基于新型MZ调制器的光载射频技术研究

摘要

为满足人们对宽带无线多媒体服务(如视频、音频和因特网数据)的迫切需求，未来无线网络的发展趋势之一是提高射频(RF)工作频率。如何最大限度地改善通信性能和降低基站的建设成本将是取得商业成功的关键所在。光载射频(ROF)系统属于一种模拟光纤链路，ROF利用光学器件以及相关技术把RF信号从中心站(CS)传输到更接近用户终端的分布式基站。
　　 为了克服电子瓶颈的限制，人们更倾向于用光学方式产生微波/毫米波信号，产生方法包括内调制法、外调制法和光外差法等。利用马赫-曾德(MZ)调制器产生光载RF信号是一种简单而有效的方法。普通的强度调制产生的是双边带(DSB)型光载RF信号，在光纤色散的影响下，基站中检测出的RF信号出现周期性衰落的现象。为了克服周期性衰落效应，可以采用光单边带调制(OSSB+C)方式。
　　 在基于OSSB+C调制的ROF链路中，基带信号往往被两个光分量所携带，在光纤色散的影响下，各路基带信号到达光电检测器的时间不同步，导致检测出的RF信号所携带的基带信号波形产生失真。本文综合分析了频带间色散和频带内色散对基带信号波形产生的影响。根据波形失真程度和整个ROF链路误码率的对应关系，得出了ROF链路传输容量的理论上限(以误码率10-9为例)。
　　 由于多种原因，RF信号通过光强调制器对光载波进行调制时的调制深度通常较小(即调制指数小)，导致调制产生的光载RF信号的载边比不合理。本文对OSSB+C调制方式建立了准确的理论模型，在此基础上分析出光载RF信号的载边比可以由调制指数来调节，并且存在一个最优的调制指数可以使载边比达到理想状态。
　　 针对光调制器在小信号调制状态下(即调制指数小)产生的光载RF信号载边比不合理的问题，我们对MZ调制器的结构进行了改进，提出了一种基于1×3多模干涉耦合器的三臂MZ调制器，该三臂调制器不用改变调制指数就能改善光载RF信号的载边比。调制器中包含了一条“直流臂”，通过控制直流臂上的直流偏置可以调节光载RF信号的载边比。多模干涉耦合器是一种集成光学耦合器。在ROF技术中融合集成光学领域的技术是一件很有意义的事情。
　　 光调制器是一种非线性器件，RF信号驱动MZ调制器产生光载RF信号的过程中会出现一些无用的高阶谐波分量。本文提出了一种新型的基于1×4多模干涉耦合器的四臂MZ调制器，可以在实现光单边带调制的同时把主要的高阶谐波分量抑制掉，增强调制过程的线性化。抑制高阶谐波分量对于单信道/多信道ROF链路都具有重要意义。由于利用了1×4多模干涉耦合器各输出端口之间固有的光波相位关系，调制器可以工作在无偏置状态下。
　　 多模波导中多个传导模式间的相长性干涉产生的自镜像效应是多模干涉耦合器件的基本工作机制。相应的，自镜像理论也是人们一直沿用的设计多模干涉耦合器的理论。但随着弱导材料光通信器件的发展，传统的自镜像理论逐渐暴露出了其不足之处——设计弱导材料多模干涉耦合器件时产生的设计误差较大。本文指出了产生设计误差的主要原因并提出了一种改进的自镜像理论，并在此基础上提出了两种具体的器件设计方法。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：英文单词缩写表

声明

第一章 绪论

第二章 ROF链路中的色散问题研究

第三章 光载RF信号的载边比问题研究

第四章 新型光调制技术

第五章 多模干涉耦合器件的改进设计

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

作者博士期间的研究工作和成果