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《北京交通大学》 2017年
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光载无线系统中传输方案与光域微波信号处理技术的研究

武蓓蕾  
【摘要】:随着智能手机设备数量和互联网业务的持续增长,促使基于流媒体技术的交互式网络电视(IPTV)、高清电视(HDTV)、视频会议等一系列高速率、高质量、高带宽业务的不断发展,在无线接入网中,用户对系统容量和速率的需求也不断提高。受益于光纤传输的低损耗大容量特性,光载无线(RoF)技术被认为是下一代光接入网的关键技术之一。本论文主要围绕在RoF系统中信号传输方案和微波光子处理技术两方面内容进行了研究。在RoF系统的信号传输方案的研究方面,论文主要研究了三类新型的接入技术;在微波光子技术方面,本文主要探讨了微波光子信号的混频技术和利用光子滤波器实现频率相位可调谐的电振荡器(OEO)。论文取得的主要研究成果与创新点如下:1.提出了一种基于相位相关偏振正交光产生(POLG)技术实现多服务共存的上行无色化的RoF系统,并对该方案进行了理论推导和实验验证。POLG是由偏振旋转器(PR)与马赫增德尔调制器(MZM)的偏振敏感特性实现的,通过射频信号驱动调制器之后,光载波与边带相互正交且相位相关。在这个方案中,通过调节远端接入单元的偏振控制器,可以针对不同的服务信号实现不同的调制方式,例如:低频信号对应双边带调制;毫米波信号对应载波抑制调制。与此同时,光载波在不使用额外的滤波器和偏振控制器(PC)的情况下,可以被上行信号重新利用实现上行传输。因此,该方案成功实现了低频信号、毫米波信号的下行传输和无色化的上行传输。2.提出了远端接入单元(RAU)偏振不敏感的全双工毫米波RoF系统架构。在这个方案中,通过在RAU端重新利用偏振正交光来实现上行传输,使得上行信号的误码率(BER)值与入射光信号的偏振状态无关。因此不需要使用偏振追踪系统来将入射光对准调制器主轴,实现了 RAU端的偏振不敏感特性。论文对该结构进行了理论分析和实验验证。实验中实现了 1.2Gb/s的下行正交相移键控-正交频分复用(QPSK-OFDM)信号和5Gb/s的上行开关键控(OOK)信号的传输,在背靠背传输和经过15公里传输之后上行信号的误码率(BER)值均可以粗略达到10-9,因此使用该方案不需要使用前向纠错。通过对上行信号的传输,相比于传统方案,本论文提出的方案中的信号BER曲线更加平稳,BER值均保持在一个较好的水平内。3.提出了两种补偿色散引起的功率衰退的传输方案。第一种方法是使用光单边带(OSSB)调制。在这种方案中,利用Sagnac环和调制器可以实现光载波边带比(OCSR)可调的OSSB调制。本论文对这个方案进行了实验验证。在实验中,通过调节偏振控制器,可以生成从-1OdB到27dB的可调OCSR的OSSB调制。该方案具有波长不依赖特性,可以支持低频微波带宽和灵活的波长选择。第二种方法是基于POLG技术来实现。在中心站中,使用PR和MZM来实现POLG。在远端接入单元中,通过调节PC,可以控制光载波和边带之间的相位差,进而可以改变不同的射频服务的频率响应。在实验中实现了在25公里和30公里光纤传输之后,将不同射频服务的频率响应值从最低点平移到最高点。4.基于Sagnac环和MZM的偏振相关调制原理,提出并实验验证了实现微波光子混频器的新方案。该方案在Sagnac环中使用了一个双平行MZM(DPMZM),利用其行波特性,使得环中正向经过的光被光单边带(OSSB)调制,而相反方向没有被调制。两个方向的光经过偏振合成器(PBC)结合之后,生成了部分正交的OSSB信号。生成的信号入射到偏振相关的MZM中,再经过起偏器和光探测器之后实现了相位稳定的微波信号。通过调节MZM的偏置电压,实验生成了加载到8GHz微波上的1Gb/s的OOK、幅移键控(ASK)信号和二进制相移键控(BPSK)信号的清晰的眼图和波形图,实现了微波信号的光域混频。5.提出并理论分析和实验验证了基于受激布里渊散射(SBS)和DPMZM实现OEO的频率和相位可调谐特性的方案。在该方案中,DPMZM用来实现载波相移的双边带调制,SBS效应用来选取OEO环中的振荡频率。通过调节DPMZM的偏置电压,可以改变光载波和边带的相位差,从而实现OEO的相位可调;受益于布里渊频移的波长依赖特性,通过调节输入载波的波长实现OEO的频率可调特性。本论文实验生成了频率为8.950GHz到9.351GHz,相位为0°到360°可调的微波信号。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN915.63

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