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超宽带信号的光产生及处理技术的研究

李沫  
【摘要】:超宽带信号具有多径分辨能力强、传输速率高、功耗低等优点,可以应用于传感器网络、短距离高速率的无线通信和雷达等系统当中,因此受到广泛的关注。在超宽带信号的标准定义之中,其功率谱密度较低,因而通信距离受限,一般在几米到几十米的范围内。光载超宽带技术的产生对于超宽带无线通信覆盖范围的进一步提高起到了关键的作用。它利用大带宽、损耗低以及成本低的光纤来提高超宽带脉冲信号的覆盖范围。 研究光载超宽带通信系统的关键技术之一是超宽带脉冲信号的产生技术,它已经成为当今世界的研究焦点。超宽带信号可以在电域内产生,也可以在光域内产生。对比在这两种域内产生超宽带信号的优缺点,本论文主要提出了在光域内产生超宽带信号的几种方法。在给出各种光学元器件的基本原理之上,提出了基于标准单模光纤、光纤布拉格光栅、半导体光放大器、电吸收调制器、马赫-曾德尔调制器以及保偏光纤这几种元器件产生超宽带信号的方案。其中标准单模光纤属于色散设备,光纤布拉格光栅为光学频率鉴别器,它们均可以实现相位调制到强度调制的转换。半导体光放大器中的交叉增益调制效应和电吸收调制器中的交叉吸收调制效应均可以实现波长的转换。对上述方案中产生的超宽带信号采用OptiSystem软件进行仿真,所产生的仿真结果当中,超宽带脉冲的半高宽在50ps-170ps的范围内,中心频率在6.1GHz-8.1GHz的范围内,-10dB带宽在7.6GHz-14.3GHz的范围内,相对带宽在101%-177%的范围内,这些均符合美国联邦通信委员会标准对超宽带脉冲信号的规定。最后对各种产生超宽带信号的方案进行了优缺点的分析,综合得出基于马赫-曾德尔调制器产生超宽带脉冲信号的方案效果更好。 在利用光学方法产生超宽带脉冲信号的基础上,本论文对超宽带的处理技术进行了探索。超宽带的处理技术主要指超宽带脉冲的调制技术。论文首先给出了调制原理,包括单脉冲调制和多脉冲调制。其次分析了单脉冲调制中的脉冲幅度调制、开关键控调制、脉冲位置调制和二相调制。为了减小在传输过程中对其他通信系统产生干扰,提出了频谱扩展的方法,包括时间跳跃和直接序列。最后重点研究了TH-PPM-UWB信号调制和DS-PAM-UWB信号调制,并对TH-PPM-UWB调制技术和DS-PAM-UWB调制技术进行了MatLab仿真。之后对超宽带脉冲信号的各种调制技术的功率谱密度做了分析和比较,从而得出了增加TH-PR的周期和势以及增加DS-PR的周期和chip的宽度可以抑制强烈谱线,以实现减小干扰的目的。


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