CN110034824A - 抑制色散影响的六倍频光载毫米波的产生方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种产生抑制色散影响的六倍频光载毫米波的装置和方法，激光器发出的光波经过集成调制器被射频信号调制，集成调制器由两个并行的MZM子调制器构成，偏置在最小输出点，每个子调制器两臂射频驱动信号之间的相位差都为π；通过设置调制指数m，使幅度正比于1阶贝塞尔函数J1(m)的1阶边带为零，设置两个子调制器的射频驱动信号之间的相位差为π/5，使5阶边带为零，被数据调制的射频信号和经增益的数据信号相加后驱动MZM子调制器，通过设置合适的增益系数，使产生的光载毫米波仅有正3阶边带携带数据，经过光纤传输后正负3阶边带在光电探测器PD拍频产生六倍频毫米波信号。本发明可产生克服色散影响的六倍频光载毫米波。

Description

抑制色散影响的六倍频光载毫米波的产生方法及其装置
技术领域
本发明涉及光电信号处理方法，尤其涉及一种产生抑制色散影响的六倍频光载毫米波的方法及其装置。
背景技术
随着信息社会的快速发展，用户对无线通信接入的带宽和速率提出了更高的要求。毫米波通信因其高带宽和高速率成为宽带无线通信的有力竞争者。60GHz 频率波段将成为无线局域网的首选频段。光纤无线通信RoF技术结合了光纤通信的高带宽大和无线通信接入灵活等优点，能提高毫米波通信的传输距离。然而，受限于铌酸锂马赫-曾德尔调制器(MZM)较低的频率响应，直接将毫米波信号调制到光频上存在困难，同时高频射频器件的成本较高，这些都需要采用多倍频技术产生高频光载毫米波。另外，光纤色散引起的功率衰落和码元走离效应会限制信号的传输距离和容量。因此如何产生能抑制色散影响的多倍频光载毫米波就成为了问题的突破口。
六倍频毫米波产生方案可以生成60GHz及以上频率的高频毫米波信号，并且能降低对MZM调制器带宽和射频器件的频率响应的要求。已经报道的产生六倍频光载毫米波的方法有偏振调制器法[IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,2010,58(7):1967-1975]、集成调制器(6)法[Optical Fiber Technology, 2011,17(3):236-241]、级联调制器法[Optics Communications,2012,285:2911-2916]。
然而，上述产生六倍频光载毫米波的方法存在一些不足。采用偏振调制器法或级联调制器法虽然结构简单，但需要使用额外的光滤波器抑制不需要的光边带，这样又会妨碍这两种方法在波分复用WDM-RoF系统和上变频系统中的应用，也增加了系统的复杂程度并限制了其在整个毫米波段的可调谐性。采用集成调制器 (6)法虽然无需光滤波器即可产生六倍频毫米波，但这种方法和上述两种方法都无法克服光纤色散效应的影响，以致传输距离有限。
发明内容
1、发明目的。
本发明提供一种无需光滤波器且能产生抑制色散影响的六倍频光载毫米波的方法和装置。
2、本发明所采用的技术方案。
本发明提出的一种抑制色散影响的六倍频光载毫米波的产生装置，由于仅有单个边带携带数据，会消除光纤色散引起的功率衰落和码元走离效应。具体为包括激光二极管LD、RF射频信号发生器、电相位调制器、移相器、电增益器、集成调制器、单模光纤、光电探测器；
激光二极管LD发出的光波传输至集成调制器；
RF射频信号发生器的数据信号传输至集成调制器调制激光二极管LD发出的光波；
集成调制器包括两个并行的MZM子调制器，通过移相器将偏置在最小输出点的MZM子调制器射频驱动信号之间的相位差为π/5，每个子调制器两臂射频驱动信号之间的相位差都为π；两个MZM子调制器输出的上下两路信号相加会生成2k+1(k＝0,±1,±2…)阶边带；设置调制指数m，使幅度正比于1阶贝塞尔函数J1(m)的1阶边带为零，另外，被数据调制的射频信号和经增益的数据信号相加后驱动MZM子调制器；
通过电增益器设置的增益系数，使产生的光载毫米波仅有正3阶边带携带数据，当1阶和5阶边带为零时，经过单模光纤传输后正3阶边带和负3阶边带在光电探测器PD拍频产生六倍频毫米波信号。
更进一步，设置调制指数m，使幅度正比于1阶贝塞尔函数J1(m)的1阶边带为零，即J1(m)＝0，m＝3.8317。
更进一步，激光二极管LD发出的光波经过集成调制器被携带数据的射频信号调制；
集成调制器的两个MZM子调制器都偏置在最小输出点，移相器使每个MZM 子调制器两臂射频驱动信号之间的相位差都为π；两个MZM子调制器输出的上下两路信号相加会生成2k+1(k＝0,±1,±2…)阶边带；
设置调制指数m，使幅度正比于1阶贝塞尔函数J1(m)的1阶边带为零，设置两个MZM子调制器的射频驱动信号之间的相位差为π/5，使5阶边带为零；另外，被数据调制的射频信号和经增益的数据信号相加后驱动MZM子调制器，通过设置的增益系数，使产生的光载毫米波仅有正3阶边带携带数据，当1阶和 5阶边带为零时，经过光纤传输后正3阶边带和负3阶边带在光电探测器(8) PD拍频产生六倍频毫米波信号。
更进一步，输入光波经过集成调制被频率为ωm的射频信号调制，被数据调制的射频信号和经增益的数据信号相加后驱动MZM子调制器，驱动信号相位差为π/5的两个子调制器MZM1和MZM2的电压分别为 V1(t)＝Vmsin[ωmt+π/2d(t)]+1.5Vπd(t)和V2(t)＝Vmsin[ωmt+π/2d(t)+π/5]+1.5Vπd(t)，则它们输出的上下两路信号可分别表示为：
式中，m＝πVm/Vπ是MZM调制器的调制指数，Vm是射频信号的振幅，Vπ是MZM 调制器的半波电压；
上下两路信号相加可得集成调制器的输出为：
输出为2k+1(k＝0,±1,±2…)阶边带，调节调制指数m使J1(m)＝0可消除1 阶边带，因两个MZM子调制器的射频驱动信号相位差为π/5而使5阶边带为零 (1+ej(2k+1)π/5＝0,2k+1＝±5)，而其它高于5阶的奇数阶分量幅度很小可忽略，故集成调制器(6)的输出可以简化为：
输出频率分别为3ωm和-3ωm的±3阶边带，其中仅有正3阶边带携带数据，由于PD采用平方律探测，正3阶边带和负3阶边会拍频产生六倍频毫米波信号。
更进一步，设置调制指数m，使幅度正比于1阶贝塞尔函数J1(m)的1阶边带为零，即J1(m)＝0，m＝3.8317。
3、本发明所产生的技术效果。
(1)本发明能产生六倍频的光载毫米波，可以降低对射频器件和调制器带宽的要求，如仅需10GHz的射频信号发生器和带宽为10GHz的调制器和就可产生 60GHz的毫米波。
(2)本发明产生的六倍频光载毫米波经单模光纤传输时，会消除光纤色散引起的功率衰落和码元走离效应，使传输距离由20-30Km增加至80Km以上。
(3)本发明无需光滤波器也能产生高质量光载毫米波，其光边带抑制比 OSSR为28dB，在整个毫米波段的具有可调谐性且系统稳定容易实现，还能应用于WDM-RoF波分复用光纤无线通信系统和上变频系统。
附图说明
图1为本发明的原理结构图。
具体实施方式
实施例
本发明提出的一种产生高质量六倍频光载毫米波的方法，包括激光二极管 LD1、RF射频信号发生器2、电相位调制器3、移相器4、电增益器5、集成调制器6、单模光纤7、光电探测器8。可以采用光谱分析仪测量六倍频光载毫米波的光边带抑制比OSSR，采用误码分析仪测试其传输性能。
克服色散影响的六倍频光载毫米波产生的具体方法和步骤如下：
LD激光器发出的光波经过集成调制器6被携带数据的射频信号调制，集成调制器6由两个并行的马赫曾德尔(MZM)子调制器构成，这子调制器MZM1和 MZM2都偏置在最小输出点，两个子调制器的射频驱动信号之间的相位差为π/5，每个子调制器两臂射频驱动信号之间的相位差都为π，由移相器4实现。
两个子调制器输出的上下两路信号相加会生成2k+1(k＝0,±1,±2…)阶边带，主要包括±1,±3和±5阶边带，而其它高于5阶的奇数阶分量幅度很小可忽略；1 阶边带的幅度正比于1阶贝塞尔函数J1(m)，m为调制指数，通过设置合适的调制指数(m＝3.8317)可以使J1(m)＝0从而消除1阶边带，设置两个子调制器的射频驱动信号之间的相位差为π/5，使5阶边带为零，故集成调制器6的输出为±3 阶边带，产生的光载毫米波的光边带抑制比为28dB。经过光纤传输后正3阶边带和负3阶边带在光电探测器8PD拍频产生六倍频毫米波信号。
另外，被数据调制的射频信号和经增益的数据信号相加后驱动MZM子调制器，通过设置电增益其的增益系数为1.5Vπ(Vπ为MZM调制器的半波电压)，使产生的光载毫米波仅有正3阶边带携带数据，由于仅有单个边带携带数据，会消除光纤色散引起的功率衰落和码元走离效应。当携带2.5Gbit/s数据的六倍频光载毫米波传输距离为80Km时可测得误码率低于10-9，而普通多倍频方案的传输距离为20-30Km。
原理：
输入光波经过集成调制器(6)被频率为ωm的射频信号调制，被数据调制的射频信号和经增益的数据信号相加后驱动MZM子调制器，驱动信号相位差为π/5的两个子调制器MZM1和MZM2的电压分别为V1(t)＝Vmsin[ωmt+π/2d(t)]+1.5Vπd(t)和V2(t)＝Vmsin[ωmt+π/2d(t)+π/5]+1.5Vπd(t)，则它们输出的上下两路信号可分别表示为：
式中，m＝πVm/Vπ是MZM调制器的调制指数，Vm是射频信号的振幅，Vπ是MZM 调制器的半波电压；
上下两路信号相加可得集成调制器(6)的输出为：
输出为2k+1(k＝0,±1,±2…)阶边带，调节调制指数m使J1(m)＝0可消除1 阶边带，其中m＝3.8317，因两个MZM子调制器的射频驱动信号相位差为π/5而使5阶边带为零(1+ej(2k+1)π/5＝0,2k+1＝±5)，而其它高于5阶的奇数阶分量幅度很小可忽略，故集成调制器(6)的输出可以简化为：
输出频率分别为3ωm和-3ωm的±3阶边带，其中仅有正3阶边带携带数据，由于PD采用平方律探测，正3阶边带和负3阶边会拍频产生六倍频毫米波信号。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种抑制色散影响的六倍频光载毫米波的产生装置，其特征在于：包括激光二极管LD(1)、RF射频信号发生器(2)、电相位调制器(3)、移相器(4)、电增益器(5)、集成调制器(6)、单模光纤(7)、光电探测器(8)；
激光二极管LD(1)发出的光波传输至集成调制器(6)；
RF射频信号发生器(2)的数据信号传输至集成调制器(6)调制激光二极管LD(1)发出的光波；
集成调制器(6)包括两个并行的MZM子调制器，通过移相器(4)将偏置在最小输出点的MZM子调制器射频驱动信号之间的相位差为π/5，每个子调制器两臂射频驱动信号之间的相位差都为π；两个MZM子调制器输出的上下两路信号相加会生成2k+1(k＝0,±1,±2…)阶边带；设置调制指数m，使幅度正比于1阶贝塞尔函数J1(m)的1阶边带为零，另外，被数据调制的射频信号和经增益的数据信号相加后驱动MZM子调制器；
通过电增益器(5)设置的增益系数，使产生的光载毫米波仅有正3阶边带携带数据，当1阶和5阶边带为零时，经过单模光纤(7)传输后正3阶边带和负3阶边带在光电探测器(8)PD拍频产生六倍频毫米波信号。
2.根据权利要求1所述的抑制色散影响的六倍频光载毫米波的产生装置，其特征在于：设置调制指数m，使幅度正比于1阶贝塞尔函数J1(m)的1阶边带为零，即J1(m)＝0，m＝3.8317。
3.一种抑制色散影响的六倍频光载毫米波的产生方法，其特征在于：激光二极管LD(1)发出的光波经过集成调制器(6)被携带数据的射频信号调制；
集成调制器(6)的两个MZM子调制器都偏置在最小输出点，移相器(4)使每个MZM子调制器两臂射频驱动信号之间的相位差都为π；两个MZM子调制器输出的上下两路信号相加会生成2k+1(k＝0,±1,±2…)阶边带；
设置调制指数m，使幅度正比于1阶贝塞尔函数J1(m)的1阶边带为零，设置两个MZM子调制器的射频驱动信号之间的相位差为π/5，使5阶边带为零；另外，被数据调制的射频信号和经增益的数据信号相加后驱动MZM子调制器，通过设置的增益系数，使产生的光载毫米波仅有正3阶边带携带数据，当1阶和5阶边带为零时，经过光纤传输后正3阶边带和负3阶边带在光电探测器(8)PD拍频产生六倍频毫米波信号。
4.根据权利要求1所述的抑制色散影响的六倍频光载毫米波的产生方法，其特征在于：输入光波经过集成调制器(6)被频率为ωm的射频信号调制，被数据调制的射频信号和经增益的数据信号相加后驱动MZM子调制器，驱动信号相位差为π/5的两个子调制器MZM1和MZM2的电压分别为V1(t)＝Vmsin[ωmt+π/2d(t)]+1.5Vπd(t)和V2(t)＝Vmsin[ωmt+π/2d(t)+π/5]+1.5Vπd(t)，则它们输出的上下两路信号可分别表示为：
式中，m＝πVm/Vπ是MZM调制器的调制指数，Vm是射频信号的振幅，Vπ是MZM调制器的半波电压；
上下两路信号相加可得集成调制器(6)的输出为：
输出为2k+1(k＝0,±1,±2…)阶边带，调节调制指数m使J1(m)＝0可消除1阶边带，因两个MZM子调制器的射频驱动信号相位差为π/5而使5阶边带为零(1+ej(2k+1)π/5＝0,2k+1＝±5)，而其它高于5阶的奇数阶分量幅度很小可忽略，故集成调制器(6)的输出可以简化为：
输出频率分别为3ωm和-3ωm的±3阶边带，其中仅有正3阶边带携带数据，由于PD采用平方律探测，正3阶边带和负3阶边会拍频产生六倍频毫米波信号。
5.根据权利要求1所述的抑制色散影响的六倍频光载毫米波的产生方法，其特征在于：设置调制指数m，使幅度正比于1阶贝塞尔函数J1(m)的1阶边带为零，即J1(m)＝0，m＝3.8317。
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