基于強度調制器和MZI倍頻技術中色散影響的研究與分析

王明曄　蘇艷茹　薛德友

摘 要：信息時代的到來推動了寬帶技術的快速發展，而光纖成為寬帶通信不可缺少的一部分。利用光倍頻技術實現微波副載波更是光通信行業的熱點，在此基礎上就傳統的光倍頻技術進行改進，建立基于強度調制器和MZI的新型倍頻系統，進而分析了系統實現原理和性能，重點對該技術中色散的影響進行研究與分析。

關鍵詞：色散；微波副載波；光倍頻；馬赫-曾德爾干涉儀

Researching of the chromatic dispersion effects

on the Optical Frequency Multiplication Technology

Based On Intensity Modulater And Mach-Zehnder Interferometer

Wang ming-ye Su yan-ru Xue de-you

（Air force Da lian communication sergeangt academy information network departmeng）

Abstract：In first，this text introduced the conventional Optical Frequency Multiplication technology，a nem system Optical Frequency Multiplication systems based on modulater and Mach-Zehnder interferometer is founded， and then reseached the technique， otherthan studied on the chromatic dispersion effect on the Optical Frequency Multiplication Technology.

Key words：Chromatic；Microwave subcarrier；OFM；MZI

1 引言

隨著寬帶的進入，人們對通信容量也有了越來越多的要求，結合光纖通信技術的低傳輸損耗和巨大帶寬資源使人們將目光轉向光纖通信與微波技術的結合，由此微波光纖傳輸（ROF）技術應運而生。這種組合通信方式利用光纖鏈路代替大氣介質來傳送微波射頻信號，兼具了光纖通信和微波通信的優點，成為滿足人們對寬帶業務需求的極具競爭力的解決方案。近年來，ROF系統中利用光倍頻技術（OFM）實現微波副載波更是尤為矚目。傳統的OFM是將低頻射頻信號通過相位調制器光處理實現微波信號[1]，美中不足的是色散也對系統存在一定影響。本文提出一種改進式的倍頻技術——基于強度調制器和MZI的倍頻技術，系統中色散對其影響也得到進一步改善。

2 OFM系統實現原理

2.1 系統結構

基于強度調制器和MZI倍頻系統由兩部分組成：頭端和遠程接入單元，結構如圖1所示。系統仍是通過激光二極管實現光信號，但在頭端主要采用強度調制器處理低射頻掃描信號，掃描電信號經過調制器調制到激光二極管產生的光波上，調制后的信號以光波形式通過馬赫-曾德爾干涉儀的周期濾波作用變頻至微波段，再由光纖傳送到遠程接入單元；在遠程接入單元進行光電轉換，產生的電信號中含有原掃描信號的高階諧波，最后帶通濾波器獲取所需的微波副載波。

2.2 系統原理

強度調制器可選如鈮酸鋰（LiNbO3）強度調制器，比較于相位調制器，LiNbO3強度調制器帶寬較寬，理論上可獲得寬度達100GHz的寬帶頻率輸出，還具有可抑制啁啾，低成本， 高可靠性等眾多優點[2]。LiNbO3強度調制器的外加電信號通過兩個干涉臂加到光波導上，對光載波進行強度調制，輸入光波在Y型分路器被分成相等的兩部分，每部分光波分別通過光波導的兩個支路，然后在Y型和路器匯合成一個光波。在強度調制器的兩臂上加上電壓后，由于電光作用使得兩支路中的波導折射率發生變化，輸入光波也隨之發生變化。理想條件下，兩個干涉臂完全對稱，且兩臂上的電信號等幅反相，不產生頻率啁啾[2]。但在實際上，兩干涉臂和外加信號不完全對稱，需要補償。補償后系統輸出副載波信號強度如公式（1）。觀察公式（1），發現式中除了含有支流分量外，還含有一些掃描信號頻率的2n倍和2n+1倍的一些分量。也就是說，經過系統可產生一些掃描信號的高階分量，實現更高頻率微波副載波的輸出。

3 色散對系統的影響研究

3.1 色散的形成

色散是光纖的傳輸特性之一。由于不同波長光脈沖在光纖中具有不同的傳播速度，造成了一系列脈沖展寬，導致脈沖與脈沖之間的重疊，產生干擾，形成色散，因此色散與光信號沿著光纖傳播時產生的脈沖展寬有關，展寬越寬色散越大。單模光纖的色散主要是材料色散、波導色散和偏振模色散，在許多實例中，材料色散具有主要影響[3]。

為了分析OFM系統在單模光纖中傳輸所受色散的影響，搭建了分析色散影響的OFM系統模型，主要觀察分析了0～50公里之間基于強度調制器和MZI的OFM系統射頻信號輸出情況。仿真進行在1550nm，并且色散參數為16ps/nm·km，相當于標準單模硅光纖，分析系統在單模光纖中傳輸諧波強度所受色散的影響。如圖2所示，光纖鏈路選取50公里時，系統產生諧波輸出情況，發現經過50公里的光纖鏈路，仍然有高階諧波輸出，其中前12階諧波還能夠很好的檢測到。

3.2 色散影響分析

圖3是搭建的仿真模型，以前六階諧波微波信號為例，分析了單模光纖中色散對系統的影響，結果如下表所示。對比表1所得參數，信號經過50km長的光纖鏈路，傳輸中沒有出現零值點，可正常傳輸，也就是說系統實現的前六階諧波的傳輸距離可以超過50km。此外，發現信號在前40公里范圍內傳輸衰落損耗很小，并且在20公里左右位置上幅度達到峰值，40公里～50公里之間出現衰落較大，大約有11.8dB損耗。

3.3 系統傳輸分析

為了分析基于強度調制器和MZI光倍頻技術的ROF系統的信號質量，測試了頻率500MHz數字信號，在掃描信號頻率 =5GHz系統中傳輸的信號質量。測試結果顯示，系統實現的15GHz信號，傳輸50公里后接收信號質量很好，檢測結果如圖4、圖5、圖6所示。此外，在70公里處檢測到的眼圖仍是張開的，但是張度已經很小，可見信號在單模光纖中傳輸70公里后損耗是非常大的。最后檢測了傳輸80公里后的信號眼圖，發現完全沒有張度，也就是說，該系統暫時還無法將信號傳輸超越80公里。

4 結束語

基于強度調制器和MZI倍頻系統信號在單模光纖中傳輸，色散對其影響非常小，因此該技術可以在單模光纖中推廣應用。在以后的開發研究中可能會發現更多的優缺點，希望能取其長棄其短，使該技術得到發展，廣泛地應用到無線寬帶網通信領域中以及更多領域。

[參考文獻]

[1]A.Ng'oma.Radio-over-Fibre Technology for Broadband Wireless Communication Systems.Eindhoven University of Technology【J】.2005.

[2]黃亨沛，傘海生，張家寶，祝寧華.LiNbO3電光調制器的小信號功率測試法研究【M】.光電子·激光，2006.

[3]張明德，孫小菡.光纖通信原理與系統【M】.東南大學出版社.