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毫米波Radio-over-Fiber传输系统的相关技术研究

修明磊  
【摘要】: 随着人类社会信息化的进程,人们对多媒体宽带业务的需求日益增强,而目前拥塞的微波频谱面对这些精彩纷呈的业务却显得力不从心,因此毫米波频段的应用是无线通信迈向更大容量和更高速率的有效途径。60GHz毫米波系统具有频段宽、设备尺寸小和受大气衰减影响显著的特点;光纤拥有丰富的频带资源和抗电磁干扰的能力,将毫米波和光纤传输技术相融合,可以有效解决毫米波传输距离短和控制系统成本等问题,具有广阔的应用前景。毫米波(60GHz)RoF传输网包括中心站与基站之间的光纤传输系统和基站与用户终端之间的空间通道。本文研究毫米波光纤传输系统(RoF),着重解决毫米波的光学产生方法问题,以现有市售光/电器件为基础研究切实可行的60GHz-ROF双向传输系统的配置方案,以达到使基站设备简单价廉的目的。全文的主要内容由四部分组成,具体如下: 第一部分介绍了光学倍频法的基本原理,从光学倍频法系统所涉及的关键部器件的物理和数学模型入手,讨论了扫频光波的产生,提出了用微波周期信号驱动相位调制器对光波进行调相,间接获得调频的效果。从理论分析和仿真试验两个方面解释了微波/毫米波产生的原理和基带信号的传输过程,证明了光学倍频法RoF技术的可行性。分析比较理论算式和仿真试验结果中谐波分量间隔的差异,发现并指出了参考文献原始思想存在的理论问题和缺陷。 第二部分是基于光学倍频法的60GHz-RoF传输系统下行链路的研究。针对光学倍频法在毫米波系统中应用所涉及的扫频波设计和梳状滤波器的选择问题,提出了完善的数学模型,对系统采用时域分析法,推导了在三种扫频波条件下Mach-Zehnder/Fabry-Perot两种光滤波器系统输出毫米波载波信号的表达式,探讨了关键的系统参数与输出信号品质的关系,形成了正弦扫描光波相位+Mach-Zehnder光波干涉+光电探测滤波的有效方法,在基站实现60GHz毫米波光学生成的同时,能够把中心站中基带信息调制的光载波直接转换为调制的60GHz毫米波,完成系统的下行传输功能。仿真试验的结果与理论分析相吻合,证明了所提出下行链路设计的可行性。此外,分析了光源线宽对光学倍频法毫米波RoF系统的影响。又研究了光纤色散引起的毫米波幅度衰落问题,证明了光学倍乘技术在抗光纤色散方面的优势。 第三部分研究了60GHz-RoF传输系统的上行链路技术,提出了插入导频法的上行传输方案,在中心站用2GHz导频正弦波与基带信息的混合信号共同驱动光强度调制器,对扫频光波实施强度调制,并对驱动信号进行了优化设计,从而在基站获得受基带信息调制的60GHz毫米波的同时获得上行传输下变频所需要的58GHz本振信号,避免了在基站中使用昂贵的毫米波本地振荡器。为了降低基站光源成本,还提出了波导阵列光栅(AWG)窄带注入锁定FP激光器的方案,进一步简化了毫米波RoF系统的基站结构。 第四部分阐述40GHz-RoF双向传输系统的实现,用实际硬件设计和建立了一个1550nm 40GHz/100Mbps光纤传输系统实验平台。成功地制作了保偏光纤Mach-Zehnder光干涉仪,并对其实现了高精度温度控制。实验测量结果验证了毫米波光纤传输的可行性。据信,这是国内第一个毫米波RoF双向传输实验系统,为将来毫米波无线局域网/接入网的建立提供了参考依据。 本论文的相关成果已申请4项发明专利,发表论文10篇。


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