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超宽带信号的光学产生和调制研究

王世光  
【摘要】:超宽带(UWB)信号具有抗多径干扰、占用频带宽、功率谱密度低等特点,由于在短距离高速率无线通信、传感网络和高精度雷达等系统中具有重要应用而被广泛关注。超宽带信号标准定义的功率谱密度低,其通信距离一般限制在几米到数十米的范围内。为了进一步提高超宽带无线通信的覆盖距离,光载超宽带技术(UWB over fiber)应运而生。它利用低损耗、大带宽和低成本的光纤,提高超宽带信号的覆盖范围,将光纤有线通信与超宽带无线通信技术相结合而构成一个光纤无线(FiWi)系统。 超宽带信号的光学产生,是光载超宽带通信和高精度雷达等系统应用的关键技术。论文提出了基于小芯径高非线性光子晶体光纤的交叉偏振调制效应实现超宽带单周期脉冲产生,由于泵浦光对探测光的偏振旋转作用,导致探测光的两个正交偏振方向上形成亮暗高斯脉冲对,对此高斯脉冲对分束延时再组合进行光电检测可得到超宽带单周期脉冲。实验测得的超宽带脉冲信号时域持续时间为84ps,-10dB带宽为2.5~18.9GHz,相对带宽为153%。 实现超宽带技术应用的另一个关键技术,是必须使其能够承载一定的信息。在光学产生超宽带脉冲研究的基础上,本论文对直接利用超宽带脉冲产生方法实现脉冲调制的可行性进行了探索。结合高非线性光子晶体光纤的非线性效应和电信号预编码技术,实验实现了超宽带信号的脉冲极性调制,该方案最大冗余度为输入信号序列长度的三分之二、最小冗余度为零。为了进一步消除超宽带信号调制的冗余问题,论文提出一种新而简单的架构实现超宽带信号的脉冲极性调制和脉冲形状调制,方案基于两个相位调制器实现相位调制和一个带通滤波器作频率鉴频器组成对称的相位调制-强度调制转换结构。仿真实现超宽带脉冲码片长度固定、码片长度任意的脉冲极性调制和不受脉冲形状选择限制的脉冲形状调制。实验实现高斯脉冲一、二阶导数等两种类型超宽带信号的脉冲极性调制,其调制速率分别为4.0Gbits/s和2.6Gbit/s。仿真和实验结果验证了该方案的可行性。


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