基于波長(zhǎng)間插復(fù)用的載波抑制雙邊帶射頻光纖傳輸系統(tǒng)

王東飛，陳新橋

(中國(guó)傳媒大學(xué) 信息工程學(xué)院，北京 100024)

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基于波長(zhǎng)間插復(fù)用的載波抑制雙邊帶射頻光纖傳輸系統(tǒng)

王東飛，陳新橋

(中國(guó)傳媒大學(xué) 信息工程學(xué)院，北京 100024)

提出了一種基于波長(zhǎng)間插復(fù)用的載波抑制雙邊帶(ODSB-SC)射頻光纖傳輸(ROF)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用馬赫曾德爾調(diào)制器(MZM)實(shí)現(xiàn)了ODSB-CS調(diào)制信號(hào)，采用馬赫曾德爾干涉儀(MZI)實(shí)現(xiàn)了兩路RF信號(hào)的解復(fù)用，并采用光子模擬軟件設(shè)計(jì)出了一個(gè)15GHz和25GHz的兩路射頻(RF)信號(hào)經(jīng)過波長(zhǎng)間插復(fù)用的ODSB-SC的ROF系統(tǒng)，討論了MZI的延時(shí)時(shí)間對(duì)解復(fù)用出來的RF復(fù)用信號(hào)性能的影響。

波長(zhǎng)間插復(fù)用；馬赫曾德爾調(diào)制器(MZM)；馬赫曾德爾干涉儀(MZI)；光載波抑制雙邊帶信號(hào)(ODSB-SC)；射頻光纖傳輸(ROF)

1　引言

光載波無線電技術(shù)(ROF)就是把具有靈活性、可移動(dòng)性的無線通信和具有傳輸容量大、抗干擾性強(qiáng)、低損耗的光纖通信相融合。在ROF系統(tǒng)中，將昂貴復(fù)雜的設(shè)備集中在中心站(CS)，簡(jiǎn)化了基站(BS)的結(jié)構(gòu)，大大降低了系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)的成本[1-3][5-6][10]。常規(guī)雙邊帶調(diào)制的ROF系統(tǒng)頻譜利用率比較低，為了提高ROF的頻譜利用效率，提出了波長(zhǎng)間插復(fù)用技術(shù)(WI)[4]。在ROF系統(tǒng)中，采用WI可以使信道間隔低于兩倍最高調(diào)制頻率，有效地提高了頻帶利用率。本文提出了一種實(shí)現(xiàn)兩個(gè)射頻波長(zhǎng)間插復(fù)用的載波抑制雙邊帶(ODSB-SC)射頻光纖傳輸(ROF)系統(tǒng)。

2　原理及理論分析

2.1載波抑制雙邊帶調(diào)制原理：

雙射頻波長(zhǎng)間插復(fù)用的ODSB-SC ROF系統(tǒng)，在CS中兩路RF載波信號(hào)通過電加法器耦合成RF調(diào)制信號(hào)，并通過MZM實(shí)現(xiàn)上變頻以及產(chǎn)生ODSB-SC信號(hào)，在BS中MZI把兩路RF信號(hào)分離并通過電幅度調(diào)制器進(jìn)行解調(diào)。假設(shè)信號(hào)為Ein(t)=Eccos(ωct)，其中Ec和ωc分別為激光器輸出的連續(xù)光波的幅度和角頻率。兩路不同的基帶信號(hào)分別調(diào)制兩路不同的射頻信號(hào)，得到兩個(gè)RF調(diào)制信號(hào)，然后通過耦合器把耦合成一路波長(zhǎng)交織的RF信號(hào)，直接去驅(qū)動(dòng)MZM。經(jīng)MZM的輸出信號(hào)[7]：

+cos[ωct+φ+γcos(ωRFt+θ)]}

(1)

cos((2m-1)ωRFt+(2m-1)θ)

+cos(ωct)

(2)

通過設(shè)置適當(dāng)?shù)摩眨构庾V功率主要集中在一階邊帶上，這樣，就可以忽略掉二階及二階以上邊帶。為了能夠調(diào)制生成ODSB-SC信號(hào)，可以通過調(diào)節(jié)MZM的直流偏置電壓以及兩路RF信號(hào)的相位差θ，將直流偏置電壓設(shè)置在其功率輸出曲線的最小值處，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了電光轉(zhuǎn)換。根據(jù)式(2)可知，設(shè)置Vdc=Vπ，兩臂上的RF信號(hào)的相位差θ=π時(shí)可以實(shí)現(xiàn)抑制載波的雙邊帶調(diào)制，得到ODSB-SC光RF信號(hào)可以表示為：

Eout(t)=-EcJ1(γ)

[sin(ωct+ωRFt)+sin(ωct-ωRFt)]

(3)

從MZM輸出的ODSB-SC信號(hào)經(jīng)單模光纖傳輸?shù)交?，在MZI中把載有兩路RF信號(hào)的光RF信號(hào)分離出來，然后將它們分別送入兩個(gè)不同的解調(diào)器進(jìn)行AM相干解調(diào)。

2.2波長(zhǎng)交錯(cuò)的原理[2][8][9]

波長(zhǎng)間插復(fù)用技術(shù)就是在光載波和調(diào)制邊帶之間未被使用的波段，插入其他波長(zhǎng)的信號(hào)，使這些不同波長(zhǎng)的調(diào)制邊帶交織[11]。MZI用來作為一個(gè)可調(diào)諧的光濾波器，其輸出信號(hào)取決于其臂長(zhǎng)和信號(hào)的頻率，其傳輸函數(shù)為：

(4)

其中τ為上臂上的延遲時(shí)間。通過式(4)，我們可以得到MZI的輸出函數(shù)為：

(5)

(6)

(7)

3　仿真實(shí)驗(yàn)與分析

3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

利用光子模擬軟件Optisystem搭建了仿真系統(tǒng)，如圖1所示。在中心站用5Gbps數(shù)據(jù)的頻率調(diào)制15GHz和25GHz兩RF載波信號(hào)通過電加法器合成RF調(diào)制信號(hào)，其頻譜如圖2所示，時(shí)域如圖3所示。RF調(diào)制信號(hào)通過MZM實(shí)現(xiàn)ODSB-SC，光載波為從激光器輸出的連續(xù)波(CW)，其中頻率為193.1THz，線寬為15MHz。圖4為調(diào)制器輸出的ODSB-SC光譜圖。對(duì)于15GHz的光RF調(diào)制信號(hào)，其上邊帶頻率為193.115THz，下邊帶為193.085THz，調(diào)制帶寬為30GHz，對(duì)于25GHz的光RF調(diào)制信號(hào)，其上下邊帶頻率分別為193.125GHz和193.075GHz，調(diào)制帶寬為50GHz。RF調(diào)制信號(hào)通過單模光纖傳輸20km到基站，設(shè)光纖損耗為0.25dB/km，色散為16.75ps/nm.km。在基站通過MZM整把兩路光RF信號(hào)分開，分開的兩路信號(hào)經(jīng)光放大器、光檢測(cè)器、濾波器和電幅度解調(diào)器后解解調(diào)出在RF上的數(shù)據(jù)信號(hào)。圖5為MZI的延遲時(shí)間設(shè)為0.34ns時(shí)，分離出的兩路光RF信號(hào)，其中(a)是15GHz的光RF信號(hào)，其中(b)是25GHz的光RF信號(hào)。

3.2MZI的延遲時(shí)間對(duì)接收信號(hào)影響

MZI的延遲時(shí)間τ決定了對(duì)分離出光RF信號(hào)的質(zhì)量，通過設(shè)置不同τ值時(shí)得到的眼圖和Q值，可找出τ對(duì)分離出的兩個(gè)RF信號(hào)的影響。通過掃頻，得到τ與解復(fù)用出的15GHz與25GHz 光RF信號(hào)的Q值關(guān)系圖，如圖6所示。

圖1　雙射頻波長(zhǎng)間插復(fù)用的ODSB-SC ROF仿真系統(tǒng)

圖2　15GHz和25GHz合成的射頻調(diào)制信號(hào)時(shí)域圖　　　　　　　圖3　15GHz和25GHz合成的射頻調(diào)制信號(hào)時(shí)域圖

圖4　MZM輸出后的ODSB-SC信號(hào)

(a)15GHz光射頻信號(hào)　　　　　　　　(b)25GHz光射頻信號(hào)圖5　經(jīng)MZI后分離的15GHz和25GHz的兩路光RF信號(hào)

圖6　 MZI的τ與解復(fù)用出的15GHz與25GHz 光RF信號(hào)的Q的關(guān)系

由圖可見，當(dāng)τ為0.11ns時(shí)，解調(diào)出的25GHz光RF信號(hào)的Q值最大為32.5663，但是15GHz 射頻信號(hào)的Q值僅為10.4861，其眼圖如圖7(a)。當(dāng)τ為0.35ns時(shí)，解調(diào)出的15GHz光 RF信號(hào)的Q值最大為26.7411，但是25GHz 光RF信號(hào)的Q值僅為12.0807，其眼圖如圖7(c)所示。當(dāng)τ為0.34ns時(shí)，解調(diào)出的15GHz光 RF信號(hào)的Q值為21.2507，25GHz 射頻信號(hào)的Q值為23.5383，其眼圖如圖7(b)所示，其中左圖為解復(fù)用出的15GHz RF信號(hào)，右圖為解復(fù)用出的25GHz 光RF信號(hào)。

在圖6和圖7中，我們通過比較MZI的τ與15GHz與25GHz 光RF信號(hào)的眼圖、Q的關(guān)系，可見隨著τ的增加，重疊的符號(hào)造成的符號(hào)間干擾(ISI)就會(huì)加大，解復(fù)用得到的RF信號(hào)的性能呈周期性惡化。在τ為0.34ns時(shí)，15GHz 光RF信號(hào)的最大Q為21.2507，最小誤碼率為1.53557e-100；25GHz RF信號(hào)的最大Q值為23.5383，最小誤碼率為7.56802e-123?？梢娮罴薛訛?.34ns。

4　結(jié)束語

本文利用MZM和MZI設(shè)計(jì)了一種實(shí)現(xiàn)兩個(gè)射頻波長(zhǎng)間插復(fù)用的ODSB-SC ROF系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠有效地抑制光纖色散帶來的周期性衰落問題以及光纖頻譜資源的浪費(fèi)問題。文章分析了MZM和MZI的工作原理，并采用光模擬軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)15GHz和25GHz的兩路RF信號(hào)經(jīng)過波長(zhǎng)間插復(fù)用的ODSB-SC的ROF系統(tǒng)，討論了MZI的延時(shí)時(shí)間對(duì)解RF復(fù)用信號(hào)的性能的影響，得到了最佳延時(shí)時(shí)間為0.34ns的結(jié)論。

(a)τ=0.11ns

(b) τ=0.34ns

(c)　τ=0.35ns圖7　MZI的τ與解復(fù)用出的RF信號(hào)的眼圖

本文所設(shè)計(jì)的基于波長(zhǎng)間插復(fù)用的ODSB-SC ROF系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠有效的提高了頻帶的利用率。在文中我們只重點(diǎn)討論了基于波長(zhǎng)間插復(fù)用的兩路射頻ODSB-SC ROF系統(tǒng)，實(shí)際上采用相同的原理可實(shí)現(xiàn)多路RF信號(hào)的間插復(fù)用系統(tǒng)，這時(shí)出來采用多個(gè)MZI級(jí)聯(lián)對(duì)光RF解復(fù)用外，還可采用AWG實(shí)現(xiàn)對(duì)光RF解復(fù)用，進(jìn)一步提高頻帶利用率。另外，還可以結(jié)合WDM、TDM和PDM等多種光復(fù)用技術(shù)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)傳輸容量，在未來高速率、多數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通信中具有良好的發(fā)展前景。

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(責(zé)任編輯：王謙)

Based on Wavelength Interleaving RF Double Sideband Suppressed Carrier Optical Transmission Systems

WANG Dong-fei，CHEN Xin-qiao

(College of Information Engineering，Communication University of China，Beijing 100024，China)

Proposes a wavelength interleaving based on double sideband suppression (ODSB-SC) radio frequency (ROF) optical fiber transmission system，which using Mach-Zehnder modulator (MZM) to realize the ODSB-CS modulation signal，the Mach-Zehnder interferometer (MZI) was used to realize the two RF signal de multiplexing，and the theoretical analysis of their working principle.Using simulation software design out a 15GHz and 25ghz two radio frequency (RF) signal through the wavelength in ROF system multiplexing ODSB-SC，gives the RF signal multiplexing and solution before and after the multiplexing spectrum，Q value of eye and，discuss the MZI delay time to solve the influence of the performance of RF multiplexed signal，obtained the optimal delay time for the conclusion of 0.34ns.

wavelength interleaving；Mach-Zehnder modulator (MZM)；Mach-Zehnder interferometer (MZI)；optical double sideband-suppressed carrier (ODSB-SC)；Radio-over-Fiber(RoF)

2016-05-12

王東飛(1990-)，男(漢族)，河南省永城市人，中國(guó)傳媒大學(xué)碩士研究生.E-mail：1253658547@qq.com

TN92

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1673-4793(2016)04-0055-06