光纤无线电系统中的新型探测法研究*

税奇军，唐炳华，柴 燕，伍世云，易 鸿

(四川文理学院物理与工程技术系，四川 达州 635000)

1 引言

光纤无线电系统利用光载波携带毫米波信号在中心站和基站之间构成上行和下行传输链路，能够满足宽带无线接入系统的需求。利用光外差的方法产生毫米波信号是光载毫米波最简单和直接的方式。传统的光外差方法会受到相位噪声和强度噪声的影响，从而降低毫米波信号的质量。利用可调谐激光器通过两个光纤布拉格光栅反射出两束相位近似相等的相干光并且采用平衡探测，可以大大减小相位噪声和强度噪声对产生的毫米波的影响，从而大大提高毫米波信号的质量［1－5］。

2 理论模型

光纤无线电系统中，毫米波的产生是其关键技术之一。利用光学的方法产生毫米波信号可以大大提高信号的转换效率。光外差方法是最简单的方式。如果采用双光源的方式外差，由于两个独立的激光器其相位差别很大，导致相位噪声也比较大。如果采用直接探测信号的方式会使系统的强度噪声也比较大，为了减小相位噪声和强度噪声，采用平衡探测。基于平衡探测的光纤无线电传输系统工作原理如图1所示。

在采用平衡探测的光纤无线电传输系统中光源为一可调谐激光器，可调谐激光器产生不同波长的光束经过光纤布拉格光栅1、2分别反射出第一束和第二束激光。将基带信号加载在第一束反射出来的光上送入电光调制器，将第二束反射出来的光和经过电光调制器之后的光送入2×2光纤耦合器，将2×2光纤耦合器出来的两束激光分别送入光电探测器1、2进行光电转化，利用信号合成器将两路信号相减之后送入带通滤波器就能产生相位噪声和强度噪声较小的毫米波信号。由光纤布拉格光栅1、2反射出来的激光光场分别为［6］:

图1 基于平衡探测的光纤无线电传输系统工作原理图

由于光纤布拉格光栅1、2反射出的两束光来自同一激光器，所以两束光相位近似相等，在接收端相位噪声将大大减小。经过电光调制器之后的输出光场为:

(3)式中R(t)为基带信号。经过光电探测器1、2 探测之后的电流分别为［7］:

(4)式和(5)式中 α1，α2为光电转换常数，i1(t)，i2(t)为系统噪声。在接收端采用平衡探测，通过减法器将两路电信号相减可以大大减小系统的强度噪声，经过带通滤波器之后就能产生携带基带信号的毫米波信号，其频率为两束相干光的频率差。

3 仿真分析

系统单一光源采用基于多模光纤滤波器的可调谐掺铒光纤激光器［8］，它可以在中心波长为1542－1560nm范围内输出不同的激光束。经过光纤耦合器耦合之后的光信号光谱如图2所示，为了比较直接探测和平衡探测之后毫米波的情况，在接收端先采用直接探测产生的毫米波信号频谱如图3所示，利用平衡探测产生的毫米波信号频谱如图4所示。由图3和图4可以发现经过平衡探测之后的毫米波信号频谱相对于直接探测之后的毫米波信号频谱，其相位噪声和强度噪声大大降低了，这主要是由于外差的两束光来自同一激光器，其相位近似相等，所以降低了相位噪声，并且采用平衡探测将系统的强度噪声也大大减小。

4 结 束 语

在光纤无线电系统中利用光纤布拉格光栅从可调谐激光器中选出两束相位近似相等的相干光，减小了光外差的相位噪声;采用平衡探测法减小了系统的强度噪声。由于系统的相位噪声和强度噪声都大大减小，通过仿真发现在带通滤波器的输出端产生了频率为两束相干光频率差的高质量毫米波信号，这为进一步减小光纤无线电系统的噪声提供了一定的参考。

［1］R J Helkey.Millimeter－ wave signal generation using semiconductor diode laser［J］.Micro.Opt .Technol Lett，1993，10(6):1 －5.

［2］J.Lim，Y.－S.Kang，K.－ S.Choi，J.－ H.Lee，S.－B.Kim，J.Kim.Analysis and characterization of traveling wave electrode in electroabsorption modulator for radioon fiber application［J］.J.Lightw.Technol.，2003，21(12):3004－3010.

［3］Pillet G，Morvan L，Marc Brunel，et al.Dual－ frequency laser at 1.5um for optical distribution and generation of high － purity microwave signals［J］.J.Lightwave Technol，2008，26(15):2764 －2773.

［4］L.A.Johansson，A.J.Seeds.Millimeter－ wave modulated optical signal generation with highspectral purity and wide－locking bandwidth using a fiber－integrated optical injection phase － lock loop［J］.Photon.Technol.Lett.，2000(12):690－692.

［5］L.A.Johansson，A.J.Seeds.Generation and transmission of millimeter－wave data－modulated optical signals using an optical injection phase － lock loop［J］.J.Lightwvave Technol，2003，21(2):511 －520.

［6］宋慧芳，邱昆，武保剑，等.光纤Bragg光栅的全光调谐滤波器［J］.电子科技大学学报，2008，37(s):35 －40.

［7］何佶珂，曾晓东.光外差平衡检测与本振光强度噪声抑制研究［J］.电子科技，2010，23(8):25 －31.

［8］郝艳萍，张书敏，王新占，等.基于多模光纤滤波器的可调谐掺铒光纤激光器［J］.光学学报，2011，31(8):1－6.