光纖無線電系統(tǒng)中的新型探測法研究*

稅奇軍，唐炳華，柴 燕，伍世云，易 鴻

(四川文理學(xué)院物理與工程技術(shù)系，四川 達(dá)州 635000)

1 引言

光纖無線電系統(tǒng)利用光載波攜帶毫米波信號在中心站和基站之間構(gòu)成上行和下行傳輸鏈路，能夠滿足寬帶無線接入系統(tǒng)的需求。利用光外差的方法產(chǎn)生毫米波信號是光載毫米波最簡單和直接的方式。傳統(tǒng)的光外差方法會受到相位噪聲和強(qiáng)度噪聲的影響，從而降低毫米波信號的質(zhì)量。利用可調(diào)諧激光器通過兩個光纖布拉格光柵反射出兩束相位近似相等的相干光并且采用平衡探測，可以大大減小相位噪聲和強(qiáng)度噪聲對產(chǎn)生的毫米波的影響，從而大大提高毫米波信號的質(zhì)量［1－5］。

2 理論模型

光纖無線電系統(tǒng)中，毫米波的產(chǎn)生是其關(guān)鍵技術(shù)之一。利用光學(xué)的方法產(chǎn)生毫米波信號可以大大提高信號的轉(zhuǎn)換效率。光外差方法是最簡單的方式。如果采用雙光源的方式外差，由于兩個獨(dú)立的激光器其相位差別很大，導(dǎo)致相位噪聲也比較大。如果采用直接探測信號的方式會使系統(tǒng)的強(qiáng)度噪聲也比較大，為了減小相位噪聲和強(qiáng)度噪聲，采用平衡探測。基于平衡探測的光纖無線電傳輸系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

在采用平衡探測的光纖無線電傳輸系統(tǒng)中光源為一可調(diào)諧激光器，可調(diào)諧激光器產(chǎn)生不同波長的光束經(jīng)過光纖布拉格光柵1、2分別反射出第一束和第二束激光。將基帶信號加載在第一束反射出來的光上送入電光調(diào)制器，將第二束反射出來的光和經(jīng)過電光調(diào)制器之后的光送入2×2光纖耦合器，將2×2光纖耦合器出來的兩束激光分別送入光電探測器1、2進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，利用信號合成器將兩路信號相減之后送入帶通濾波器就能產(chǎn)生相位噪聲和強(qiáng)度噪聲較小的毫米波信號。由光纖布拉格光柵1、2反射出來的激光光場分別為［6］:

圖1 基于平衡探測的光纖無線電傳輸系統(tǒng)工作原理圖

由于光纖布拉格光柵1、2反射出的兩束光來自同一激光器，所以兩束光相位近似相等，在接收端相位噪聲將大大減小。經(jīng)過電光調(diào)制器之后的輸出光場為:

(3)式中R(t)為基帶信號。經(jīng)過光電探測器1、2 探測之后的電流分別為［7］:

(4)式和(5)式中 α1，α2為光電轉(zhuǎn)換常數(shù)，i1(t)，i2(t)為系統(tǒng)噪聲。在接收端采用平衡探測，通過減法器將兩路電信號相減可以大大減小系統(tǒng)的強(qiáng)度噪聲，經(jīng)過帶通濾波器之后就能產(chǎn)生攜帶基帶信號的毫米波信號，其頻率為兩束相干光的頻率差。

3 仿真分析

系統(tǒng)單一光源采用基于多模光纖濾波器的可調(diào)諧摻鉺光纖激光器［8］，它可以在中心波長為1542－1560nm范圍內(nèi)輸出不同的激光束。經(jīng)過光纖耦合器耦合之后的光信號光譜如圖2所示，為了比較直接探測和平衡探測之后毫米波的情況，在接收端先采用直接探測產(chǎn)生的毫米波信號頻譜如圖3所示，利用平衡探測產(chǎn)生的毫米波信號頻譜如圖4所示。由圖3和圖4可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過平衡探測之后的毫米波信號頻譜相對于直接探測之后的毫米波信號頻譜，其相位噪聲和強(qiáng)度噪聲大大降低了，這主要是由于外差的兩束光來自同一激光器，其相位近似相等，所以降低了相位噪聲，并且采用平衡探測將系統(tǒng)的強(qiáng)度噪聲也大大減小。

4 結(jié) 束 語

在光纖無線電系統(tǒng)中利用光纖布拉格光柵從可調(diào)諧激光器中選出兩束相位近似相等的相干光，減小了光外差的相位噪聲;采用平衡探測法減小了系統(tǒng)的強(qiáng)度噪聲。由于系統(tǒng)的相位噪聲和強(qiáng)度噪聲都大大減小，通過仿真發(fā)現(xiàn)在帶通濾波器的輸出端產(chǎn)生了頻率為兩束相干光頻率差的高質(zhì)量毫米波信號，這為進(jìn)一步減小光纖無線電系統(tǒng)的噪聲提供了一定的參考。

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