【摘要】 針對傳統(tǒng)單邊帶ROF（光載無線通信）系統(tǒng)存在的不足，本文提出了一種新的基于偏振調(diào)制器（PoIM）的單邊帶（SSB）ROF系統(tǒng)。本文闡述了這種方法的原理，并與傳統(tǒng)的單邊帶ROF系統(tǒng)進(jìn)行了比較。理論分析表明，采用偏振調(diào)制器的單邊帶ROF系統(tǒng)能克服MZM半波電壓漂移，擴(kuò)大系統(tǒng)調(diào)制指數(shù)范圍，從而優(yōu)化系統(tǒng)性能。

【關(guān)鍵詞】 偏振調(diào)制器 光纖無線電 單邊帶調(diào)制

光載無線通信（Radio over fiber，ROF）技術(shù)因其高達(dá)太赫茲量級的帶寬能力，以及極低的光傳輸損耗，近十年來被廣泛地研究用于微波以及毫米波頻段高頻寬帶信號的傳輸與處理。此外，微波與毫米波信號的光子學(xué)產(chǎn)生、調(diào)制、傳輸以及探測技術(shù)不僅被研究用于無線通信領(lǐng)域，還包括其他諸如儀器、雷達(dá)、傳感、深空探測等領(lǐng)域。而隨著ROF技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，其性能的提升正在遭遇“瓶頸”。在ROF系統(tǒng)中，非線性效應(yīng)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能。

為了提升系統(tǒng)性能，采用了基于多臂馬赫—曾德爾調(diào)制器（MZM）調(diào)制方式的單邊帶（SSB）調(diào)制系統(tǒng)來消除二次及以上高次諧波以達(dá)到抑制系統(tǒng)非線性的目的。另外，采取了一種全新的解決方法，即利用偏振調(diào)制器（PoIM）和偏振控制器（PC）所組成的鏈路替代馬赫-曾德調(diào)制器來提升調(diào)制器的線性，解決了上述問題。但該方法采用的是雙邊帶（DSB）調(diào)制信號。

本文基于偏振調(diào)制器和偏振控制器的組合結(jié)構(gòu)，結(jié)合單邊帶調(diào)制方式來實(shí)現(xiàn)ROF中的單邊帶信號產(chǎn)生。這種方法的優(yōu)勢在于既能保留單邊帶信號的優(yōu)點(diǎn)，例如不受周期性傳播衰落效應(yīng)的影響，信道帶寬只有普通強(qiáng)度調(diào)制信號帶寬的一半等；又能擁有偏振調(diào)制器調(diào)制線性度好，能克服MZM偏置電壓漂移，擴(kuò)大系統(tǒng)調(diào)制指數(shù)范圍等優(yōu)點(diǎn)，從而在一定程度上抑制ROF系統(tǒng)的非線性，提升系統(tǒng)的動態(tài)范圍和穩(wěn)定性能。

一、基于雙臂MZM的傳統(tǒng)單邊帶ROF系統(tǒng)分析

傳統(tǒng)的單邊帶ROF系統(tǒng)調(diào)制采用雙臂MZM（D-MZM）實(shí)現(xiàn)，其原理圖如圖1所示。圖中從激光二極管（LD）輸出連續(xù)光波為E0exp（jω0t），其中光載波振幅為E0，角頻率為ω0；輸入MZM的兩路RF信號振幅均為VRF，角頻率為ωRF，相位相差π/2，可以分別表示為VRFcos（ωRFt）和VRFcos（ωRFt+π/2）；MZM兩臂的分光比和合波比均為0.5，MZM的直流偏置電壓置于半波電壓即Vπ/2處，因而從MZM調(diào)制器輸出的單邊帶信號可以表示為

率。再將該信號經(jīng)參鉺放大器（EDFA）放大后輸入光電探測器（PD）拍頻即可得到調(diào)制信號ISSB，即

二、基于PoIM的單邊帶ROF系統(tǒng)分析

采用PoIM的單邊帶ROF系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

圖中由可調(diào)激光源輸出的連續(xù)激光經(jīng)過偏振控制器PC0（Polarization controller）后，其偏振方向與偏振調(diào)制器（Polarization modulator）的其中一條主軸平行；3-dB光纖耦合器（Coupler）將偏振光分為上下兩路。在上路中，偏振調(diào)制器（PoIM），偏振控制器（PC1），衰減器（ATT）以及偏振分束器（Polarization beam splitter）可等效為一個偏置在正交點(diǎn)的MZM。其中ATT用于平衡上下兩路中的插入損耗[7]，PC1用于引入附加相移φ1。其作用可等效為MZM中的直流偏置電壓。在下路，PoIM，PS，PC2以及偏振分束器（PBS）同樣等效另一個MZM[7]。兩路信號經(jīng)PBS耦合后經(jīng)EDFA將信號放大后送至PD，轉(zhuǎn)化為電信號輸入頻譜分析儀。其調(diào)制原理如下。

設(shè)輸入上路的RF調(diào)制信號為g1（t），激光器輸出連續(xù)光載波為E0exp（jωt），Vπ為PoIM的射頻半波電壓，經(jīng)過PC0后輸出與偏振調(diào)制器X軸平行的線偏振光，經(jīng)過偏振調(diào)制器PoIM調(diào)制后的光信號為[9]

將上式和（1）式對比可以看出，其第一項(xiàng)同樣為光載波分量，第二項(xiàng)為一階光邊帶分量，將該信號經(jīng)參鉺放大器（EDFA）放大后輸入光電探測器（PD）拍頻同樣可得到調(diào)制信號ISSB，即這種新方法也完全實(shí)現(xiàn)了光單邊帶信號的調(diào)制。

三、結(jié)論

通過理論分析可知，本文提出的基于PoIM的單邊帶ROF系統(tǒng)可以穩(wěn)定有效的產(chǎn)生光單邊帶毫米波信號。對比于傳統(tǒng)的基于MZM的單邊帶ROF系統(tǒng)，新方法主要優(yōu)勢體現(xiàn)在既可以消除MZM半波電壓漂移對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，又可以提升系統(tǒng)的調(diào)制深度，有效避免了MZM調(diào)制器引入的非線性影響，提升其系統(tǒng)性能。因而這種新方法對新一代高性能ROF設(shè)計(jì)有一定的參考價值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張國強(qiáng)，李尚遠(yuǎn)，鄭小平. 光載無線系統(tǒng)中的線性化技術(shù)[J]，中興通訊，2012，18（5）：7-26

[2] 劉香玲，劉增基，李建東等. 單邊帶光纖承載射頻系統(tǒng)的性能改進(jìn)研究[J]. 光學(xué)學(xué)報(bào)，2011，31（6）

[3] 劉香玲，韓，李建東等. 雙平衡馬赫—曾德爾調(diào)制器的單邊帶RoF系統(tǒng)[J]. 西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，39（2）：1-7

[4] 陳淑芬，陳志. ROF中抑制非線性失真的調(diào)制技術(shù)研究[J]. 光傳輸，2012，1：21-24