基于双波长激光器产生毫米波技术研究及其性能分析

摘要

随着通信技术的发展，用户对通信业务移动化和宽带化的需求日益增强。光载无线通信(ROF)作为一门新兴的宽带接入技术，满足了通信系统大容量和移动化的要求。毫米波作为ROF系统的发射源和本振源，其性能和生成方法对ROF系统至关重要。目前主要使用光学方法生成毫米波，相比具有大相位噪声的电子学方法，光子学方法有很大的优势，但同时也有不足。本文针对毫米波光学生成技术展开研究，在二次外差法的基础上，提出了一种基于双波长激光器产生毫米波的方案，并对影响该方案的因素做了理论和仿真分析，其中包括系统相位噪声、激光器线宽及光纤色散等因素。本文的研究工作主要体现在以下几个方面:
　　(1)首先介绍了研究课题的背景意义。重点介绍了ROF技术，包括ROF系统原理、结构分类及系统技术优势，并分析了ROF技术的应用现状。
　　(2)介绍了毫米波及毫米波通信，包括毫米波传播方式及毫米波通信的优势。分析了目前已有的光生毫米波的原理和系统结构，包括直接强度调制、外部调制技术、上变频技术和光外差技术等，并分析了各种技术的优势和不足。
　　(3)在二次外差法的基础上，提出了一种基于双波长激光器产生毫米波的方案。详细介绍了方案中应用到的光学器件的结构原理和数学模型，包括马赫曾德尔调制器（双平行马赫曾德尔调制器）、光电检测器和光纤布拉格光栅。给出了该方案的系统原理图，并对该方案进行了理论分析，得到了八倍频于本振信号的毫米波，并通过光学仿真软件OptiSystem对该系统进行仿真，得到了60GHz的毫米波，通过仿真分析验证了该方案的可行性。
　　(4)对影响本方案系统性能的因素进行了探讨，包括系统相位噪声、光纤色散及激光器线宽。通过理论分析，得到了产生毫米波功率代价与光纤长度、毫米波功率代价与激光器线宽关系的数学模型。并通过Matlab仿真，得出了毫米波功率代价随着光纤色散的增大、激光器线宽的增加而增大的结论。并通过OptiSystem仿真，得到了不同激光器线宽条件下系统的眼图及误码率，进一步说明了激光器线宽对系统性能的影响。通过理论分析建立数学模型，得出理想状态下该方案生成的毫米波信号不受相位噪声的影响的结论，并通过OptiSystem10.0中仿真分析，在60GHz频率处解调出原始基带信号，证实了产生的60GHz毫米波的性能未受到相位噪声的影响。
　　(5)总结分析了本文中基于双波长激光器及基于二次外差法产生毫米波方案的优势和不足，并给出了今后工作研究的建议。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 ROF技术简介

1．2．1 ROF系统原理

1．2．2 ROF系统结构分类

1．2．3 ROF系统技术优势

1．3 ROF系统应用现状

1．4 本文结构安排

2 毫米波技术研究

2．1 毫米波及毫米波通信技术

2．1．1 毫米波

2．1．2 毫米波通信技术

2．2 光生毫米波技术

2．2．1 直接强度调制技术

2．2．2 外部调制技术

2．2．3 上变频技术

2．2．4 光外差技术

2．3 光生毫米波技术的优缺点分析

2．4 本章小结

3 基于双波长激光器产生毫米波方案

3．1 光生毫米波系统中光学器件理论模型

3．1．1 马赫曾德尔调制器

3．1．2 光电检测器件

3．1．3 光纤布拉格光栅

3．2 基于双波长激光器产生毫米波方案

3．2．1 系统方案介绍

3．2．2 方案理论分析

3．3 系统仿真可行性验证

3．3．1 60GHz毫米波系统仿真

3．4 本章小结

4 基于双波长激光器产生毫米波方案性能因素分析

4．1 影响系统性能因素分析

4．2 相位噪声分析

4．2．1 方案中相位噪声分析

4．2．2 仿真验证

4．3 光纤色散的影响

4．3．1 色散对系统影响理论分析

4．3．2 色散对系统影响实验数据

4．4 激光器线宽对系统的影响

4．4．1 激光器线宽对系统影响分析

4．4．2 不同线宽下系统误码率和眼图

4．5 本章小结

5 全文总结与展望

5．1 论文完成的主要工作

5．2 下一步研究建议

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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