基于PoIM的单边带ROF系统

【摘要】 针对传统单边带ROF（光载无线通信）系统存在的不足，本文提出了一种新的基于偏振调制器（PoIM）的单边带（SSB）ROF系统。本文阐述了这种方法的原理，并与传统的单边带ROF系统进行了比较。理论分析表明，采用偏振调制器的单边带ROF系统能克服MZM半波电压漂移，扩大系统调制指数范围，从而优化系统性能。

【关键词】 偏振调制器 光纤无线电 单边带调制

光载无线通信（Radio over fiber，ROF）技术因其高达太赫兹量级的带宽能力，以及极低的光传输损耗，近十年来被广泛地研究用于微波以及毫米波频段高频宽带信号的传输与处理。此外，微波与毫米波信号的光子学产生、调制、传输以及探测技术不仅被研究用于无线通信领域，还包括其他诸如仪器、雷达、传感、深空探测等领域。而随着ROF技术的发展和应用，其性能的提升正在遭遇“瓶颈”。在ROF系统中，非线性效应严重影响系统的性能。

为了提升系统性能，采用了基于多臂马赫―曾德尔调制器（MZM）调制方式的单边带（SSB）调制系统来消除二次及以上高次谐波以达到抑制系统非线性的目的。另外，采取了一种全新的解决方法，即利用偏振调制器（PoIM）和偏振控制器（PC）所组成的链路替代马赫-曾德调制器来提升调制器的线性，解决了上述问题。但该方法采用的是双边带（DSB）调制信号。

本文基于偏振调制器和偏振控制器的组合结构，结合单边带调制方式来实现ROF中的单边带信号产生。这种方法的优势在于既能保留单边带信号的优点，例如不受周期性传播衰落效应的影响，信道带宽只有普通强度调制信号带宽的一半等；又能拥有偏振调制器调制线性度好，能克服MZM偏置电压漂移，扩大系统调制指数范围等优点，从而在一定程度上抑制ROF系统的非线性，提升系统的动态范围和稳定性能。

一、基于双臂MZM的传统单边带ROF系统分析

传统的单边带ROF系统调制采用双臂MZM（D-MZM）实现，其原理图如图1所示。图中从激光二极管（LD）输出连续光波为E0exp（jω0t），其中光载波振幅为E0，角频率为ω0；输入MZM的两路RF信号振幅均为VRF，角频率为ωRF，相位相差π/2，可以分别表示为VRFcos（ωRFt）和VRFcos（ωRFt+π/2）；MZM两臂的分光比和合波比均为0.5，MZM的直流偏置电压置于半波电压即Vπ/2处，因而从MZM调制器输出的单边带信号可以表示为

率。再将该信号经参铒放大器（EDFA）放大后输入光电探测器（PD）拍频即可得到调制信号ISSB，即

二、基于PoIM的单边带ROF系统分析

采用PoIM的单边带ROF系统原理图如图2所示。

图中由可调激光源输出的连续激光经过偏振控制器PC0（Polarization controller）后，其偏振方向与偏振调制器（Polarization modulator）的其中一条主轴平行；3-dB光纤耦合器（Coupler）将偏振光分为上下两路。在上路中，偏振调制器（PoIM），偏振控制器（PC1），衰减器（ATT）以及偏振分束器（Polarization beam splitter）可等效为一个偏置在正交点的MZM。其中ATT用于平衡上下两路中的插入损耗[7]，PC1用于引入附加相移φ1。其作用可等效为MZM中的直流偏置电压。在下路，PoIM，PS，PC2以及偏振分束器（PBS）同样等效另一个MZM[7]。两路信号经PBS耦合后经EDFA将信号放大后送至PD，转化为电信号输入频谱分析仪。其调制原理如下。

设输入上路的RF调制信号为g1（t），激光器输出连续光载波为E0exp（jωt），Vπ为PoIM的射频半波电压，经过PC0后输出与偏振调制器X轴平行的线偏振光，经过偏振调制器PoIM调制后的光信号为[9]

将上式和（1）式对比可以看出，其第一项同样为光载波分量，第二项为一阶光边带分量，将该信号经参铒放大器（EDFA）放大后输入光电探测器（PD）拍频同样可得到调制信号ISSB，即这种新方法也完全实现了光单边带信号的调制。

三、结论

通过理论分析可知，本文提出的基于PoIM的单边带ROF系统可以稳定有效的产生光单边带毫米波信号。对比于传统的基于MZM的单边带ROF系统，新方法主要优势体现在既可以消除MZM半波电压漂移对系统稳定性的影响，又可以提升系统的调制深度，有效避免了MZM调制器引入的非线性影响，提升其系统性能。因而这种新方法对新一代高性能ROF设计有一定的参考价值。

参 考 文 献

[1] 张国强，李尚远，郑小平. 光载无线系统中的线性化技术[J]，中兴通讯，2012，18（5）：7-26

[2] 刘香玲，刘增基，李建东等. 单边带光纤承载射频系统的性能改进研究[J]. 光学学报，2011，31（6）

[3] 刘香玲，韩，李建东等. 双平衡马赫―曾德尔调制器的单边带RoF系统[J]. 西安电子科技大学学报（自然科学版），2012，39（2）：1-7

[4] 陈淑芬，陈志. ROF中抑制非线性失真的调制技术研究[J]. 光传输，2012，1：21-24