏振調制器和偏振控制器的組合結構，結合單邊帶調制方式來實現ROF中的單邊帶信號產生。這種方法的優勢在于既能保留單邊帶信號的優點，例如不受周期性傳播衰落效應的影響，信道帶寬只有普通強度調制信號帶寬的一半等；又能擁有偏振調制器調制線性度好，能克服MZM偏置電壓漂移，擴大系統調制指數范圍等優點，從而在一定程度上抑制ROF系統的非線性，提升系統的動態范圍和穩定性能。

一、基于雙臂MZM的傳統單邊帶ROF系統分析

傳統的單邊帶ROF系統調制采用雙臂MZM（D-MZM）實現，其原理圖如圖1所示。圖中從激光二極管（LD）輸出連續光波為E0exp（jω0t），其中光載波振幅為E0，角頻率為ω0；輸入MZM的兩路RF信號振幅均為VRF，角頻率為ωRF，相位相差π/2，可以分別表示為VRFcos（ωRFt）和VRFcos（ωRFt+π/2）；MZM兩臂的分光比和合波比均為0.5，MZM的直流偏置電壓置于半波電壓即Vπ/2處，因而從MZM調制器輸出的單邊帶信號可以表示為

率。再將該信號經參鉺放大器（EDFA）放大后輸入光電探測器（PD）拍頻即可得到調制信號ISSB，即

二、基于PoIM的單邊帶ROF系統分析

采用PoIM的單邊帶ROF系統原理圖如圖2所示。

圖中由可調激光源輸出的連續激光經過偏振控制器PC0（Polarization controller）后，其偏振方向與偏振調制器（Polarization modulator）的其中一條主軸平行；3-dB光纖耦合器（Coupler）將偏振光分為上下兩路。在上路中，偏振調制器（PoIM），偏振控制器（PC1），衰減器（ATT）以及偏振分束器（Polarization beam splitter）可等效為一個偏置在正交點的MZM。其中ATT用于平衡上下兩路中的插入損耗[7]，PC1用于引入附加相移φ1。其作用可等效為MZM中的直流偏置電壓。在下路，PoIM，PS，PC2以及偏振分束器（PBS）同樣等效另一個MZM[7]。兩路信號經PBS耦合后經EDFA將信號放大后送至PD，轉化為電信號輸入頻譜分析儀。其調制原理如下。

設輸入上路的RF調制信號為g1（t），激光器輸出連續光載波為E0exp（jωt），Vπ為PoIM的射頻半波電壓，經過PC0后輸出與偏振調制器X軸平行的線偏振光，經過偏振調制器PoIM調制后的光信號為[9]

將上式和（1）式對比可以看出，其第一項同樣為光載波分量，第二項為一階光邊帶分量，將該信號經參鉺放大器（EDFA）放大后輸入光電探測器（PD）拍頻同樣可得到調制信號ISSB，即這種新方法也完全實現了光單邊帶信號的調制。

三、結論

通過理論分析可知，本文提出的基于PoIM的單邊帶ROF系統可以穩定有效的產生光單邊帶毫米波信號。對比于傳統的基于MZM的單邊帶ROF系統，新方法主要優勢體現在既可以消除MZM半波電壓漂移對系統穩定性的影響，又可以提升系統的調制深度，有效避免了MZM調制器引入的非線性影響，提升其系統性能。因而這種新方法對新一代高性能ROF設計有一定的參考價值。

參 考 文 獻

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[2] 劉香玲，劉增基，李建東等. 單邊帶光纖承載射頻系統的性能改進研究[J]. 光學學報，2011，31（6）

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[4] 陳淑芬，陳志. ROF中抑制非線性失真的調制技術研究[J]. 光傳輸，2012，1：21-24