基于强度调制器的OFM系统性能分析

王明晔　张丽　李明

摘 要： 随着无线接入技术的飞速发展，人们对宽带网络容量与速度的要求也与日俱增，由此，光纤与微波的结合技术逐步走进人们的视线。在此基础上就光倍频（OFM）技术中微波副载波产生方法进行了一些探讨，研究了基于强度调制器的OFM技术的实现，重点分析了激光相位噪声和扫描相位噪声对系统性能的影响，最后对该技术实现的微波副载波在ROF系统中采用单模光纤传输进行了性能检测。

关键词： 微波副载波； 光倍频； 马赫?曾德尔干涉仪； 相位噪声

中图分类号： TN929.1?34 文献标识码： A 文章编号： 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

随着宽带通信中光纤作为传输介质被广泛应用， Radio?over?Fibre（RoF）已成为研究热点，尤为瞩目的是该技术中微波信号的实现问题。目前，该技术中微波副载波的产生方法可分三类：强度调制?直接检测法、光外差法和频率转换法[1?3]。一种改进的频率转换法——OFM（Optical Frequency Multiplication）技术逐步走入人们的视线，该技术采用相位调制器和马赫?曾德尔干涉仪（MZI）实现频率转换，获取到原信号的倍频微波副载波。本文基于实现倍频信号的思想，提出了一种结构比较简单、成本较小的基于强度调制器OFM系统。仿真表明该系统与基于相位调制器OFM系统一样具有可行性。

1 OFM技术

OFM技术作为一种改进的频率转换技术仍是通过激光二极管（LD）实现光信号，但与以往的频率转换法的区别是，不需要在远程接入单元实现频率变换而是在头端完成。OFM系统结构原理如图1所示[1]，主要包括头端（Headend）和远程接入单元（RAU）两部分。在Headend主要完成光电变换和调制变换，具体过程是：扫描电信号经过调制器调制到LD产生的光波上，而调制后的光信号通过MZI的周期滤波等作用变频至微波段，再由光纤传送到RAU。在RAU只需进行光电转换，就可用带通滤波器获取原来扫描电信号的[N]倍频微波副载波。针对宽带通信中大量RAU的需求问题，OFM技术不仅减少了线路的复杂性，也很大程度上节约了系统成本。

2 基于强度调制器的OFM技术的提出

2.1 基于相位调制器的OFM技术

基于相位调制器的OFM技术使用光相位调制器实现把低射频扫描电信号加载到光波上，利用MZI完成光载波周期滤波。LD产生幅度为[E0]的光场，也是调制器输入场，MZI输入场等于相位调制器的输出场，经过干涉仪后检测到的信号强度[1]见公式（1）：

考虑扫描信号相位噪时，对比公式（5）和公式（2），两式中直流分量没有发生变化，仍含有奇偶谐波分量，但奇偶谐波分量中峰值频率差发生变化，说明实现信号强度有衰减。

为了进一步验证扫描信号的相位噪声的影响，采用Optisystem仿真分析系统受扫描信号噪声影响情况，结果如图3所示。图3（a）为没有噪声情况下频谱分析仪的检测结果，图3（b）为频谱分析仪有噪声情况下的检测结果。虽然仿真结果相对于实际电路中存在一定量误差，但不难发现，有扫描信号噪声影响时造成谐波强度的衰减。以第三阶谐波为例，没有扫描信号相位噪声影响时，强度为45 dB；有噪声影响时，第二阶谐波强度为39 dB，有6 dB的衰减。而随着信号频率的增加，噪声的影响也在不断增加。此现象表明，由于瞬时频率的变化引起的峰值频率差变化与谐波分量的阶数成正比。

4 基于OFM技术的ROF系统检测

为了测试该计术在宽带网络中的应用，对数字信号传输过程进行系统性能分析，搭建测试图如图4所示，系统运行在50 km单模光纤链路中。色散是光纤的传输特性之一，而材料色散的影响占主导，在这里主要分析系统在单模光纤链路中的可行性。

实验选取扫描信号频率为5 GHz，携带的信息数字信号调制到系统产生的15 GHz的微波信号上，经过50 km单模光纤链路传输后进行信号强度检测。在远程单远光电转换后通过带通滤波器和解调器获取原数字信息。在图中选取6个节点，通过观察这6个节点分析基于强度调制器和MZI的光倍频技术的RoF系统性能，在这里值得注意的是光电转换后的e点和带通滤波器后f点的输出情况，如图5所示。

根据图5的输出情况可以看出，数字信号调制到15 GHz微波副载波信号上，在单模光纤介质中传输50 km路程后可以被检测到，此现象表明基于强度调制器的倍频技术在RoF系统中具有可行性。

5 结 语

本文针对基于相位调制器的OFM技术高成本、不易生产的问题，提出了一种基于强度调制器的OFM技术，对该技术的性能进行了分析和检验。结果表明，该技术具有与基于相位调制的OFM技术相同的性能，说明基于强度调制器的OFM系统可以实现原扫描电信号的倍频信号，且系统不受激光相位噪声影响，不需要采用锁相环路以及光注入锁定等附加电路来抑制激光相位噪声。系统在单模光纤链路中产生的谐波分量强度受扫描信号的相位噪声影响，仿真分析得出，瞬时频率的变化引起的峰值频率差的改变与谐波分量的阶数成正比。

参考文献

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