基于強(qiáng)度調(diào)制器的OFM系統(tǒng)性能分析

王明曄　張麗　李明

摘 要： 隨著無(wú)線接入技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)寬帶網(wǎng)絡(luò)容量與速度的要求也與日俱增，由此，光纖與微波的結(jié)合技術(shù)逐步走進(jìn)人們的視線。在此基礎(chǔ)上就光倍頻（OFM）技術(shù)中微波副載波產(chǎn)生方法進(jìn)行了一些探討，研究了基于強(qiáng)度調(diào)制器的OFM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)分析了激光相位噪聲和掃描相位噪聲對(duì)系統(tǒng)性能的影響，最后對(duì)該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的微波副載波在ROF系統(tǒng)中采用單模光纖傳輸進(jìn)行了性能檢測(cè)。

關(guān)鍵詞： 微波副載波； 光倍頻； 馬赫?曾德?tīng)柛缮鎯x； 相位噪聲

中圖分類號(hào)： TN929.1?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）01?0022?04

Abstract： With the rapid development of wireless access technologies， the requirements of broadband network capacity and speed are increased. Thus， the technology combining fiber with microwave attracts people′s attention. On this basis， the microwave subcarrier generation method in OFM technology is investigated. The implementation of OFM technology based on intensity modulator is researched. The impact of laser phase noise and sweep signal phase noise on the OFM System is analyzed emphatically. The single?mode fiber transmission of microwave subcarrier in the ROF system was detected.

Keywords： microwave subcarrier； OFM； MZI； phase noise

隨著寬帶通信中光纖作為傳輸介質(zhì)被廣泛應(yīng)用， Radio?over?Fibre（RoF）已成為研究熱點(diǎn)，尤為矚目的是該技術(shù)中微波信號(hào)的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。目前，該技術(shù)中微波副載波的產(chǎn)生方法可分三類：強(qiáng)度調(diào)制?直接檢測(cè)法、光外差法和頻率轉(zhuǎn)換法[1?3]。一種改進(jìn)的頻率轉(zhuǎn)換法——OFM（Optical Frequency Multiplication）技術(shù)逐步走入人們的視線，該技術(shù)采用相位調(diào)制器和馬赫?曾德?tīng)柛缮鎯x（MZI）實(shí)現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換，獲取到原信號(hào)的倍頻微波副載波。本文基于實(shí)現(xiàn)倍頻信號(hào)的思想，提出了一種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、成本較小的基于強(qiáng)度調(diào)制器OFM系統(tǒng)。仿真表明該系統(tǒng)與基于相位調(diào)制器OFM系統(tǒng)一樣具有可行性。

1 OFM技術(shù)

OFM技術(shù)作為一種改進(jìn)的頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)仍是通過(guò)激光二極管（LD）實(shí)現(xiàn)光信號(hào)，但與以往的頻率轉(zhuǎn)換法的區(qū)別是，不需要在遠(yuǎn)程接入單元實(shí)現(xiàn)頻率變換而是在頭端完成。OFM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示[1]，主要包括頭端（Headend）和遠(yuǎn)程接入單元（RAU）兩部分。在Headend主要完成光電變換和調(diào)制變換，具體過(guò)程是：掃描電信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制器調(diào)制到LD產(chǎn)生的光波上，而調(diào)制后的光信號(hào)通過(guò)MZI的周期濾波等作用變頻至微波段，再由光纖傳送到RAU。在RAU只需進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，就可用帶通濾波器獲取原來(lái)掃描電信號(hào)的[N]倍頻微波副載波。針對(duì)寬帶通信中大量RAU的需求問(wèn)題，OFM技術(shù)不僅減少了線路的復(fù)雜性，也很大程度上節(jié)約了系統(tǒng)成本。

2 基于強(qiáng)度調(diào)制器的OFM技術(shù)的提出

2.1 基于相位調(diào)制器的OFM技術(shù)

基于相位調(diào)制器的OFM技術(shù)使用光相位調(diào)制器實(shí)現(xiàn)把低射頻掃描電信號(hào)加載到光波上，利用MZI完成光載波周期濾波。LD產(chǎn)生幅度為[E0]的光場(chǎng)，也是調(diào)制器輸入場(chǎng)，MZI輸入場(chǎng)等于相位調(diào)制器的輸出場(chǎng)，經(jīng)過(guò)干涉儀后檢測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度[1]見(jiàn)公式（1）：

考慮掃描信號(hào)相位噪時(shí)，對(duì)比公式（5）和公式（2），兩式中直流分量沒(méi)有發(fā)生變化，仍含有奇偶諧波分量，但奇偶諧波分量中峰值頻率差發(fā)生變化，說(shuō)明實(shí)現(xiàn)信號(hào)強(qiáng)度有衰減。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證掃描信號(hào)的相位噪聲的影響，采用Optisystem仿真分析系統(tǒng)受掃描信號(hào)噪聲影響情況，結(jié)果如圖3所示。圖3（a）為沒(méi)有噪聲情況下頻譜分析儀的檢測(cè)結(jié)果，圖3（b）為頻譜分析儀有噪聲情況下的檢測(cè)結(jié)果。雖然仿真結(jié)果相對(duì)于實(shí)際電路中存在一定量誤差，但不難發(fā)現(xiàn)，有掃描信號(hào)噪聲影響時(shí)造成諧波強(qiáng)度的衰減。以第三階諧波為例，沒(méi)有掃描信號(hào)相位噪聲影響時(shí)，強(qiáng)度為45 dB；有噪聲影響時(shí)，第二階諧波強(qiáng)度為39 dB，有6 dB的衰減。而隨著信號(hào)頻率的增加，噪聲的影響也在不斷增加。此現(xiàn)象表明，由于瞬時(shí)頻率的變化引起的峰值頻率差變化與諧波分量的階數(shù)成正比。

4 基于OFM技術(shù)的ROF系統(tǒng)檢測(cè)

為了測(cè)試該計(jì)術(shù)在寬帶網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，對(duì)數(shù)字信號(hào)傳輸過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)性能分析，搭建測(cè)試圖如圖4所示，系統(tǒng)運(yùn)行在50 km單模光纖鏈路中。色散是光纖的傳輸特性之一，而材料色散的影響占主導(dǎo)，在這里主要分析系統(tǒng)在單模光纖鏈路中的可行性。

實(shí)驗(yàn)選取掃描信號(hào)頻率為5 GHz，攜帶的信息數(shù)字信號(hào)調(diào)制到系統(tǒng)產(chǎn)生的15 GHz的微波信號(hào)上，經(jīng)過(guò)50 km單模光纖鏈路傳輸后進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)。在遠(yuǎn)程單遠(yuǎn)光電轉(zhuǎn)換后通過(guò)帶通濾波器和解調(diào)器獲取原數(shù)字信息。在圖中選取6個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)觀察這6個(gè)節(jié)點(diǎn)分析基于強(qiáng)度調(diào)制器和MZI的光倍頻技術(shù)的RoF系統(tǒng)性能，在這里值得注意的是光電轉(zhuǎn)換后的e點(diǎn)和帶通濾波器后f點(diǎn)的輸出情況，如圖5所示。

根據(jù)圖5的輸出情況可以看出，數(shù)字信號(hào)調(diào)制到15 GHz微波副載波信號(hào)上，在單模光纖介質(zhì)中傳輸50 km路程后可以被檢測(cè)到，此現(xiàn)象表明基于強(qiáng)度調(diào)制器的倍頻技術(shù)在RoF系統(tǒng)中具有可行性。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)基于相位調(diào)制器的OFM技術(shù)高成本、不易生產(chǎn)的問(wèn)題，提出了一種基于強(qiáng)度調(diào)制器的OFM技術(shù)，對(duì)該技術(shù)的性能進(jìn)行了分析和檢驗(yàn)。結(jié)果表明，該技術(shù)具有與基于相位調(diào)制的OFM技術(shù)相同的性能，說(shuō)明基于強(qiáng)度調(diào)制器的OFM系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)原掃描電信號(hào)的倍頻信號(hào)，且系統(tǒng)不受激光相位噪聲影響，不需要采用鎖相環(huán)路以及光注入鎖定等附加電路來(lái)抑制激光相位噪聲。系統(tǒng)在單模光纖鏈路中產(chǎn)生的諧波分量強(qiáng)度受掃描信號(hào)的相位噪聲影響，仿真分析得出，瞬時(shí)頻率的變化引起的峰值頻率差的改變與諧波分量的階數(shù)成正比。

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