毫米波RoF系統(tǒng)中頻率轉(zhuǎn)換和信號傳輸研究.pdf

1、RoF（Radio over Fiber）技術(shù)屬于微波光電子學(xué)研究范疇，是用模擬光纖鏈路傳輸微波或毫米波信號。它結(jié)合了光通信技術(shù)和射頻微波通信技術(shù)，在無線通信、智能交通、寬帶無線接入網(wǎng)、軍事領(lǐng)域等具有重要的應(yīng)用。本論文研究了RoF系統(tǒng)的一些關(guān)鍵問題，如毫米波信號的全光產(chǎn)生、全光上下變頻、RoF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、信號傳輸以及在有線和無線信號傳輸中的應(yīng)用。全文內(nèi)容如下:
　　 (1)研究了一種基于高非線性色散位移光纖(HNL-DSF)中

2、交叉相位調(diào)制(XPM)效應(yīng)的全光頻率上轉(zhuǎn)換射頻耦合到光纖（RoF）系統(tǒng)。數(shù)值計算結(jié)果表明:由于交叉相位調(diào)制引起的調(diào)制不穩(wěn)定性，波長1.54μm、重復(fù)頻率為40 GHz的泵浦光可使波長為1.56，載有速率為2.5 Gbit/s的非歸零碼作為下行鏈路數(shù)據(jù)的弱信號光光波分裂，μm產(chǎn)生與載波距離為40 GHz 且與載波相位差恒定的兩個一階調(diào)制邊帶。泵浦光脈寬，泵浦光功率和光纖長度對載波與邊帶功率差值有較大影響。仿真實驗結(jié)果證實了以上原理，速率為

3、2.5 Gbit/s的數(shù)據(jù)信號在高非線性色散位移光纖中被上轉(zhuǎn)換到40 GHz 毫米波上。信號光功率為0 dBm時，得到的優(yōu)化光纖長度為600m，泵浦光功率為17 dBm。
　　 (2)基于高非線性色散位移光纖中交叉相位調(diào)制效應(yīng)，提出同步全光頻率下轉(zhuǎn)換技術(shù)，并被模擬證實。將其應(yīng)用于波分復(fù)用(WDM)RoF系統(tǒng)，得到16 路無錯同步全光頻率下轉(zhuǎn)換WDM RoF 上行鏈路信道。文中提出使用高非線性色散位移光纖實現(xiàn)全光同步頻率下轉(zhuǎn)換的構(gòu)

4、想，并給出了中心站，基站之間實現(xiàn)全光同步頻率下轉(zhuǎn)換的上行鏈路示意圖，并對轉(zhuǎn)換特性和傳輸性能進(jìn)行了研究。經(jīng)仿真證實16 路載有2.5 Gb/s振幅鍵控(ASK)數(shù)據(jù)44GHz WDM 光射頻信號在高非線性色散位移光纖內(nèi)基于交叉相位調(diào)制同步下轉(zhuǎn)換到4 GHz。模擬結(jié)果顯示W(wǎng)DM信號和單個信號性能相一致，不存在大的干涉。合適的本振功率在21 dBm和26 dBm之間。過大的本振功率會導(dǎo)致額外的非線性效應(yīng)。載波與邊帶功率差值(CSD)獨立于本振

5、(LO)功率。優(yōu)化的高非線性色散位移光纖長度在200m和300m之間。下轉(zhuǎn)換信號帶寬超過20 nm。結(jié)果顯示系統(tǒng)在高數(shù)據(jù)率情況下有良好的轉(zhuǎn)換性能，在較寬波長范圍內(nèi)不存在飽和限制和信道間干涉，是多個波長信道RoF系統(tǒng)有效解決方案(3)提出了一種新的RoF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用以降低中心站和基站的成本，并提出多路全雙工的概念。多路同步全雙工方式共用一個中心站光源降低了系統(tǒng)的成本。在中心站利用基于高非線性光纖中交叉相位調(diào)制效應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)和光濾波技術(shù)產(chǎn)

6、生四倍于本振信號頻率的DWDM 光生毫米波信號。下行鏈路中和毫米波一同傳輸?shù)墓廨d波分離出來后加載上行鏈路數(shù)據(jù)使得基站得以簡化。使用該系統(tǒng)產(chǎn)生60GHz 光生毫米波信號，經(jīng)單模光纖傳輸40 km后下行鏈路功率代價小于0.6 dB，而上行鏈路信號傳輸40 km后功率損失幾乎可以忽略。系統(tǒng)成功地實現(xiàn)了速率為2.5 Gb/s的雙向鏈路傳輸并具有產(chǎn)生更高頻率DWDM 毫米波信號的能力。
　　 (4)提出一種新的在中心站使用單個光源的全雙工

7、光纖無線通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)在中心站基于半導(dǎo)體光放大器(SOA)的交叉增益調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生用于下行鏈路傳輸?shù)?0GHz 毫米波信號。下行鏈路的基帶信號僅調(diào)制于一個光載波邊帶上，而上行鏈路數(shù)據(jù)在基站中調(diào)制于來自中心站的光載波并發(fā)射回中心站。另外在頻率上轉(zhuǎn)換過程中，由于不涉及基帶數(shù)據(jù)信號在波長之間轉(zhuǎn)換，避免了交叉增益調(diào)制時消光比嚴(yán)重退化問題，充分利用了這種調(diào)制方式的優(yōu)點。在40 km的傳輸距離內(nèi)，雙向誤碼特性都沒有基底，下行鏈路功率代價為3.5 d

8、Bm，上行鏈路功率代價小于0.5 dBm，成功地實現(xiàn)了速率為2.5 Gb/s的雙向鏈路傳輸。系統(tǒng)在高射頻波段和多信道全雙工系統(tǒng)中有著重要的應(yīng)用價值。
　　 (5)提出并展示了一種同步產(chǎn)生有線信號和無線信號光纖無線通信系統(tǒng)。該方案用相位調(diào)制器產(chǎn)生雙邊帶調(diào)制信號。分離出上下邊帶和載波后，同時將2.5 Gb/s和10Gb/s 無線信號和有線信號通過常規(guī)強(qiáng)度調(diào)制器分別加于其中一個一階邊帶和光載波上。理論分析了兩種信號的傳輸特性，色散對毫