平衡探测技术在RoF系统获取高质量毫米波上的应用

刘海燕

毫米波通信是当前通讯研究的热点，而结合了光纤通信和毫米波通信的光纤无线电（RoF）技术为毫米波的长距离传输提供了可能。但在RoF系统中，噪音的干扰会影响到毫米波通信的质量。为了保证通信质量，平衡探测技术被广泛应用于RoF系统高质量毫米波的获取。本文基于平衡探测原理，重点分析了平衡探测技术在RoF系统获取高质量毫米波上的应用，结果表明应用平衡探测技术能够有效获取高质量的毫米波信号。

【关键词】毫米波 RoF技术 平衡探测

毫米波通信因其具有频率高、带宽大的特点，已成为当前有着高传输速率和大带宽需求的无线通信技术领域研究的热点。然而，毫米波在传输过程中易受到环境的影响，在大气中传播过程中衰减严重，传输距离短。光纤无线电（Radio over Fiber， RoF）技术的出现为解决这一问题提供了可能。在RoF系统中，充分利用了光纤通信高质大容量传输和毫米波通信高频无线接入的优势，能够很好地满足用户的需求，成为未来高速移动通信的候选方案之一。

在RoF系统中，要实现信号在光纤中的传输，毫米波信号的产生技术至关重要。目前，常用的毫米波信号产生的方法有直接调制、外部调制、频率上转换法以及光外差法等。这些方法都有各自的优点并适用于一定的条件，但要获得高质量的毫米波信号，必须在RoF系统信号传输的过程中获得两束相干的光信号，为实现这一目标，需采用平衡探测的探测技术。本文基于平衡探测的基本原理，重点研究平衡探测技术在RoF系统获取高质量毫米波上的应用。

1 平衡探测原理

平衡探测是近年来发展起来的相干光探测技术，它通过利用两个光电探测器将由耦合器输送来的两束相干光信号经由减法器处理来减少本地振荡器信号中的噪声效应，再经由带通滤波处理后即可得到毫米波信号，其基本原理如图1所示。

由式（3）可以看出，经过平衡探测后的光电转换信号中部分噪声信号被抵消掉了。尽管采用的两个光电探测器增加了其散粒噪声，但平衡探测抵消掉的噪声大于因增加光电探测器引入的散粒噪声，因此于系统信噪比的提高仍有利。

由此可见，采用平衡光电探测器产生的毫米波信号与传统的单光电探测器产生的毫米波信号相比，能够有效的抑制激光器强度波动产生的过剩强度噪声，利用这个优势可以提高整个系统的信噪比。

2 平衡探测技术在RoF系统中的应用

应用于无线通信领域的RoF系统，结合了光纤通信远距离传输和毫米波通信高平率、大带宽的优点。RoF系统实现信号的传输是通过中心站对信号的交换、控制和再生后，由光纤传输给基站进行光电转换，然后由基站通过无线电发射到用户终端的一个过程。在这个过程中涉及到毫米波调制光波、光纤调制光波传输、毫米波与光波的分离调制、毫米波的产生等一些变换，由于受到设备和环境因素的影响，在这一系列变换过程中会对传输的信号引入噪声，影响通信质量。因此，在毫米波通信中，获得高质量的毫米波信号对通信的质量至关重要。目前，应用平衡探测技术是RoF系统获得高质量毫米波的常用技术手段。

在RoF系统信号的传输过程中，常会存在相位噪声和系统强度噪声，对传输的信号造成影响。利用平衡探测将法布里-珀罗（F-P）滤波器滤出的两束相干光进行检测，得到的光电输出电流信号为：

式（4）中i1（t）、i2（t）为系统噪声。由此可见，平衡探测获得的毫米波信号频率为相干光信号的频率差，这就极大的削弱了噪声信号对传输的毫米波信号的影响，使得系统噪声得到了极大的改善。税奇军等的仿真结果进一步证实，经平衡探测的信号在通过带通滤波器输出后的信号频率为两相干光的频率差，抵消了噪声的干扰，使得获得毫米波信号的质量得到了提高。

对于RoF系统中的相位噪声，黄琼提出了一种基于相位调制的平衡探测方法。该方法采用相位调制器，将电信号调制到光波上，并通过布拉格光珊（FBG）将相位调制的信号转换成强度调制的信号，然后通过探测器平衡探测，输出得到的电流信号为：

该方法提高了信号的功率，使得增强的信号功率远大于增加的噪声功率，从而从整体上仍增加了整个RoF系统的性能。

在进行平衡探测与单管探测在获取未被噪声湮没环境中的微弱信号性能上的对比时，发现在一致性系数较大（k>0.6）时平衡探测的信噪比要优于单管探测。在平衡探测器一致性系数较小的情况下， 单管和平衡探测的信噪比相差不大，但在一致性系数较大的情况下，平衡探测器一致性微小的变化会引起平衡探测器的信噪比巨大变化。

在毫米波产生的光外差方法中，通常的光外差系统只使用一个光电探测器，这样系统中激光器的强度噪声、光电器的散粒噪声等就会对产生的毫米波信号造成影响，降低了其信噪比。为了降低系统的噪音，对光外差系统进行优化以降低激光器频漂对毫米波信号传输的影响，同时采用平衡探测抵消噪声强度，提高系统毫米波信号的特性，从而提高整个系统的信噪比，有利于毫米波信号在ROF系统中的长距离传输。

3 结束语

在毫米波通信中，RoF技术为其长距离提供了可能。但要保证毫米波通信的质量，RoF系统中高质量毫米波信号的获取至关重要。基于平衡探测的探测技术，能够有效地抑制RoF系统中的噪音信号，获取高质量的毫米波信号，从而提高了系统的信噪比，保证了毫米波通信的长距离传输。

参考文献

[1]王沁泉，陈福深.光学外差法产生微波信号特性的研究[J].半导体光电，2009，06：955-957.

作者单位

长沙医学院 湖南省长沙市 410219