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基于光脉冲整形的超宽带信号光学产生与传输

涂泾伦  
【摘要】:超宽带(UWB)系统由于其具有极宽的频带,可以有效抵制多径衰减,发射功率低,能量消耗小,重复利用现有的频谱资源,成为无线接入技术的研究热点之一,近年来得到了极大的发展。随着ETSI等标准的建立,24GHz超宽带信号在车载通信和智能交通的应用越来越广泛,高速高频的超宽带信号应用逐渐受到人们的关注,同时随着微波光子学研究日渐深入,光学方法得到了越来越多的研究。另一方面,由于超宽带系统的发射功率收到限制,功率谱密度非常低,导致了UWB信号容易被噪声信号所干扰,淹没在噪声中,这使得产生一种既能满足FCC的要求、又能具有最大功率谱密度的超宽带信号成为一项急迫而现实的问题,也是实现超宽带通信系统良好性能的保证。 本论文首先从超宽带信号的产生原理入手,对电学方法和光学方法分别进行了论述,通过综合对比选择出光脉冲整形(OPS)作为产生超宽带信号的方式。然后提出了基于OPS的任意超宽带信号产生系统,对系统进行了理论分析和公式推导,基于理论推导结果使用了模拟退火算法进行了系统参数优化,在系统结构固定的情况下产生了具有最优频谱效率的超宽带信号,仿真分析了系统结构与最优频谱效率之间的变化关系,分析了系统能量效率的变化情况,综合考虑最优频谱效率和能量效率之间的关系得到了最佳的系统结构。之后,结合OPS的结构特点和作用,提出了使用分光比可控光分路器的系统结构优化方案,仿真结果显示该方案的能量效率得到了大幅的提升,使用了量化来研究脉冲幅度与系统性能之间的关系,结果显示系统对脉冲幅度具有较好的鲁棒性,通过设置时延误差研究了脉冲之间的时延与系统性能之间的关系,结果显示脉冲时延抖动会严重影响系统性能,需要精确控制脉冲时延值。 最后提出了分别使用WDM和PDM的超宽带信号的光传输方案,搭建了仿真模型,研究了传输中光纤色散对脉冲信号的影响,并结合产生方案及结果分析,研究了色散处理的方法,对超宽带信号的产生和传输方案进行了综合优化,仿真结果显示在接收端得到了预设的超宽带信号,整体系统具有很好的性能。


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