直接调制光反馈半导体激光器产生超宽带信号

摘要

超宽带(Ultra-wideband，UWB)无线通信系统具有安全性能高、频谱利用率高、处理增益高、抗多径衰落能力强、极强的透射能力、功耗低、成本低廉等优势，已广泛应用于短距离无线通信、保密通信、雷达探测、智能交通定位等商用、民用、军用领域。但超宽带技术同样面临发展的瓶颈:在电域内很难产生速率高且频谱利用率也较好的UWB脉冲信号;UWB信号只能经过比较短距离的空间传输。为了拓宽UWB无线通信系统应用的广泛性，将本地UWB系统能够与有线网络、以及其他无线网络实现互联，一种融合了超宽带技术和光纤传输技术的优势于一体的新技术—光载超宽带无线(UWB-over-fiber)技术浮现在人们面前。这种技术既能利用光纤的巨大带宽和低损耗传输，又能发挥超宽带无线通信灵活方便的优势，因此应用了此种技术的UWB无线通信系统不仅可以避免额外的电-光转换，还具有低损耗、高带宽、抗电磁干扰等众多优点。实现UWB-over-fiber技术的核心问题是在光域中直接产生UWB微波信号。　　 本文基于光反馈原理直接对商用的分布反馈式半导体激光器进行电流调制产生了符合美国联邦通信委员会(FCC)关于室内无线通信频谱限定的超宽带（UWB）微波信号。主要研究工作由以下几部分构成:　　 1、阐述了现有的利用光学方法直接在光域产生UWB信号的方法。通过分析和比较后得出，现有的直接在光域产生UWB信号的技术方案主要集中在产生整形后的一阶和二阶高斯脉冲，其频谱的带宽和中心频率难以被调节，使其难以在复杂多变的环境中得到广泛的应用;此外，额外电光调制器也会提高系统复杂度、增加系统的成本。　　 2、基于光反馈半导体激光器速率方程组，数值分析了偏置电流、反馈强度对混沌UWB脉冲信号的影响研究表明，混沌UWB脉冲频谱的-10dB带宽分别随着偏置电流的增大和反馈强度的增强而逐渐增加;中心频率分别随着偏置电流的增大和反馈强度的增强而逐渐增大.　　 3、以理论模拟为基础，通过实验产生了中心频率为6.6GHz、-10dB带宽为9.6GHz的混沌UWB信号.进一步，通过调节偏置电流和反馈强度，可实现混沌UWB信号的中心频率和-10dB带宽的可调谐输出，实验结果和数值分析相符合.此外，实验产生的混沌UWB信号经过34.08km的光纤传输后，其频谱形状几乎没有发生变化，表明该方法所产生的混沌UWB信号对光纤色散有较大的容忍度，而且混沌UWB信号的功率谱中没有出现离散的谱线，这说明可以忽略由于离散的功率谱所带来的消极影响，无需优化调制格式.

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 现代通信系统概论

1．1．1 现代通信系统

1．1．2 移动通信系统

1．2 认知无线电

1．3 超宽带无线通信系统

1．3．1 超宽带无线通信技术的概念

1．3．2 超宽带无线通信系统的特点及其应用

1．4 光载超宽带无线电及光生微波技术

1．4．1 光载无线通信系统的基本结构

1．4．2 光载超宽带无线电及光生微波技术

1．5 混沌激光

1．5．1 混沌激光的特性

1．5．2 混沌激光的应用

1．6 本文研究内容及文章结构

第二章 直接电流调制半导体激光器的响应特性研究

2．1 引言

2．2 实验装置

2．3 实验结果与分析

2．4 本章小结

第三章 直接调制光反馈半导体激光器产生混沌UWB信号

3．1 引言

3．2 理论模型及模拟结果

3．2．1．理论模型

3．2．2．数值模拟结果

3．3 实验装置和实验结果

3．3．1．实验装置

3．3．2．混沌超宽带信号的产生

3．3．3．偏置电流、反馈强度和调制速率对-10dB带宽和中心频率的影响

3．3．4．混沌UWB信号的传输特性

3．4 本章小结

第四章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文