王東飛，陳新橋

(中國傳媒大學 信息工程學院，北京 100024)

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基于波長間插復用的載波抑制雙邊帶射頻光纖傳輸系統(tǒng)

王東飛，陳新橋

(中國傳媒大學 信息工程學院，北京 100024)

提出了一種基于波長間插復用的載波抑制雙邊帶(ODSB-SC)射頻光纖傳輸(ROF)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用馬赫曾德爾調制器(MZM)實現(xiàn)了ODSB-CS調制信號，采用馬赫曾德爾干涉儀(MZI)實現(xiàn)了兩路RF信號的解復用，并采用光子模擬軟件設計出了一個15GHz和25GHz的兩路射頻(RF)信號經(jīng)過波長間插復用的ODSB-SC的ROF系統(tǒng)，討論了MZI的延時時間對解復用出來的RF復用信號性能的影響。

波長間插復用；馬赫曾德爾調制器(MZM)；馬赫曾德爾干涉儀(MZI)；光載波抑制雙邊帶信號(ODSB-SC)；射頻光纖傳輸(ROF)

1　引言

光載波無線電技術(ROF)就是把具有靈活性、可移動性的無線通信和具有傳輸容量大、抗干擾性強、低損耗的光纖通信相融合。在ROF系統(tǒng)中，將昂貴復雜的設備集中在中心站(CS)，簡化了基站(BS)的結構，大大降低了系統(tǒng)建設與運營的成本[1-3][5-6][10]。常規(guī)雙邊帶調制的ROF系統(tǒng)頻譜利用率比較低，為了提高ROF的頻譜利用效率，提出了波長間插復用技術(WI)[4]。在ROF系統(tǒng)中，采用WI可以使信道間隔低于兩倍最高調制頻率，有效地提高了頻帶利用率。本文提出了一種實現(xiàn)兩個射頻波長間插復用的載波抑制雙邊帶(ODSB-SC)射頻光纖傳輸(ROF)系統(tǒng)。

2　原理及理論分析

2.1載波抑制雙邊帶調制原理：

雙射頻波長間插復用的ODSB-SC ROF系統(tǒng)，在CS中兩路RF載波信號通過電加法器耦合成RF調制信號，并通過MZM實現(xiàn)上變頻以及產(chǎn)生ODSB-SC信號，在BS中MZI把兩路RF信號分離并通過電幅度調制器進行解調。假設信號為Ein(t)=Eccos(ωct)，其中Ec和ωc分別為激光器輸出的連續(xù)光波的幅度和角頻率。兩路不同的基帶信號分別調制兩路不同的射頻信號，得到兩個RF調制信號，然后通過耦合器把耦合成一路波長交織的RF信號，直接去驅動MZM。經(jīng)MZM的輸出信號[7]：

+cos[ωct+φ+γcos(ωRFt+θ)]}

(1)

cos((2m-1)ωRFt+(2m-1)θ)

+cos(ωct)

(2)

通過設置適當?shù)摩?，使光譜功率主要集中在一階邊帶上，這樣，就可以忽略掉二階及二階以上邊帶。為了能夠調制生成ODSB-SC信號，可以通過調節(jié)MZM的直流偏置電壓以及兩路RF信號的相位差θ，將直流偏置電壓設置在其功率輸出曲線的最小值處，同時也實現(xiàn)了電光轉換。根據(jù)式(2)可知，設置Vdc=Vπ，兩臂上的RF信號的相位差θ=π時可以實現(xiàn)抑制載波的雙邊帶調制，得到ODSB-SC光RF信號可以表示為：

Eout(t)=-EcJ1(γ)

[sin(ωct+ωRFt)+sin(ωct-ωRFt)]

(3)

從MZM輸出的ODSB-SC信號經(jīng)單模光纖傳輸?shù)交?，在MZI中把載有兩路RF信號的光RF信號分離出來，然后將它們分別送入兩個不同的解調器進行AM相干解調。

2.2波長交錯的原理[2][8][9]

波長間插復用技術就是在光載波和調制邊帶之間未被使用的波段，插入其他波長的信號，使這些不同波長的調制邊帶交織[11]。MZI用來作為一個可調諧的光濾波器，其輸出信號取決于其臂長和信號的頻率，其傳輸函數(shù)為：

(4)

其中τ為上臂上的延遲時間。通過式(4)，我們可以得到MZI的輸出函數(shù)為：

(5)

(6)

(7)

3　仿真實驗與分析

3.1系統(tǒng)設計

利用光子模擬軟件Optisystem搭建了仿真系統(tǒng)，如圖1所示。在中心站用5Gbps數(shù)據(jù)的頻率調制15GHz和25GHz兩RF載波信號通過電加法器合成RF調制信號，其頻譜如圖2所示，時域如圖3所示。RF調制信號通過MZM實現(xiàn)ODSB-SC，光載波為從激光器輸出的連續(xù)波(CW)，其中頻率為193.1THz，線寬為15MHz。圖4為調制器輸出的ODSB-SC光譜圖。對于15GHz的光RF調制信號，其上邊帶頻率為193.115THz，下邊帶為193.085THz，調制帶寬為30GHz，對于25GHz的光RF調制信號，其上下邊帶頻率分別為193.125GHz和193.075GHz，調制帶寬為50GHz。RF調制信號通過單模光纖傳輸20km到基站，設光纖損耗為0.25dB/km，色散為16.75ps/nm.km。在基站通過MZM整把兩路光RF信號分開，分開的兩路信號經(jīng)光放大器、光檢測器、濾波器和電幅度解調器后解解調出在RF上的數(shù)據(jù)信號。圖5為MZI的延遲時間設為0.34ns時，分離出的兩路光RF信號，其中(a)是15GHz的光RF信號，其中(b)是25GHz的光RF信號。

3.2MZI的延遲時間對接收信號影響

MZI的延遲時間τ決定了對分離出光RF信號的質量，通過設置不同τ值時得到的眼圖和Q值，可找出τ對分離出的兩個RF信號的影響。通過掃頻，得到τ與解復用出的15GHz與25GHz 光RF信號的Q值關系圖，如圖6所示。

圖1　雙射頻波長間插復用的ODSB-SC ROF仿真系統(tǒng)

圖2　15GHz和25GHz合成的射頻調制信號時域圖　　　　　　　圖3　15GHz和25GHz合成的射頻調制信號時域圖

圖4　MZM輸出后的ODSB-SC信號

(a)15GHz光射頻信號　　　　　　　　(b)25GHz光射頻信號圖5　經(jīng)MZI后分離的15GHz和25GHz的兩路光RF信號

圖6　 MZI的τ與解復用出的15GHz與25GHz 光RF信號的Q的關系

由圖可見，當τ為0.11ns時，解調出的25GHz光RF信號的Q值最大為32.5663，但是15GHz 射頻信號的Q值僅為10.4861，其眼圖如圖7(a)。當τ為0.35ns時，解調出的15GHz光 RF信號的Q值最大為26.7411，但是25GHz 光RF信號的Q值僅為12.0807，其眼圖如圖7(c)所示。當τ為0.34ns時，解調出的15GHz光 RF信號的Q值為21.2507，25GHz 射頻信號的Q值為23.5383，其眼圖如圖7(b)所示，其中左圖為解復用出的15GHz RF信號，右圖為解復用出的25GHz 光RF信號。

在圖6和圖7中，我們通過比較MZI的τ與15GHz與25GHz 光RF信號的眼圖、Q的關系，可見隨著τ的增加，重疊的符號造成的符號間干擾(ISI)就會加大，解復用得到的RF信號的性能呈周期性惡化。在τ為0.34ns時，15GHz 光RF信號的最大Q為21.2507，最小誤碼率為1.53557e-100；25GHz RF信號的最大Q值為23.5383，最小誤碼率為7.56802e-123。可見最佳τ為0.34ns。

4　結束語

本文利用MZM和MZI設計了一種實現(xiàn)兩個射頻波長間插復用的ODSB-SC ROF系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠有效地抑制光纖色散帶來的周期性衰落問題以及光纖頻譜資源的浪費問題。文章分析了MZM和MZI的工作原理，并采用光模擬軟件設計了一個15GHz和25GHz的兩路RF信號經(jīng)過波長間插復用的ODSB-SC的ROF系統(tǒng)，討論了MZI的延時時間對解RF復用信號的性能的影響，得到了最佳延時時間為0.34ns的結論。

(a)τ=0.11ns

(b) τ=0.34ns

(c)　τ=0.35ns圖7　MZI的τ與解復用出的RF信號的眼圖

本文所設計的基于波長間插復用的ODSB-SC ROF系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠有效的提高了頻帶的利用率。在文中我們只重點討論了基于波長間插復用的兩路射頻ODSB-SC ROF系統(tǒng)，實際上采用相同的原理可實現(xiàn)多路RF信號的間插復用系統(tǒng)，這時出來采用多個MZI級聯(lián)對光RF解復用外，還可采用AWG實現(xiàn)對光RF解復用，進一步提高頻帶利用率。另外，還可以結合WDM、TDM和PDM等多種光復用技術，進一步提高系統(tǒng)傳輸容量，在未來高速率、多數(shù)據(jù)業(yè)務通信中具有良好的發(fā)展前景。

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(責任編輯：王謙)

Based on Wavelength Interleaving RF Double Sideband Suppressed Carrier Optical Transmission Systems

WANG Dong-fei，CHEN Xin-qiao

(College of Information Engineering，Communication University of China，Beijing 100024，China)

Proposes a wavelength interleaving based on double sideband suppression (ODSB-SC) radio frequency (ROF) optical fiber transmission system，which using Mach-Zehnder modulator (MZM) to realize the ODSB-CS modulation signal，the Mach-Zehnder interferometer (MZI) was used to realize the two RF signal de multiplexing，and the theoretical analysis of their working principle.Using simulation software design out a 15GHz and 25ghz two radio frequency (RF) signal through the wavelength in ROF system multiplexing ODSB-SC，gives the RF signal multiplexing and solution before and after the multiplexing spectrum，Q value of eye and，discuss the MZI delay time to solve the influence of the performance of RF multiplexed signal，obtained the optimal delay time for the conclusion of 0.34ns.

wavelength interleaving；Mach-Zehnder modulator (MZM)；Mach-Zehnder interferometer (MZI)；optical double sideband-suppressed carrier (ODSB-SC)；Radio-over-Fiber(RoF)

2016-05-12

王東飛(1990-)，男(漢族)，河南省永城市人，中國傳媒大學碩士研究生.E-mail：1253658547@qq.com

TN92

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1673-4793(2016)04-0055-06