基于PoIM的單邊帶ROF系統(tǒng)

【摘要】 針對(duì)傳統(tǒng)單邊帶ROF（光載無(wú)線通信）系統(tǒng)存在的不足，本文提出了一種新的基于偏振調(diào)制器（PoIM）的單邊帶（SSB）ROF系統(tǒng)。本文闡述了這種方法的原理，并與傳統(tǒng)的單邊帶ROF系統(tǒng)進(jìn)行了比較。理論分析表明，采用偏振調(diào)制器的單邊帶ROF系統(tǒng)能克服MZM半波電壓漂移，擴(kuò)大系統(tǒng)調(diào)制指數(shù)范圍，從而優(yōu)化系統(tǒng)性能。

【關(guān)鍵詞】 偏振調(diào)制器 光纖無(wú)線電 單邊帶調(diào)制

光載無(wú)線通信（Radio over fiber，ROF）技術(shù)因其高達(dá)太赫茲量級(jí)的帶寬能力，以及極低的光傳輸損耗，近十年來(lái)被廣泛地研究用于微波以及毫米波頻段高頻寬帶信號(hào)的傳輸與處理。此外，微波與毫米波信號(hào)的光子學(xué)產(chǎn)生、調(diào)制、傳輸以及探測(cè)技術(shù)不僅被研究用于無(wú)線通信領(lǐng)域，還包括其他諸如儀器、雷達(dá)、傳感、深空探測(cè)等領(lǐng)域。而隨著ROF技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，其性能的提升正在遭遇“瓶頸”。在ROF系統(tǒng)中，非線性效應(yīng)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能。

為了提升系統(tǒng)性能，采用了基于多臂馬赫—曾德?tīng)栒{(diào)制器（MZM）調(diào)制方式的單邊帶（SSB）調(diào)制系統(tǒng)來(lái)消除二次及以上高次諧波以達(dá)到抑制系統(tǒng)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(diào)制器（PoIM）和偏振控制器（PC）所組成的鏈路替代馬赫-曾德調(diào)制器來(lái)提升調(diào)制器的線性，解決了上述問(wèn)題。但該方法采用的是雙邊帶（DSB）調(diào)制信號(hào)。

本文基于偏振調(diào)制器和偏振控制器的組合結(jié)構(gòu)，結(jié)合單邊帶調(diào)制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)ROF中的單邊帶信號(hào)產(chǎn)生。這種方法的優(yōu)勢(shì)在于既能保留單邊帶信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)，例如不受周期性傳播衰落效應(yīng)的影響，信道帶寬只有普通強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)帶寬的一半等；又能擁有偏振調(diào)制器調(diào)制線性度好，能克服MZM偏置電壓漂移，擴(kuò)大系統(tǒng)調(diào)制指數(shù)范圍等優(yōu)點(diǎn)，從而在一定程度上抑制ROF系統(tǒng)的非線性，提升系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍和穩(wěn)定性能。

一、基于雙臂MZM的傳統(tǒng)單邊帶ROF系統(tǒng)分析

傳統(tǒng)的單邊帶ROF系統(tǒng)調(diào)制采用雙臂MZM（D-MZM）實(shí)現(xiàn)，其原理圖如圖1所示。圖中從激光二極管（LD）輸出連續(xù)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(hào)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(diào)制器輸出的單邊帶信號(hào)可以表示為

率。再將該信號(hào)經(jīng)參鉺放大器（EDFA）放大后輸入光電探測(cè)器（PD）拍頻即可得到調(diào)制信號(hào)ISSB，即

二、基于PoIM的單邊帶ROF系統(tǒng)分析

采用PoIM的單邊帶ROF系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

圖中由可調(diào)激光源輸出的連續(xù)激光經(jīng)過(guò)偏振控制器PC0（Polarization controller）后，其偏振方向與偏振調(diào)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(diào)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(gè)偏置在正交點(diǎn)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(gè)MZM[7]。兩路信號(hào)經(jīng)PBS耦合后經(jīng)EDFA將信號(hào)放大后送至PD，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸入頻譜分析儀。其調(diào)制原理如下。

設(shè)輸入上路的RF調(diào)制信號(hào)為g1（t），激光器輸出連續(xù)光載波為E0exp（jωt），Vπ為PoIM的射頻半波電壓，經(jīng)過(guò)PC0后輸出與偏振調(diào)制器X軸平行的線偏振光，經(jīng)過(guò)偏振調(diào)制器PoIM調(diào)制后的光信號(hào)為[9]

將上式和（1）式對(duì)比可以看出，其第一項(xiàng)同樣為光載波分量，第二項(xiàng)為一階光邊帶分量，將該信號(hào)經(jīng)參鉺放大器（EDFA）放大后輸入光電探測(cè)器（PD）拍頻同樣可得到調(diào)制信號(hào)ISSB，即這種新方法也完全實(shí)現(xiàn)了光單邊帶信號(hào)的調(diào)制。

三、結(jié)論

通過(guò)理論分析可知，本文提出的基于PoIM的單邊帶ROF系統(tǒng)可以穩(wěn)定有效的產(chǎn)生光單邊帶毫米波信號(hào)。對(duì)比于傳統(tǒng)的基于MZM的單邊帶ROF系統(tǒng)，新方法主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在既可以消除MZM半波電壓漂移對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，又可以提升系統(tǒng)的調(diào)制深度，有效避免了MZM調(diào)制器引入的非線性影響，提升其系統(tǒng)性能。因而這種新方法對(duì)新一代高性能ROF設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張國(guó)強(qiáng)，李尚遠(yuǎn)，鄭小平. 光載無(wú)線系統(tǒng)中的線性化技術(shù)[J]，中興通訊，2012，18（5）：7-26

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