基于強度調制器的OFM系統性能分析

王明曄　張麗　李明

摘 要： 隨著無線接入技術的飛速發展，人們對寬帶網絡容量與速度的要求也與日俱增，由此，光纖與微波的結合技術逐步走進人們的視線。在此基礎上就光倍頻（OFM）技術中微波副載波產生方法進行了一些探討，研究了基于強度調制器的OFM技術的實現，重點分析了激光相位噪聲和掃描相位噪聲對系統性能的影響，最后對該技術實現的微波副載波在ROF系統中采用單模光纖傳輸進行了性能檢測。

關鍵詞： 微波副載波； 光倍頻； 馬赫?曾德爾干涉儀； 相位噪聲

中圖分類號： TN929.1?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）01?0022?04

Abstract： With the rapid development of wireless access technologies， the requirements of broadband network capacity and speed are increased. Thus， the technology combining fiber with microwave attracts people′s attention. On this basis， the microwave subcarrier generation method in OFM technology is investigated. The implementation of OFM technology based on intensity modulator is researched. The impact of laser phase noise and sweep signal phase noise on the OFM System is analyzed emphatically. The single?mode fiber transmission of microwave subcarrier in the ROF system was detected.

Keywords： microwave subcarrier； OFM； MZI； phase noise

隨著寬帶通信中光纖作為傳輸介質被廣泛應用， Radio?over?Fibre（RoF）已成為研究熱點，尤為矚目的是該技術中微波信號的實現問題。目前，該技術中微波副載波的產生方法可分三類：強度調制?直接檢測法、光外差法和頻率轉換法[1?3]。一種改進的頻率轉換法——OFM（Optical Frequency Multiplication）技術逐步走入人們的視線，該技術采用相位調制器和馬赫?曾德爾干涉儀（MZI）實現頻率轉換，獲取到原信號的倍頻微波副載波。本文基于實現倍頻信號的思想，提出了一種結構比較簡單、成本較小的基于強度調制器OFM系統。仿真表明該系統與基于相位調制器OFM系統一樣具有可行性。

1 OFM技術

OFM技術作為一種改進的頻率轉換技術仍是通過激光二極管（LD）實現光信號，但與以往的頻率轉換法的區別是，不需要在遠程接入單元實現頻率變換而是在頭端完成。OFM系統結構原理如圖1所示[1]，主要包括頭端（Headend）和遠程接入單元（RAU）兩部分。在Headend主要完成光電變換和調制變換，具體過程是：掃描電信號經過調制器調制到LD產生的光波上，而調制后的光信號通過MZI的周期濾波等作用變頻至微波段，再由光纖傳送到RAU。在RAU只需進行光電轉換，就可用帶通濾波器獲取原來掃描電信號的[N]倍頻微波副載波。針對寬帶通信中大量RAU的需求問題，OFM技術不僅減少了線路的復雜性，也很大程度上節約了系統成本。

2 基于強度調制器的OFM技術的提出

2.1 基于相位調制器的OFM技術

基于相位調制器的OFM技術使用光相位調制器實現把低射頻掃描電信號加載到光波上，利用MZI完成光載波周期濾波。LD產生幅度為[E0]的光場，也是調制器輸入場，MZI輸入場等于相位調制器的輸出場，經過干涉儀后檢測到的信號強度[1]見公式（1）：

考慮掃描信號相位噪時，對比公式（5）和公式（2），兩式中直流分量沒有發生變化，仍含有奇偶諧波分量，但奇偶諧波分量中峰值頻率差發生變化，說明實現信號強度有衰減。

為了進一步驗證掃描信號的相位噪聲的影響，采用Optisystem仿真分析系統受掃描信號噪聲影響情況，結果如圖3所示。圖3（a）為沒有噪聲情況下頻譜分析儀的檢測結果，圖3（b）為頻譜分析儀有噪聲情況下的檢測結果。雖然仿真結果相對于實際電路中存在一定量誤差，但不難發現，有掃描信號噪聲影響時造成諧波強度的衰減。以第三階諧波為例，沒有掃描信號相位噪聲影響時，強度為45 dB；有噪聲影響時，第二階諧波強度為39 dB，有6 dB的衰減。而隨著信號頻率的增加，噪聲的影響也在不斷增加。此現象表明，由于瞬時頻率的變化引起的峰值頻率差變化與諧波分量的階數成正比。

4 基于OFM技術的ROF系統檢測

為了測試該計術在寬帶網絡中的應用，對數字信號傳輸過程進行系統性能分析，搭建測試圖如圖4所示，系統運行在50 km單模光纖鏈路中。色散是光纖的傳輸特性之一，而材料色散的影響占主導，在這里主要分析系統在單模光纖鏈路中的可行性。

實驗選取掃描信號頻率為5 GHz，攜帶的信息數字信號調制到系統產生的15 GHz的微波信號上，經過50 km單模光纖鏈路傳輸后進行信號強度檢測。在遠程單遠光電轉換后通過帶通濾波器和解調器獲取原數字信息。在圖中選取6個節點，通過觀察這6個節點分析基于強度調制器和MZI的光倍頻技術的RoF系統性能，在這里值得注意的是光電轉換后的e點和帶通濾波器后f點的輸出情況，如圖5所示。

根據圖5的輸出情況可以看出，數字信號調制到15 GHz微波副載波信號上，在單模光纖介質中傳輸50 km路程后可以被檢測到，此現象表明基于強度調制器的倍頻技術在RoF系統中具有可行性。

5 結 語

本文針對基于相位調制器的OFM技術高成本、不易生產的問題，提出了一種基于強度調制器的OFM技術，對該技術的性能進行了分析和檢驗。結果表明，該技術具有與基于相位調制的OFM技術相同的性能，說明基于強度調制器的OFM系統可以實現原掃描電信號的倍頻信號，且系統不受激光相位噪聲影響，不需要采用鎖相環路以及光注入鎖定等附加電路來抑制激光相位噪聲。系統在單模光纖鏈路中產生的諧波分量強度受掃描信號的相位噪聲影響，仿真分析得出，瞬時頻率的變化引起的峰值頻率差的改變與諧波分量的階數成正比。

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