CN104393923A - 基于数字后处理技术的射频光传输系统线性化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于数字后处理技术的射频光传输系统线性化处理方法。该方法适用于模拟直调传输系统，外调传输系统等一切基于强度调制的射频光传输系统。该方法首先将光电探测器输出信号利用模/数转换器转换成数字信号，并在数字域并联地一分两路。其中一路进行非线性响应处理，另一路进行比例放大处理。最后，通过调节非线性响应函数模型和比例放大倍数可达到系统输出信号中三阶互调分量的抵消。本方法实现简单、成本低廉，并对环境要求低，可有效对基于强度调制的射频光传输系统进行线性化处理。

Description

基于数字后处理技术的射频光传输系统线性化处理方法

技术领域

本发明涉及微波光子技术领域，特别涉及一种基于数字后处理技术的射频光传输系统线性化处理方法。

背景技术

随着分布式智能感知系统的发展以及基站与控制中心的分离等需求，微波/毫米波信号拉远也逐渐成为必需的手段。分布式系统中高效的射频拉远不仅可以实现灵活的组网与资源分配，而且可以有效降低远端基站设备复杂度，降低维护成本。然而，以金属线为传输介质的同轴电缆高损耗性，尤其在高频(>3GHz)，每百米信号功率衰减至少30dB的特点使长距离微波/毫米波拉远成为瓶颈问题。此外，同轴电缆不仅难以完全屏蔽向外的电磁辐射，同时也容易受外来电磁干扰影响。同时，在常规射频系统中，大量微波器件和以金属材料为传输介质的同轴电缆使用，使得整个系统尺寸和重量巨大，缺乏灵活性。

光载射频传输系统利用光纤传输的低损性(0.2dB/km1550nm)，相比于几十dB/100m的同轴电缆损耗，优势十分明显。在大规模分布式天线系统被广泛应用的今天，作为天线单元之间以及天线单元和中心处理器之间的传输信号媒质，通过近似无损的传输，大大提高了系统的工作性能。

但由于基于强度调制的射频光传输系统传输函数是非线性的,必然引入接收信号的失真。因此，必须采用非线性补偿技术补偿传输信号的非线性失真。目前，已有很多种方法实现了射频光传输系统的线性化处理。如电预失真技术[1]、光预失真技术[2]。但是，上述方法均增加了远端接收单元模块的复杂度。尽管文献[3]提出了一种基于数字后处理的线性化方法，但该方案仅进行了简单线性处理，没有考虑系统线性化处理的同时兼顾系统其他指标的影响。上述方案将导致整个系统增益、灵敏度指标的恶化。上述引用的参考文献如下：

[1]Y.Shen,B.Hraimel,X.Zhang,Glenn E.R.Cowan,K.Wu,andT.Liu,“A Novel Analog Broadband RF Predistortion Circuit to LinearizeElectro-Absorption Modulators in Multiband OFDM Radio-Over-FiberSystems,”J.Lightw.Technol.,vol.58,pp.3327–3335,Nov.2010.

[2]B.Hraimel,X.Zhang,W.Jiang,K.Wu,T.Liu,T.Xu,Q.Nie,and K.Xu,“Experimental Demonstration of Mixed-Polarization toLinearize Electro-Absorption Modulators in Radio-Over-Fiber Links,”IEEE Photon.Technol.Lett.,vol.23,pp.230–232,Feb.2011.

[3]Ruimin Duan,Kun Xu,Jian Dai,Qiang Lv,Yitang Dai,Jian Wu,and Jintong Lin,“Digital Linearization Technique for IMD3Suppressionin Intensity-modulated Analog Optical Links,”in Proc.InternationalTopical Meeting on Microwave Photonics 2011.234-237.2011

发明内容

为了克服现有射频光传输系统的光电互转换非线性失真问题，本发明提供一种基于数字后处理技术的射频光传输系统的线性化处理方法。本发明相较于已有报道的电预失真方法、全光预失真方法具有架构简单、易实现、可调谐等优势。相较于其它已有报道数字后处理方法具有算法简单、无需差分检测等复杂的光电解调架构，并可适用于模拟直调，外调制等不同的射频光传输架构。

为解决射频光上述技术问题，本发明提供了一种基于数字后处理技术的射频光传输系统线性化处理方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)电光强度调制模块将外部输入的射频信号转化为光信号并通过光纤进行输出；

(2)光电探测器接收光信号，并将接收的光信号还原成模拟电信号；

(3)模\数转换器接收光电探测器输出的模拟电信号，并将接收的模拟电信号转换成数字电信号；

(4)DSP信号处理模块将接收的数字电信号分为相同的两路，一路信号进入第一分路，另一路信号进入第二分路，将进入第一分路的数字电信号进行非线性响应处理，得到第一分路输出的电压值；将进入第二分路的数字电信号进行比例放大，得到第二分路输出的电压值；

(5)将上述经过第一分路和第二分路处理后的结果进行相加处理，可得到数字处理后的高线性化射频信号。

其中，所述步骤(1)中的光信号光束的偏振态为任意偏振态。

其中，所述步骤(2)中的光电探测器输出电信号的表达式为：

$V_{\mathrm{out}}=a_1{V}_{\mathrm{in}}+a_3{V}_{\mathrm{in}}^3$

式中，V_in表示射频输入信号的电压值，V_out表示光电探测器输出的连续电压值，a₁表示射频光传输系统的一阶失真项，a₃表示射频光传输系统的三阶失真项。

其中，所述步骤(4)中，第一分路的非线性响应处理具体为：

V₁＝b₁V₃+b₃V₃ ³

式中，V₁表示第一分路输出的电压值，b₁表示数字域一阶失真项，b₃表示数字域三阶失真项，V₃表示模数转换器输出的离散电压值；

第二分路的比例放大处理具体为：

V₂＝GV₃

式中，V₂表示第二分路输出的电压值，G表示第二分路的增益，V₃表示模数转换器输出的离散电压值。

本发明仅使用了DSP信号处理模块即可实现对系统失真的抑制，因此相较于全光预失真技术具有结构简单、易实现、可调谐等优点，并可广泛适用于模拟直调、模拟外调等不同架构的射频光传输系统中。

附图说明

图1是本发明的基于数字后处理技术的射频光传输系统的电原理图。

具体实施方式

下面结合图1对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，基于数字后处理技术的模拟直调光传输系统，其结构包括：电光强度调制模块、光纤、光电探测器、模/数转换器和DSP信号处理模块。

基于数字后处理技术的射频光传输系统线性化处理方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)电光强度调制模块将外部输入的射频信号转化为光信号并通过光纤进行输出；其中，所述步骤(1)中的光信号光束的偏振态为任意偏振态。

(2)光电探测器接收光信号，并将接收的光信号还原成模拟电信号；由于电光强度调制模块和光电探测器为非线性器件，且仅考虑对系统影响最大的三阶失真，光电探测器输出电信号的表达式为：

$V_{\mathrm{out}}=a_1{V}_{\mathrm{in}}+a_3{V}_{\mathrm{in}}^3$

式中，V_in表示射频输入信号的电压值，V_out表示光电探测器输出的连续电压值，a₁表示射频光传输系统的一阶失真项，a₃表示射频光传输系统的三阶失真项。

(3)模\数转换器接收光电探测器输出的模拟电信号，并将接收的模拟电信号转换成数字电信号；

(4)DSP信号处理模块将接收的数字电信号分为相同的两路，一路信号进入第一分路，另一路信号进入第二分路，将进入第一分路的数字电信号进行非线性响应处理，用于产生反相三阶互调分量，得到第一分路输出的电压值；将进入第二分路的数字电信号进行比例放大，用于均衡第一分路三阶互调分量和系统三阶互调分量功率大小，得到第二分路输出的电压值；

其中，所述步骤(4)中，第一分路的非线性响应处理具体为：

V₁＝b₁V₃+b₃V₃ ³

式中，V₁表示第一分路输出的电压值，b₁表示数字域一阶失真项，b₃表示数字域三阶失真项，V₃表示模数转换器输出的离散电压值；

第二分路的比例放大处理具体为：

V₂＝GV₃

式中，V₂表示第二分路输出的电压值，G表示第二分路的增益，V₃表示模数转换器输出的离散电压值。

(5)将上述经过第一分路和第二分路处理后的结果进行相加处理，可得到数字处理后的高线性化射频信号。当调控b₁、b₃、G三个数值，并满足三阶互调项抵消：基频项：b₁a₁+Ga₁最大时，系统性能最优。

Claims (4)

1.基于数字后处理技术的射频光传输系统线性化处理方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)电光强度调制模块将外部输入的射频信号转化为光信号并通过光纤进行输出；

(2)光电探测器接收光信号，并将接收的光信号还原成模拟电信号；

(3)模/数转换器接收光电探测器输出的模拟电信号，并将接收的模拟电信号转换成数字电信号；

(4)DSP信号处理模块将接收的数字电信号分为相同的两路，一路信号进入第一分路，另一路信号进入第二分路，将进入第一分路的数字电信号进行非线性响应处理，得到第一分路输出的电压值；将进入第二分路的数字电信号进行比例放大，得到第二分路输出的电压值；

(5)将上述经过第一分路和第二分路处理后的结果进行相加处理，可得到数字处理后的高线性化射频信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字后处理技术的射频光传输系统线性化处理方法，其特征在于：所述步骤(1)中的光信号光束的偏振态为任意偏振态。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字后处理技术的射频光传输系统线性化处理方法，其特征在于：所述步骤(2)中的光电探测器输出电信号的表达式为：

$V_{\mathrm{out}}=a_1{V}_{\mathrm{in}}+a_3{V}_{\mathrm{in}}^3$

式中，V_in表示射频输入信号的电压值，V_out表示光电探测器输出的连续电压值，a₁表示射频光传输系统的一阶失真项，a₃表示射频光传输系统的三阶失真项。

4.根据权利要求1所述的一种基于数字后处理技术的射频光传输系统线性化处理方法，其特征在于：所述步骤(4)中，第一分路的非线性响应处理具体为：

$V_1=b_1{V}_3+b_3{V}_3^3$

式中，V₁表示第一分路输出的电压值，b₁表示数字域一阶失真项，b₃表示数字域三阶失真项，V₃表示模/数转换器输出的离散电压值；

第二分路的比例放大处理具体为：

V₂＝GV₃

式中，V₂表示第二分路输出的电压值，G表示第二分路的增益，V₃表示模/数转换器输出的离散电压值。