基于光子信号处理技术的高性能光载无线通信系统的研究

基于光子信号处理技术的高性能光载无线通信系统的研究

高性能光载无线通信系统,它是使用光纤进行微波/毫米波信号馈送,并通过信号处理技术实现性能指标(如增益、载干比、无杂散动态范围等)显著提高的通信系统。它有效解决了 LTE网络的深度覆盖、高频组网、基站灵活部署和流量爆炸式增长等问题,在第四代和下一代移动通信中扮演着关键角色。目前,根据其在物理层的实现方式,它可以分为基于数字信号处理技术和基于光子信号处理技术的光载无线通信系统。与基于数字信号处理技术的系统相比,基于光子信号处理技术的系统,其带宽和性能不受电子瓶颈效应的限制,无需上下变频和模数转换,能直接对光域的微波/毫米波信号进行信号处理,具有低噪声、高增益、超宽带和高速率等优点。

但是,已报道的常用于光载无线通信系统的光子信号处理技术(如Class-AB技术、光边带处理技术和混合光子信号处理技术等)也存在其不足和缺陷。在本论文,我们针对该问题提出了改进方案,并把改进方案运用在光载无线通信系统中,得到性能指标更好的系统。具体如下:1、Class-AB技术是历史悠久的光子信号处理技术。它在主链路中引入辅助链路,通过偏压同时控制主链路和辅助链路的传输函数,实现系统性能指标的提高。

但是,它具有系统结构复杂和易受偏压漂移影响的缺点。另外,已报道的Class-AB技术只被用在强度调制/偏振调制的光载无线通信系统中,相位调制的Class-AB技术还没被报道。针对以上问题,我们在论文中提出了相位调制的Class-AB技术。在原理上,在相位调制光载无线通信系统的主、辅链路中分别添加光衰减器和电衰减器,研究表明当光衰减器和电衰减器衰减功率成一定关系时,可以替代强度调制系统中的偏压控制功能,实现不受偏压漂移影响的相位调制Class-AB技术。

我们把该技术运用到光载无线通信系统中,在原理和实验上论证了所提倡系统能有效抑制系统的三阶交调失真,并提高系统的线性度和无杂散动态范围(SFDR>120 dB.Hz4/5)。2、基于光处理器的光边带相移技术,是光子信号处理领域里的新兴研究热点。它只用光处理器的相位资源,能在保留光边带处理技术灵活控制性的情况下,降低对光处理器的性能需求。但是,目前所报道的基于该技术的系统只能提升一项系统性能指标。

另外,已报道的基于光边带相移技术的高线性系统因色散而无法用于中长距离传输。针对以上难题,我们提出了一种新型的光边带相移技术。该技术能在不增加光处理器性能需求和系统复杂度的情况下,对光边带的相位进行精细控制,实现多项系统性能指标的提升。我们把该技术运用到光载无线通信系统中,在原理和实验上论证了所提倡系统能在经过光纤传输后同时实现三阶交调失真的抑制(SFDR～115 dB· Hz4/5)和系统色散的完全补偿。

3、基于布拉格光栅的光边带处理技术,具有插损小、易于集成和商用化价值高等优点。它使用布拉格光栅对光信号特定边带进行滤波,可以控制信号的光边带功率比。但是,目前已报道的系统只能提升一种系统性能指标。另外,如果滤除的边带里包含一阶边带,采用该技术会降低系统增益。

针对以上问题,我们提出了相位调制的全频谱光边带处理技术。在原理上,我们在相位调制光载无线通信系统中,采用两个可调谐布拉格光栅和一个环形器实现对传输光信号的全频谱边带功率控制、光单边带调制和反射频谱重用。我们在原理和实验上论证了所提倡系统能同时消除三阶交调失真(SFDR>120 dB·Hz4/5),抑制色散引起的功率衰落,解决偏压漂移问题和显著提高系统增益(～15.5 dB)。4、目前,已报道的宽带高性能光载无线通信系统采用的是混合光子信号处理技术。

混合光子信号处理技术即同时采用两种或多种光子信号处理方案的技术。但是,已报道的混合光子信号处理技术都被用在强度调制/偏振调制光载无线通信系统上,相位调制的混合光子信号处理技术还没被报道。另外,已报道的混合光子信号处理技术无法同时解决宽带系统的非线性失真和色散问题。针对以上难题,我们提出了相位调制的新型混合光子信号处理技术。

在原理上,我们在传统相位调制光载无线通信系统中,同时采用偏振依赖调制技术和光边带处理技术。我们在原理和实验上论证了所提倡系统能在宽带内(>20 GHz)消除所有交调和谐波失真(IMD2、IMD3和SHD),并解决色散引起的功率衰落问题。