平衡探測技術(shù)在RoF系統(tǒng)獲取高質(zhì)量毫米波上的應(yīng)用

劉海燕

毫米波通信是當(dāng)前通訊研究的熱點，而結(jié)合了光纖通信和毫米波通信的光纖無線電（RoF）技術(shù)為毫米波的長距離傳輸提供了可能。但在RoF系統(tǒng)中，噪音的干擾會影響到毫米波通信的質(zhì)量。為了保證通信質(zhì)量，平衡探測技術(shù)被廣泛應(yīng)用于RoF系統(tǒng)高質(zhì)量毫米波的獲取。本文基于平衡探測原理，重點分析了平衡探測技術(shù)在RoF系統(tǒng)獲取高質(zhì)量毫米波上的應(yīng)用，結(jié)果表明應(yīng)用平衡探測技術(shù)能夠有效獲取高質(zhì)量的毫米波信號。

【關(guān)鍵詞】毫米波 RoF技術(shù) 平衡探測

毫米波通信因其具有頻率高、帶寬大的特點，已成為當(dāng)前有著高傳輸速率和大帶寬需求的無線通信技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點。然而，毫米波在傳輸過程中易受到環(huán)境的影響，在大氣中傳播過程中衰減嚴(yán)重，傳輸距離短。光纖無線電（Radio over Fiber， RoF）技術(shù)的出現(xiàn)為解決這一問題提供了可能。在RoF系統(tǒng)中，充分利用了光纖通信高質(zhì)大容量傳輸和毫米波通信高頻無線接入的優(yōu)勢，能夠很好地滿足用戶的需求，成為未來高速移動通信的候選方案之一。

在RoF系統(tǒng)中，要實現(xiàn)信號在光纖中的傳輸，毫米波信號的產(chǎn)生技術(shù)至關(guān)重要。目前，常用的毫米波信號產(chǎn)生的方法有直接調(diào)制、外部調(diào)制、頻率上轉(zhuǎn)換法以及光外差法等。這些方法都有各自的優(yōu)點并適用于一定的條件，但要獲得高質(zhì)量的毫米波信號，必須在RoF系統(tǒng)信號傳輸?shù)倪^程中獲得兩束相干的光信號，為實現(xiàn)這一目標(biāo)，需采用平衡探測的探測技術(shù)。本文基于平衡探測的基本原理，重點研究平衡探測技術(shù)在RoF系統(tǒng)獲取高質(zhì)量毫米波上的應(yīng)用。

1 平衡探測原理

平衡探測是近年來發(fā)展起來的相干光探測技術(shù)，它通過利用兩個光電探測器將由耦合器輸送來的兩束相干光信號經(jīng)由減法器處理來減少本地振蕩器信號中的噪聲效應(yīng)，再經(jīng)由帶通濾波處理后即可得到毫米波信號，其基本原理如圖1所示。

由式（3）可以看出，經(jīng)過平衡探測后的光電轉(zhuǎn)換信號中部分噪聲信號被抵消掉了。盡管采用的兩個光電探測器增加了其散粒噪聲，但平衡探測抵消掉的噪聲大于因增加光電探測器引入的散粒噪聲，因此于系統(tǒng)信噪比的提高仍有利。

由此可見，采用平衡光電探測器產(chǎn)生的毫米波信號與傳統(tǒng)的單光電探測器產(chǎn)生的毫米波信號相比，能夠有效的抑制激光器強度波動產(chǎn)生的過剩強度噪聲，利用這個優(yōu)勢可以提高整個系統(tǒng)的信噪比。

2 平衡探測技術(shù)在RoF系統(tǒng)中的應(yīng)用

應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域的RoF系統(tǒng)，結(jié)合了光纖通信遠(yuǎn)距離傳輸和毫米波通信高平率、大帶寬的優(yōu)點。RoF系統(tǒng)實現(xiàn)信號的傳輸是通過中心站對信號的交換、控制和再生后，由光纖傳輸給基站進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，然后由基站通過無線電發(fā)射到用戶終端的一個過程。在這個過程中涉及到毫米波調(diào)制光波、光纖調(diào)制光波傳輸、毫米波與光波的分離調(diào)制、毫米波的產(chǎn)生等一些變換，由于受到設(shè)備和環(huán)境因素的影響，在這一系列變換過程中會對傳輸?shù)男盘栆朐肼?，影響通信質(zhì)量。因此，在毫米波通信中，獲得高質(zhì)量的毫米波信號對通信的質(zhì)量至關(guān)重要。目前，應(yīng)用平衡探測技術(shù)是RoF系統(tǒng)獲得高質(zhì)量毫米波的常用技術(shù)手段。

在RoF系統(tǒng)信號的傳輸過程中，常會存在相位噪聲和系統(tǒng)強度噪聲，對傳輸?shù)男盘栐斐捎绊?。利用平衡探測將法布里-珀羅（F-P）濾波器濾出的兩束相干光進(jìn)行檢測，得到的光電輸出電流信號為：

式（4）中i1（t）、i2（t）為系統(tǒng)噪聲。由此可見，平衡探測獲得的毫米波信號頻率為相干光信號的頻率差，這就極大的削弱了噪聲信號對傳輸?shù)暮撩撞ㄐ盘柕挠绊?，使得系統(tǒng)噪聲得到了極大的改善。稅奇軍等的仿真結(jié)果進(jìn)一步證實，經(jīng)平衡探測的信號在通過帶通濾波器輸出后的信號頻率為兩相干光的頻率差，抵消了噪聲的干擾，使得獲得毫米波信號的質(zhì)量得到了提高。

對于RoF系統(tǒng)中的相位噪聲，黃瓊提出了一種基于相位調(diào)制的平衡探測方法。該方法采用相位調(diào)制器，將電信號調(diào)制到光波上，并通過布拉格光珊（FBG）將相位調(diào)制的信號轉(zhuǎn)換成強度調(diào)制的信號，然后通過探測器平衡探測，輸出得到的電流信號為：

該方法提高了信號的功率，使得增強的信號功率遠(yuǎn)大于增加的噪聲功率，從而從整體上仍增加了整個RoF系統(tǒng)的性能。

在進(jìn)行平衡探測與單管探測在獲取未被噪聲湮沒環(huán)境中的微弱信號性能上的對比時，發(fā)現(xiàn)在一致性系數(shù)較大（k>0.6）時平衡探測的信噪比要優(yōu)于單管探測。在平衡探測器一致性系數(shù)較小的情況下， 單管和平衡探測的信噪比相差不大，但在一致性系數(shù)較大的情況下，平衡探測器一致性微小的變化會引起平衡探測器的信噪比巨大變化。

在毫米波產(chǎn)生的光外差方法中，通常的光外差系統(tǒng)只使用一個光電探測器，這樣系統(tǒng)中激光器的強度噪聲、光電器的散粒噪聲等就會對產(chǎn)生的毫米波信號造成影響，降低了其信噪比。為了降低系統(tǒng)的噪音，對光外差系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化以降低激光器頻漂對毫米波信號傳輸?shù)挠绊?，同時采用平衡探測抵消噪聲強度，提高系統(tǒng)毫米波信號的特性，從而提高整個系統(tǒng)的信噪比，有利于毫米波信號在ROF系統(tǒng)中的長距離傳輸。

3 結(jié)束語

在毫米波通信中，RoF技術(shù)為其長距離提供了可能。但要保證毫米波通信的質(zhì)量，RoF系統(tǒng)中高質(zhì)量毫米波信號的獲取至關(guān)重要。基于平衡探測的探測技術(shù)，能夠有效地抑制RoF系統(tǒng)中的噪音信號，獲取高質(zhì)量的毫米波信號，從而提高了系統(tǒng)的信噪比，保證了毫米波通信的長距離傳輸。

參考文獻(xiàn)

[1]王沁泉，陳福深.光學(xué)外差法產(chǎn)生微波信號特性的研究[J].半導(dǎo)體光電，2009，06：955-957.

作者單位

長沙醫(yī)學(xué)院 湖南省長沙市 410219