光載無線系統(tǒng)中傳輸方案與光域微波信號(hào)處理技術(shù)的研究.pdf

1、隨著智能手機(jī)設(shè)備數(shù)量和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的持續(xù)增長(zhǎng)，促使基于流媒體技術(shù)的交互式網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)、高清電視(HDTV)、視頻會(huì)議等一系列高速率、高質(zhì)量、高帶寬業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，在無線接入網(wǎng)中，用戶對(duì)系統(tǒng)容量和速率的需求也不斷提高。受益于光纖傳輸?shù)牡蛽p耗大容量特性，光載無線(RoF)技術(shù)被認(rèn)為是下一代光接入網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。本論文主要圍繞在RoF系統(tǒng)中信號(hào)傳輸方案和微波光子處理技術(shù)兩方面內(nèi)容進(jìn)行了研究。在RoF系統(tǒng)的信號(hào)傳輸方案的研究方面，論文主

2、要研究了三類新型的接入技術(shù);在微波光子技術(shù)方面，本文主要探討了微波光子信號(hào)的混頻技術(shù)和利用光子濾波器實(shí)現(xiàn)頻率相位可調(diào)諧的電振蕩器(OEO)。論文取得的主要研究成果與創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.提出了一種基于相位相關(guān)偏振正交光產(chǎn)生(POLG)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多服務(wù)共存的上行無色化的RoF系統(tǒng)，并對(duì)該方案進(jìn)行了理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。POLG是由偏振旋轉(zhuǎn)器(PR)與馬赫增德爾調(diào)制器(MZM)的偏振敏感特性實(shí)現(xiàn)的，通過射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)調(diào)制器之后，光載波與邊帶

3、相互正交且相位相關(guān)。在這個(gè)方案中，通過調(diào)節(jié)遠(yuǎn)端接入單元的偏振控制器，可以針對(duì)不同的服務(wù)信號(hào)實(shí)現(xiàn)不同的調(diào)制方式，例如:低頻信號(hào)對(duì)應(yīng)雙邊帶調(diào)制;毫米波信號(hào)對(duì)應(yīng)載波抑制調(diào)制。與此同時(shí)，光載波在不使用額外的濾波器和偏振控制器(PC)的情況下，可以被上行信號(hào)重新利用實(shí)現(xiàn)上行傳輸。因此，該方案成功實(shí)現(xiàn)了低頻信號(hào)、毫米波信號(hào)的下行傳輸和無色化的上行傳輸。
　　2.提出了遠(yuǎn)端接入單元(RAU)偏振不敏感的全雙工毫米波RoF系統(tǒng)架構(gòu)。在這個(gè)方案中，

4、通過在RAU端重新利用偏振正交光來實(shí)現(xiàn)上行傳輸，使得上行信號(hào)的誤碼率(BER)值與入射光信號(hào)的偏振狀態(tài)無關(guān)。因此不需要使用偏振追蹤系統(tǒng)來將入射光對(duì)準(zhǔn)調(diào)制器主軸，實(shí)現(xiàn)了RAU端的偏振不敏感特性。論文對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了1.2Gb/s的下行正交相移鍵控-正交頻分復(fù)用(QPSK-OFDM)信號(hào)和5Gb/s的上行開關(guān)鍵控(OOK)信號(hào)的傳輸，在背靠背傳輸和經(jīng)過15公里傳輸之后上行信號(hào)的誤碼率(BER)值均可以粗略達(dá)到1

5、0-9，因此使用該方案不需要使用前向糾錯(cuò)。通過對(duì)上行信號(hào)的傳輸，相比于傳統(tǒng)方案，本論文提出的方案中的信號(hào)BER曲線更加平穩(wěn)，BER值均保持在一個(gè)較好的水平內(nèi)。
　　3.提出了兩種補(bǔ)償色散引起的功率衰退的傳輸方案。第一種方法是使用光單邊帶(OSSB)調(diào)制。在這種方案中，利用Sagnac環(huán)和調(diào)制器可以實(shí)現(xiàn)光載波邊帶比(OCSR)可調(diào)的OSSB調(diào)制。本論文對(duì)這個(gè)方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)中，通過調(diào)節(jié)偏振控制器，可以生成從-10dB到27

6、dB的可調(diào)OCSR的OSSB調(diào)制。該方案具有波長(zhǎng)不依賴特性，可以支持低頻微波帶寬和靈活的波長(zhǎng)選擇。第二種方法是基于POLG技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。在中心站中，使用PR和MZM來實(shí)現(xiàn)POLG。在遠(yuǎn)端接入單元中，通過調(diào)節(jié)PC，可以控制光載波和邊帶之間的相位差，進(jìn)而可以改變不同的射頻服務(wù)的頻率響應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了在25公里和30公里光纖傳輸之后，將不同射頻服務(wù)的頻率響應(yīng)值從最低點(diǎn)平移到最高點(diǎn)。
　　4.基于Sagnac環(huán)和MZM的偏振相關(guān)調(diào)制原理，

7、提出并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了實(shí)現(xiàn)微波光子混頻器的新方案。該方案在Sagnac環(huán)中使用了一個(gè)雙平行MZM(DPMZM)，利用其行波特性，使得環(huán)中正向經(jīng)過的光被光單邊帶(OSSB)調(diào)制，而相反方向沒有被調(diào)制。兩個(gè)方向的光經(jīng)過偏振合成器(PBC)結(jié)合之后，生成了部分正交的OSSB信號(hào)。生成的信號(hào)入射到偏振相關(guān)的MZM中，再經(jīng)過起偏器和光探測(cè)器之后實(shí)現(xiàn)了相位穩(wěn)定的微波信號(hào)。通過調(diào)節(jié)MZM的偏置電壓，實(shí)驗(yàn)生成了加載到8GHz微波上的1Gb/s的OOK、幅移鍵

8、控(ASK)信號(hào)和二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)信號(hào)的清晰的眼圖和波形圖，實(shí)現(xiàn)了微波信號(hào)的光域混頻。
　　5.提出并理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于受激布里淵散射(SBS)和DPMZM實(shí)現(xiàn)OEO的頻率和相位可調(diào)諧特性的方案。在該方案中，DPMZM用來實(shí)現(xiàn)載波相移的雙邊帶調(diào)制，SBS效應(yīng)用來選取OEO環(huán)中的振蕩頻率。通過調(diào)節(jié)DPMZM的偏置電壓，可以改變光載波和邊帶的相位差，從而實(shí)現(xiàn)OEO的相位可調(diào);受益于布里淵頻移的波長(zhǎng)依賴特性，通過調(diào)節(jié)輸入