光載無(wú)線通信(rof)體系全光頻率之變換研究

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1、光載無(wú)線通信(ROF)體系全光頻率之變換研究第1章緒論1.1全光頻率下變換研究背景及意義隨著人們對(duì)通信帶寬和靈活接入需求的不斷提高，現(xiàn)有的無(wú)線通信所提供的帶寬有限，而能承載高速數(shù)據(jù)的光纖卻缺乏可移動(dòng)性，因而光載無(wú)線通信(ROF)應(yīng)運(yùn)而生。ROF技術(shù)結(jié)合了光纖通信與無(wú)線通信的優(yōu)點(diǎn)，其本質(zhì)上就是利用光纖來(lái)傳輸無(wú)線信號(hào)，將無(wú)線信號(hào)調(diào)制在光載波上，通過(guò)光纖傳輸?shù)交荆儆苫具M(jìn)行光電轉(zhuǎn)換恢復(fù)出無(wú)線信號(hào)，最后通過(guò)天線發(fā)射給用戶，這樣既利用了光纖高帶寬的特性，也避免了無(wú)線信號(hào)在空氣中傳輸時(shí)的巨大損耗。圖1-1給出了ROF系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，一般ROF系統(tǒng)主要由中

2、心站、光纖鏈路和基站三部分組成[2]。中心站主要的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理和頻率變換?；局饕墓δ苁菍?duì)下行鏈路的光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，以便于通過(guò)天線發(fā)射給用戶終端；同時(shí)在上行鏈路時(shí)對(duì)天線接收到的電信號(hào)進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換，以便于在光纖鏈路中傳輸。而光纖則是連接基站和中心站的重要鏈路，鏈路傳輸性能對(duì)整個(gè)ROF系統(tǒng)起著重要的作用。ROF系統(tǒng)中，在基站需要高帶寬的調(diào)制器將攜帶數(shù)據(jù)信號(hào)的射頻(RF)信號(hào)加載到光波上，同時(shí)在中心站需要高速接收模塊將數(shù)據(jù)信號(hào)從RF信號(hào)上解調(diào)出來(lái)，因而中心站的接收模塊因其大帶寬指標(biāo)而導(dǎo)致成本偏高，為了解決這一問題，全光頻率

3、下變換技術(shù)被視為一種潛在的有效解決途徑，即在基站將RF信號(hào)加載到光載波上，在中心站采用光學(xué)方法將RF信號(hào)變換到中頻(IF)信號(hào)或者基帶信號(hào)，這樣既簡(jiǎn)化了基站結(jié)構(gòu)，同時(shí)也降低了對(duì)接收模塊帶寬的要求，從而節(jié)省了成本。與傳統(tǒng)的電混頻技術(shù)相比，其避免了混頻器件的非線性損耗，而且處理帶寬比較寬，降低了對(duì)光電探測(cè)器帶寬的要求。1.2全光頻率下變換技術(shù)研究現(xiàn)狀目前實(shí)現(xiàn)頻率下變換主要有三種方法，第一種方法就是利用特殊的濾波器直接濾出帶有上行鏈路數(shù)據(jù)的信號(hào)[12]，然后進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換得到中頻(IF)信號(hào)或基帶信號(hào)，這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是不夠靈活，因?yàn)楫?dāng)濾波器的中心波

4、長(zhǎng)和攜有上行鏈路數(shù)據(jù)的邊帶對(duì)準(zhǔn)后，光載波和RF信號(hào)旳頻率都不能再改變，對(duì)器件要求相當(dāng)?shù)母?，同時(shí)，只濾出了其中的一個(gè)邊帶，光載波和另外一個(gè)信號(hào)邊帶都沒有得到合理的應(yīng)用，造成了邊帶的浪費(fèi)，使功率效率比較低；第二種方法是基于各種調(diào)制方式的頻譜搬移，使RF信號(hào)邊帶與載波頻移到一起，再用帶通濾波器濾波、光電檢測(cè)得到IF信號(hào)或基帶信號(hào)這種方法需要級(jí)聯(lián)調(diào)制器使載波和信號(hào)邊帶產(chǎn)生頻移，或者是用一個(gè)本振源實(shí)現(xiàn)等效頻譜搬移，這種方法相對(duì)于比較靈活，所以研究相對(duì)比較多；第三種方法是利用器件的非線性性能實(shí)現(xiàn)頻率下變頻[15_21]。這種方法本質(zhì)是第二種方法的延伸。目前主

5、要有利用級(jí)聯(lián)的強(qiáng)度調(diào)制器，半導(dǎo)體光放大器一馬赫增德爾干涉儀(SOA-MZI)，半導(dǎo)體光放大器一電吸收調(diào)制器(EAM),單個(gè)EAM等實(shí)現(xiàn)頻譜的偏移結(jié)構(gòu)。第2章基本理論2.1ROF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ROF系統(tǒng)有三種傳輸方案，分別為基帶傳輸方案、IF傳輸方案和RF傳輸方案[34]?；鶐鬏敽虸F傳輸下行鏈路傳輸?shù)交竞笠獙?duì)相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行頻率的上變換以便于發(fā)射給用戶，而上行鏈路時(shí)則要在基站先將用戶端發(fā)射來(lái)的RF信號(hào)下變頻到基帶信號(hào)或者IF信號(hào)才能傳輸，明顯的這兩種傳輸方案增加了基站的成本，不適合基站密集分布的情況。相反的，RF傳輸方案在基站無(wú)需任何的變頻裝置，而是

6、把復(fù)雜的變頻裝置及信號(hào)處理都集中到了中心站，所以是ROF系統(tǒng)中常用的方案[34]。圖2-1給出了傳輸RF信號(hào)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，相較于圖1-1，圖2-1詳細(xì)的給出了ROF系統(tǒng)中各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)。從圖中可以看出，下行鏈路時(shí)，先將下行基帶信號(hào)通過(guò)射頻調(diào)制模塊加載到RF信號(hào)上，再通過(guò)光發(fā)射機(jī)部分，這部分一般是將RF信號(hào)調(diào)制到光信號(hào)上，通常最常見的就是使用光調(diào)制器，如MZM，以便于在光纖鏈路上傳輸，當(dāng)下行信號(hào)傳輸?shù)交竞蠊饨邮諜C(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到RF信號(hào)，直接通過(guò)天線發(fā)射給用戶。2.2MZM工作原理與外調(diào)制理論MZM應(yīng)用材料的電光效應(yīng)制成，典型的MZM的結(jié)

7、構(gòu)是基于MZ干涉結(jié)構(gòu)，可將相位變化轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度變化。本章將以雙驅(qū)動(dòng)MZM(DD-MZM)的結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行分析。圖2-2給出了DD-MZM的結(jié)構(gòu)圖，輸入光波在DD-MZM的輸入端被一個(gè)Y分支分為兩束光波后通過(guò)兩路長(zhǎng)度不同的光波導(dǎo)傳輸，一般將這兩段光波導(dǎo)稱為MZM的兩個(gè)臂。這兩個(gè)臂至少有一個(gè)是由電光材料制成，即利用材料的電光效應(yīng)。DD-MZM結(jié)構(gòu)的兩個(gè)臂都是用電光材料制成，相當(dāng)于兩個(gè)相位調(diào)制器的集成[35]。這樣有利于實(shí)現(xiàn)零嗎嗽調(diào)制和其他更復(fù)雜的應(yīng)用，比如實(shí)現(xiàn)一些特殊的調(diào)制方式。輸出端的Y型結(jié)構(gòu)主要是將兩臂信號(hào)稱合成單模信號(hào)輸出。第3章基于雙平行MZM全

8、光頻率下變換技術(shù)...........183.1引言..........183.2基于雙平行MZM全光頻率下變換..........18