ROF系统中高频微波信号产生及处理的相关技术研究

摘要

随着越来越多的人们加入到全球无线信息社会，高速率、高带宽无线通信网络成为必不可少的基础设施，然而传统的无线通信技术由于受到传输和接收设备带宽的限制，一直存在带宽窄、损耗高等缺点，无法满足未来的通信发展需要。光载无线技术（RoF）利用光学器件和相关的技术来产生和远距离传播高频率、大容量的射频（RF）信号，因此越来越多地得到了广泛的应用。
　　目前，有大量的研究者对ROF技术进行了广泛的研究，在这些研究方案中，面临的最主要的问题就是：由于光纤中存在色散，造成所产生的双边带（DSB）调制信号中携带的高频RF信号相位发生变化，使得接收端接收到的高频RF信号产生周期性衰落效应，最终限制了高频RF信号在光纤中的传输距离。
　　针对这一问题，本论文以理论和实验相结合的方式，一方面从改变调制方式入手，分别设计出产生抑制载波多倍频DSB调制信号和单边带（SSB）调制信号的实验方案，从而实现了高频RF信号在光纤中远距离传输；另一方面从调节RF信号的相位角度入手，设计出一个宽带可调谐RF信号相移器，对RF信号的相位进行处理，补偿因色散造成的RF信号相位变化，从而克服因色散造成的高频RF信号周期性衰落效应。本文具体的研究内容和取得的成果如下：
　　（1）基于光载毫米波上变频技术的原理，利用级联的马赫-曾德尔调制器（MZM）和布拉格光纤光栅（FBG）建立起一套产生抑制载波多倍频 DSB信号的理论模型。并通过对不同结构的MZM进行详细分析和比较，从而总结出各自的特点，为本论文的实验打下理论基础。
　　（2）在上述理论模型基础上，搭建起一套利用两个串联的双电极 MZM同时间插有高斯型光带通滤波器来实现抑制载波六倍频 DSB信号产生的实验系统，通过理论分析和实验证实，该系统能够产生60 GHz高信噪比的毫米波信号，并且该毫米波信号所携带的基带数据信号经过50 km普通光纤传输以后具有非常低的误码率。同时，实验还证实间插有高斯型光带通滤波器之后，接收端的抗干扰性得到了提高。
　　（3）通过对上述结构改进，将MZM和双平行MZM串联起来搭建起一套能够实现抑制载波八倍频DSB信号产生的实验方案。实验证实该方案具有很宽的可调谐性，能够将0.5 GHz~10 GHz的RF信号八倍频分别产生出4 GHz~80 GHz的毫米波信号，并且产生出的毫米波信号信噪比都达到了34 dB，80 GHz毫米波信号的SSB相位噪声在10 kHz补偿时达到了-88 dBc/Hz，该毫米波信号所携带的基带数据信号经过50 km普通光纤传输以后同样具有非常低的误码率。此外，实验还证实当受到外界一定范围的不良因素干扰导致MZM的偏置电压和RF信号相位发生漂移时，该系统的工作性能受到的影响比较小。
　　（4）基于受激布里渊散射（SBS）原理，利用双重 SBS效应搭建起一套具有很宽可调谐性的，能够携带高速率基带数据信号远距离传输的SSB信号实验方案。实验证实该方案可以实现5 GHz~40 GHz、增益边带与损耗边带幅度之差达到58 dB的SSB信号产生，并且产生的SSB信号经过50 km普通光纤传输以后失真很小。同时，实验还证实该方案能够传输1.5 Gb/s的高速数据信号，并且数据信号经过长距离光纤传输以后误码率很低。
　　（5）提出利用光子晶体光纤中前向正交偏振态之间受激散射原理来对RF信号相位进行调节的技术，并通过实验验证了该方案具有很宽的可调谐性，能够实现对任意频率的RF信号相位进行0°~360°范围的调节，在调节过程中对RF信号幅度的改变小于2 dB。此外，实验还证实当受到外界因素干扰造成偏振态发生一定程度漂移时，该方案依然能实现很大范围的相移。

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1 绪论

1.1 ROF技术产生的背景

1.2 ROF技术概述、优点与应用

1.3 ROF技术的发展现状

1.4 本论文的主要研究内容和技术优势

1.5 本论文的结构

1.6 本课题受资助情况

2 光载毫米波上变频技术的基本思想以及核心器件的原理

2.1 引言

2.2 光载毫米波上变频技术的基本思想

2.3 MZ调制器的原理

2.4 光载毫米波上变频技术的参数配置和性能优化

2.5 本章小结

3 ROF系统中通过六倍频和八倍频分别产生抑制载波DSB毫

3.1 引言

3.2 光学六倍频法产生抑制载波DSB毫米波系统

3.3 光学八倍频法产生抑制载波DSB毫米波系统

3.4 本章小结

4 基于双重受激布里渊散射实现可调谐单边带RF信号产生

4.1 引言

4.2 SBS的原理

4.3 利用双重SBS实现可调谐SSB信号产生的原理

4.4 实验结果与分析

4.5 本章小结

5 基于光子晶体光纤中前向正交偏振态之间受激散射的RF信

5.1 引言

5.2 光子晶体光纤中前向正交偏振态之间受激散射的理论模型

5.3 基于SIPS的宽带可调RF信号相移器工作原理

5.4 基于SIPS的宽带可调RF信号相移器的实验方案和实验结果

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文的研究成果和创新点

6.2 进一步的研究方向

致谢

参考文献

附录1 攻读博士学位期间发表论文目录

附录2 论文中缩略词及其意义