光纖無線電系統中兩路毫米波信號的同時產生

稅奇軍，唐炳華，張 莉

(四川文理學院物理與工程技術系，四川達州635000)

1 引言

隨著信息技術對通信系統的容量、帶寬、安全性以及靈活性的要求越來越高，當今通信網絡逐漸不能滿足這種需求。光纖雖然能夠提供巨大的帶寬，但其靈活性太差。無線通信利用傳統的射頻和微波信號能夠實現移動性，但不能提供高速數據傳輸和足夠的安全性，更關鍵的是26～75 GHz頻率段的毫米波信號目前未被使用，這一頻率段極有可能成為第四代移動通信系統工作的主要頻率段。結合光纖通信和無線通信的優點，光載毫米波系統已經成為目前國內外的研究熱點［1－8］。

2 理論模型

光載毫米波系統中的關鍵技術包括毫米波信號的產生、傳輸和接收，其中對毫米波信號產生的研究目前主要集中在系統中一路毫米波信號的產生，本文將重點討論光載毫米波系統中如何同時產生兩路毫米波信號的情況，其工作原理如圖1所示。

激光器通過分光器將兩束激光分別送入馬赫－曾德爾調制器1和馬赫－曾德爾調制器2上，將基帶信號1和基帶信號2通過乘法器分別加載到射頻信號1和射頻信號2上，將兩路加載有基帶信號的射頻信號分別送入馬赫－曾德爾調制器1和馬赫－曾德爾調制器2上。將兩路經過馬赫－曾德爾調制器的信號通過耦合器送入光纖進行傳輸。在接收端分別利用光電探測器1和光電探測器2對光信號進行探測，經過低通濾波器之后同時產生毫米波信號1和毫米波信號2。在圖1中經過雙驅動馬赫－曾德爾調制器的光場分別為［9］:

圖1 兩路毫米波信號產生的工作原理圖

式(1)和式(2)中的VDC1和VDC2分別為兩電極的直流偏置電壓;φ1和φ2分別為兩電極上射頻驅動電壓的初始相位，在分析中對馬赫－曾德爾調制器采用抑制載波調制，所以其初始相位差等于π。ωRF1和ωRF2分別為射頻信號1和射頻信號2的角頻率。兩路信號經過光纖傳輸之后在光電探測器1和光電探測器2上探測到的電流分別為:

式(3)和式(4)中L和G分別是光纖的長度和光放大器的增益;Δτi分別是信號1和信號2經過光纖的群時延;di分別是基帶信號1和基帶信號2;R是光電探測器的響應度;ti分別是馬赫－曾德爾調制器1和馬赫－曾德爾調制器2的插入損耗。

式(5)中，ε為馬赫－曾德爾調制器的消光比。由式(3)和式(4)可以發現在接收端同時產生了頻率分別為2ωRF1和2ωRF2的毫米波信號。

3 仿真分析

實驗系統采用連續激光器，其工作波長為1550 nm，輸出功率為－3 dBm。射頻信號1和射頻信號2的頻率分別為14 GHz和17 GHz。馬赫－曾德爾調制器的消光比為25 dB并且其插入損耗為6 dB。經過光纖長度為50 km傳輸之后，在接收端采用光電探測器1和光電探測器2探測，經過低通濾波器之后同時產生的毫米波信號頻譜如圖2、圖3所示，接收端接收到的基帶信號的眼圖如圖4、圖5所示。

由圖2、圖3可以發現經過光電探測器1和光電探測器2之后分別產生了質量較高的頻率分別為28 GHz和34 GHz的毫米波信號，并且由射頻信號1和射頻信號2攜帶的基帶信號在接收端的誤碼率為10－9，滿足正常通信系統的要求。

4 結論

在光載毫米波信號系統中利用兩個平行的馬赫－曾德爾調制器對加載兩個基帶信號的射頻信號進行調制，經過遠距離的光纖傳輸之后，通過仿真發現在接收端同時產生了頻率為發送端射頻信號兩倍頻率的高質量的兩束毫米波信號，并且在接收端以很小的誤碼率恢復出了基帶信號，這為光載毫米波系統中多路毫米波信號的產生的研究提供了進一步的參考。

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