光纖無(wú)線電系統(tǒng)中兩路毫米波信號(hào)的同時(shí)產(chǎn)生

稅奇軍，唐炳華，張 莉

(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

隨著信息技術(shù)對(duì)通信系統(tǒng)的容量、帶寬、安全性以及靈活性的要求越來(lái)越高，當(dāng)今通信網(wǎng)絡(luò)逐漸不能滿足這種需求。光纖雖然能夠提供巨大的帶寬，但其靈活性太差。無(wú)線通信利用傳統(tǒng)的射頻和微波信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)性，但不能提供高速數(shù)據(jù)傳輸和足夠的安全性，更關(guān)鍵的是26～75 GHz頻率段的毫米波信號(hào)目前未被使用，這一頻率段極有可能成為第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)工作的主要頻率段。結(jié)合光纖通信和無(wú)線通信的優(yōu)點(diǎn)，光載毫米波系統(tǒng)已經(jīng)成為目前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)［1－8］。

2 理論模型

光載毫米波系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)包括毫米波信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸和接收，其中對(duì)毫米波信號(hào)產(chǎn)生的研究目前主要集中在系統(tǒng)中一路毫米波信號(hào)的產(chǎn)生，本文將重點(diǎn)討論光載毫米波系統(tǒng)中如何同時(shí)產(chǎn)生兩路毫米波信號(hào)的情況，其工作原理如圖1所示。

激光器通過(guò)分光器將兩束激光分別送入馬赫－曾德?tīng)栒{(diào)制器1和馬赫－曾德?tīng)栒{(diào)制器2上，將基帶信號(hào)1和基帶信號(hào)2通過(guò)乘法器分別加載到射頻信號(hào)1和射頻信號(hào)2上，將兩路加載有基帶信號(hào)的射頻信號(hào)分別送入馬赫－曾德?tīng)栒{(diào)制器1和馬赫－曾德?tīng)栒{(diào)制器2上。將兩路經(jīng)過(guò)馬赫－曾德?tīng)栒{(diào)制器的信號(hào)通過(guò)耦合器送入光纖進(jìn)行傳輸。在接收端分別利用光電探測(cè)器1和光電探測(cè)器2對(duì)光信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，經(jīng)過(guò)低通濾波器之后同時(shí)產(chǎn)生毫米波信號(hào)1和毫米波信號(hào)2。在圖1中經(jīng)過(guò)雙驅(qū)動(dòng)馬赫－曾德?tīng)栒{(diào)制器的光場(chǎng)分別為［9］:

圖1 兩路毫米波信號(hào)產(chǎn)生的工作原理圖

式(1)和式(2)中的VDC1和VDC2分別為兩電極的直流偏置電壓;φ1和φ2分別為兩電極上射頻驅(qū)動(dòng)電壓的初始相位，在分析中對(duì)馬赫－曾德?tīng)栒{(diào)制器采用抑制載波調(diào)制，所以其初始相位差等于π。ωRF1和ωRF2分別為射頻信號(hào)1和射頻信號(hào)2的角頻率。兩路信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖傳輸之后在光電探測(cè)器1和光電探測(cè)器2上探測(cè)到的電流分別為:

式(3)和式(4)中L和G分別是光纖的長(zhǎng)度和光放大器的增益;Δτi分別是信號(hào)1和信號(hào)2經(jīng)過(guò)光纖的群時(shí)延;di分別是基帶信號(hào)1和基帶信號(hào)2;R是光電探測(cè)器的響應(yīng)度;ti分別是馬赫－曾德?tīng)栒{(diào)制器1和馬赫－曾德?tīng)栒{(diào)制器2的插入損耗。

式(5)中，ε為馬赫－曾德?tīng)栒{(diào)制器的消光比。由式(3)和式(4)可以發(fā)現(xiàn)在接收端同時(shí)產(chǎn)生了頻率分別為2ωRF1和2ωRF2的毫米波信號(hào)。

3 仿真分析

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用連續(xù)激光器，其工作波長(zhǎng)為1550 nm，輸出功率為－3 dBm。射頻信號(hào)1和射頻信號(hào)2的頻率分別為14 GHz和17 GHz。馬赫－曾德?tīng)栒{(diào)制器的消光比為25 dB并且其插入損耗為6 dB。經(jīng)過(guò)光纖長(zhǎng)度為50 km傳輸之后，在接收端采用光電探測(cè)器1和光電探測(cè)器2探測(cè)，經(jīng)過(guò)低通濾波器之后同時(shí)產(chǎn)生的毫米波信號(hào)頻譜如圖2、圖3所示，接收端接收到的基帶信號(hào)的眼圖如圖4、圖5所示。

由圖2、圖3可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)光電探測(cè)器1和光電探測(cè)器2之后分別產(chǎn)生了質(zhì)量較高的頻率分別為28 GHz和34 GHz的毫米波信號(hào)，并且由射頻信號(hào)1和射頻信號(hào)2攜帶的基帶信號(hào)在接收端的誤碼率為10－9，滿足正常通信系統(tǒng)的要求。

4 結(jié)論

在光載毫米波信號(hào)系統(tǒng)中利用兩個(gè)平行的馬赫－曾德?tīng)栒{(diào)制器對(duì)加載兩個(gè)基帶信號(hào)的射頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離的光纖傳輸之后，通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)在接收端同時(shí)產(chǎn)生了頻率為發(fā)送端射頻信號(hào)兩倍頻率的高質(zhì)量的兩束毫米波信號(hào)，并且在接收端以很小的誤碼率恢復(fù)出了基帶信號(hào)，這為光載毫米波系統(tǒng)中多路毫米波信號(hào)的產(chǎn)生的研究提供了進(jìn)一步的參考。

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