應用于ROF系統(tǒng)中單邊帶毫米波生產(chǎn)的技術

□李欣航

目前已經(jīng)有了直接調(diào)制技術、外調(diào)制技術、光外差技術等很多種生成毫米波的方法。直接調(diào)制技術常用于低頻系統(tǒng)，主要因為其受到激光器的調(diào)制速率和帶寬影響比較大。光外差技術由兩個激光器發(fā)出兩束外差光，這種技術相對簡單，但是相位噪聲會嚴重影響到最終收到的毫米波信號性能。外部調(diào)制的方法是通過電光效應來調(diào)制光場，令其產(chǎn)生能夠隨著電信號變化的光信號。通過調(diào)整電路參數(shù)，來達到不同的調(diào)制格式。雙邊帶調(diào)制技術相對而言是最簡單的，但是傳輸距離越長，信號呈周期性的衰減就會越嚴重。用光載波調(diào)制技術生成的毫米波信號，抗色散的能力強、接收端靈敏度高，但它加載的數(shù)據(jù)波形會退化很快，主要是由光柵色散導致的。想要增加單邊帶調(diào)制技術生成的毫米波在光纖中的傳輸距離，首先應該盡量減小光柵的色散效應的影響，那么就需要拍頻接收到的一個邊帶信號與載波。雙邊帶信號的調(diào)制效率被提高了，信號頻帶的寬度也變得更寬了，而且上下兩個邊帶完全對稱，所攜帶的信息也完全相同，所以對于傳輸而言實際上僅需要一個邊帶。所以說對于頻帶利用率而言，單邊帶調(diào)制技術比雙邊帶調(diào)制技術更具有優(yōu)勢。常用的產(chǎn)生單邊帶毫米波的方法主要有以下幾種。

一、移相法

(一)利用雙電極馬赫—增德爾調(diào)制器(MZM)來實現(xiàn)單邊帶調(diào)制。利用移相法來進行單邊帶調(diào)制最典型的方法，就是利用雙電極馬赫—增德爾調(diào)制器(MZM)來實現(xiàn)單邊帶調(diào)制。原理如圖1所示。

圖1 雙電極MZM實現(xiàn)單邊帶調(diào)制結構簡圖

雙電極MZM的驅動是兩個相位差為π/2的對稱的射頻信號，表達式分別為：

V1(t)=VRFcos(ωRFt)

V2(t)=VRFcos(ωRFt+θ)

其中θ是π/2，ωRF為射頻信號的角頻率；Vπ是半波電壓；MZM的偏置電壓為Vdc=Vπ/2。故而輸出表達式為：

Eout?E0{cos[ωct+βcos(ωRFt+θ)]+

Eout?E0{J0(β)cos(ωct)-J1(β)cos[(ωc+ωRF)t+φ]}

其中光柵色散引起的相移為φ。可以說明在接收端只有一個邊帶與載波拍頻的。這樣結論就與φ無關，光線色散對信號的影響就可以被有效地避免，也就達到了增加信號傳輸距離的目的。

(二)通過使用類型一致的兩個雙電極MZM進行單邊帶調(diào)制。另一個實現(xiàn)單邊帶調(diào)制的方案原理如圖2，產(chǎn)生毫米波信號是通過使用類型一致的兩個雙電極MZM進行單邊帶調(diào)制而實現(xiàn)的。

圖2 單邊帶調(diào)制-新型的兩個馬赫-增德爾調(diào)制器

將0、Vπ/2的兩個偏置電壓加載在兩個MZ調(diào)制器的調(diào)制臂上，射頻信號的表達式即為：

Vmcos(ωt+π/2)

Vmcos(ωt)

Vmcos(ωt-π/2)

Vmcos(ωt)

其中Vm為波幅，ω表示角頻率。與典型的單邊帶調(diào)制技術相比，使用這個方案得到的毫米波穩(wěn)定性大大的增加了，因為其不會因調(diào)增加了制深度而使光調(diào)制效率降低。兩個MZM相結合的方法，既可以實現(xiàn)單邊帶調(diào)制，也可以使上行鏈路的波長復用也被實現(xiàn)，利用相位差為45°的本振信號來驅動在中心站的兩個調(diào)制器，可以抑制奇數(shù)邊帶。

在ROF系統(tǒng)中，如果想要通過移相法生成毫米波信號，經(jīng)常存在微波調(diào)制信號和光速不匹配的問題，而且通常系統(tǒng)結構都會比較復雜，并且還伴隨著直流偏置漂移的問題需要被解決，這都會在一定程度上增加工作的難度和成本，而未來的ROF想要實現(xiàn)相應功能勢必要建設更多的基站。

二、濾波法

濾波技術是先利用雙邊帶調(diào)制產(chǎn)生雙邊帶信號，然后濾除掉一個邊帶使其變?yōu)閱芜厧盘柕恼{(diào)制方法。用這種濾波的方法產(chǎn)生單邊帶信號，可以使波長在全雙工系統(tǒng)中被重用，并且還很大程度上簡化了系統(tǒng)的結構。如果說到最簡單方便的產(chǎn)生單邊帶信號的方法，那么就是濾波法了。所以在后續(xù)即將進行的關于相移光柵單邊帶傳輸性能的研究中也將繼續(xù)采用這種方法。