第35卷 第12期2008年12月
中 国 激 光
CHIN ESE JOU RNA L OF LA SERS
Vo l.35,N o.12
December,2008
文章编号:0258
-7025(2008)12-1910-04采用两个级联外部调制器产生四倍频光载毫米波的光纤无线通信系统 陈罗湘
1,2
卢 嘉1 董 泽1 陈 林1 余建军
1
1
湖南大学计算机与通信学院，微纳光电器件及应用教育部重点实验室，湖南长沙410082
2
湘潭职业技术学院通信工程系，湖南湘潭411102
摘要 研究了一种采用两个级联外部调制器基于光载波抑制原理产生四倍频毫米波的光纤无线通信(RO F)系统。在中心站利用电混频器产生副载波复用信号，通过第一个外部调制器产生两倍射频(RF)信号的光载毫米波信号，再通过第二个外部调制器产生四倍射频信号的光载毫米波。实验显示采用频率为10GH z 的射频信号源和2.5Gbit/s 的数据基带信号混频通过两个级联外部调制器后产生毫米波的频率为40G Hz，并且在单模光纤中传输距离达20km，功率代价小于2dB 。 关键词 光通信；光纤无线通信系统；外部调制器；光载毫米波；光载波抑制；下行链路中图分类号 T N 929.11 文献标识码 A doi:10.3788/CJL 20083512.1910
A Radio Over Fiber System Based on Two External Modulator for Optical
Millimeter G eneration with Photonic Frequency Quadruple
Chen Luoxiang 1,2 Lu Jia 1 Dong Ze 1 Chen Lin 1 Yu Jianjun 1
1
K ey Labor ator y of M icr o -N ano Op toelectronic Devices and A p p lications ,M inis tr y of Education,S chool of Comp uter and Co mmunication ,H unan Univer sity ,Changsha,H unan 410082,China
2
Dep ar tment of I nf or mation Engineer ,X iangtan Vocational &T echnical,X iangtan,H unan 411102,China
Abstract A r adio ov er fiber (RO F)sy stem to g ener ate optical millimeter wav e w ith four time fr equency of the local
oscillator frequency using t wo -cascaded intensity modulator s based on o ptical carr ier suppression scheme w as investig ated numer ically and ex perimentally.In the centra l off ice,the upstr eam data w ere mixed w ith the radio frequency (RF )clock to g ener at e a electrical signal,and t hen an ext ernal mo dulato r was used to g enerat e a optical millimeter with double fr eqnency o f
RF clock,after the seco nd exter nal modulato r,the optical millimeter wav e w as generated wit h frequency quadr uple.By this scheme,a 40GH z millimeter w ave was g enerat ed by the frequency mix ing of the 10GH z signal source and the 2.5G bit/s baseband data sig na l passing throug h the tw o ex ter nal modulator.A fter t ransmission over single -mo de fiber (SM F)20km,the pow er penality is less than 2dB.
Key words optical communicat ions;radio over fiber system;exter nal mo dulat or;o pt ical millimeter w ave;optical car rier suppression;dow nstreem
收稿日期:2008-03-04；收到修改稿日期:2008-04-14
基金项目：国家863计划(2007AA 01Z263)和河南省自然科学基金(06JJ50108)资助项目。
作者简介：陈罗湘(1965 )，男，湖南人，副教授，硕士研究生，主要从事光纤通信和电气工程与电力电子技术方面的研究。E -mail:clx clx m
导师简介：陈 林(1968 )，男，湖南人，教授，博士生导师，主要从事光纤通信方面的研究。E -mail: m
路障灯1 引 言
光纤通信中的光纤无线通信(ROF)技术将会成为解决下一代超宽带无线接入最具前景的技术[1~5]。ROF 系统具有低衰减损耗、大带宽、易安装、易维护、低功率损耗等优点
[6~15]
。
产生光载毫米波信号是ROF 系统的关键技术。迄今为止，已提出了三种产生毫米波的技术：直接强度调制技术、外部强度调制技术以及远程外差技术。目前ROF 系统中产生光载毫米波的首选技 术是外部强度调制技术，这种基于低成本、低频率本
地振荡信号和低带宽的外部调制器产生的光载毫米波[3~11]，有较高的可靠性。基于外部强度调制技术产生倍频毫米波信号的方法有三种:1)利用半导体光放大器的四波混频(FWM )作用产生倍频毫米波信号[13];2)利用载波抑制(OCS)产生四倍频毫米波信号[14];3)利用调制器级联产生光载毫米波，调制器级联可以降低调制器的带宽。
利用文献[14]产生光载毫米波的方案，并将数据信号上传到光载毫米波上，进行实验研究。在中心站将基带数据信号与射频信号混频产生副载波复用信号，再用副载波复用信号驱动强度调制器，利用载波抑制原理产生只有两个一阶边带的光信号，此信号再驱动第二个强度调制器，利用载波抑制原理产
生只有两个二阶边带的光信号，即可得四倍频的光载毫米波信号。
2 ROF 系统原理及模拟仿真结果
2.1 ROF 系统原理
图1(a)ROF 系统原理图;(b)模拟仿真第一个强度调
制器的输出光谱图;(c)模拟仿真第二个强度调制 器的输出光谱图
F ig.1(a)RO F system fo r mm -w ave g ener ation;(b )
o ptical spectr um after first intensity modulato r by simulation;(c )optical spectr um after second
intensity modulator by simulation
基于载波抑制原理采用两个级联外部调制器产生毫米波的ROF 系统原理图如图1所示，分布式反馈激光器(DFB -LD)产生连续光波作为光载波，下行链路数据基带信号与频率为f 0的射频信号进行混频，通过第一个强度调制器产生只有一阶边带的调制信号，再通过第二个强度调制器输出光载毫米波信号。射频信号f 0经过一定的相移通过第二个强度调制器后产生只有二阶边带的光信号，此信号经过一定长度的光纤传输，在通过高速光电检测器(PD)将产生4f 0的电载毫米波信号，通过天线发
射到大气中变为无线信号。
2.2 模拟仿真结果
利用软件模拟仿真这一系统的性能，分布式反馈激光器的中心频率为193.1T H z，两个级联强度调制器的射频信号的频率为10GH z，射频信号相移后的相位之差为90 。每个调制器输出的光谱图分别为图1中的(b)和(c)。根据载波抑制原理[8]，当调制器不加信号时，将调制器的偏置电压调节到一定的值使得其输出的光为最小值，此时光载波得到抑制。可以看到，在第一个调制器输出光谱图(图1(b))中，两个一阶边带载波抑制比达到15dB，一阶边带和其他阶边带的抑制比也达到20dB 以上。而在第二个调制器输出的光谱图(图1(c))中可以看到，只有二阶边带而中心载波被抑制，其对应其他阶边带抑制比达到了20dB 以上。将此信号经过光电检测器与40GH z 的射频信号混频，分别模拟了无光纤传输和用
单模光纤(SMF)传输20km 后解调出的信号眼图，如图2所示。传输40km 以后，基带信号的眼图仍然是很清晰的。
二氧化碳制冷图2数值模拟仿真解调后的信号眼图。(a)无光纤传输
解调后的基带信号眼图;(b)用20km 单模光纤传 输解调后的基带信号眼图
Fig.2Dow nco nv erted ey e diagr ams by simulat ion.(a)
do wnconver ted ey e
diag ram
w ithout
fiber
transmission;(b )do wnconver ted ey e diag ram
after 20km fiber t ransm ission
3 实验装置与结果
产生光载毫米波的ROF 系统的实验装置如图3
1911
鸡蛋托盘
12期 陈罗湘等：采用两个级联外部调制器产生四倍频光载毫米波的光纤无线通信系统
图3两个级联强度调制器产生毫米波的RO F 系统实验装置图
F ig.3Ex per iment setup of RO F system fo r mm -w ave generat ion based on two intensity modulato r
所示。由DFB -LD 激光器产生波长为1543.7nm 的连续光波，进入马赫-曾德尔强度单臂调制器(MZM )。实验中采用下行链路数据信号为字长2
31
-1的伪随机码。下行链路的2.5Gbit/s 基带数据
信号通过电混频器与10GH z 的射频信号混频得到副载波调制信号，驱动单臂光强度调制器对光源产生的连续光载波进行调制，得到只有一阶边带的调制信号。图3中的(b)点是测量出的第一个调制器输出的光谱图，可以看到光载波被抑制，而且两个一阶边带与其他阶边带的抑制比达到20dB 以上。第二个强度调制器的射频信号与第一个调制器相同只是相位改变了 /2。用光纤布拉格光栅(FBG)滤掉多于的载波成分，图3中的(c)点是测量出的第二个调制器输出的光谱图，可以看到两个二阶边带具有相同的能量且高于其他阶边带约为30dB 。然后此信号经过掺铒光纤放大器(EDFA)前置放大后通过带宽为0.5nm 的可调谐光滤波器(T OF)滤波后得到光载毫米波。光载毫米波通过3dB 带宽为60GH z 的高
速光检测器变成电载毫米波。在经过第二个强度调制器后的光载毫米波的两个频率分量在光电转换时进行拍频产生重复频率为40GH z 的电载毫米波信号。图3中的(d)和(e)分别表示在无光纤传输和通过20km 的SMF 传输后的光载毫米波信号的眼图(测量时加了一个光电二极管)。在拍频之前光载毫米波经过传输不同距离的SM F 的眼图如图4
所示。通过实验可以看到再经过40km 的SM F 传
图4毫米波信号在传输不同距离的SM F 的眼图Fig.4Eye diagr ams of optical mm -wav e after different
dist ances over SM F.(a)10km;(b)20km;(c) 30km;(d)40km
输后眼图的占空比变小了，这是由于散的影响。
在此实验中，并没有通过天线发射无线信号，如图3所示，用电混频器(mix er )代替用户终端对下行链路的信号进行接收和解调。毫米波信号与40GH z 的射频信号混频后解调得到基带数据信号并进行误码检测。图3中的(f)和(g)分别表示无光纤传输和通过20km 的SM F 传输解调后的电载毫米波信号的眼图。可以看到在传输20km 后眼图依然清晰。实验结果与数值模拟仿真结果基本一致。利用型号为Annristu M PI 1764C 误码仪测量接收信号的误码，测量得到的下行链路的误码特性曲线如图5所示。对于下行链路，通过光纤传输20km
1912中 国 激 光 35卷
后，在误码率为10
-9
情况下，接收机的敏感度为
-20dBm，功率代价可以少于2dB，功率代价是由
于散所导致的。
图5下行链路数据的误码特性曲线
F ig.5Bit er ro r r ate (BER)cur ves for do wnstream
4 结 论
研究了一种基于载波抑制原理采用两个级联的强度调制器产生四倍频毫米波信号的方法。此系统结构简单，只用了两个强度调制器，降低了中心站和的成本，容易实现。检测到的毫米波信号频率和幅度都比较稳定，而且其边带与其他不需要的边带的抑制比超过了30dB 。分析了传输不同光纤距离后的眼图性能和在接收端解调后的下行链路数据的误码特性。对于下行链路，通过光纤传输20km 后，在误码率(BER)为10-9
情况下，接收机的敏感度为-20dBm，功率代价可以少于2dB 。通过实验证明此ROF 系统比较稳定。
参
考
文
韩先良献
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