基于波长间插复用的载波抑制双边带射频光纤传输系统

王东飞，陈新桥

(中国传媒大学 信息工程学院，北京 100024)



基于波长间插复用的载波抑制双边带射频光纤传输系统

王东飞，陈新桥

(中国传媒大学 信息工程学院，北京 100024)

提出了一种基于波长间插复用的载波抑制双边带(ODSB-SC)射频光纤传输(ROF)系统，该系统采用马赫曾德尔调制器(MZM)实现了ODSB-CS调制信号，采用马赫曾德尔干涉仪(MZI)实现了两路RF信号的解复用，并采用光子模拟软件设计出了一个15GHz和25GHz的两路射频(RF)信号经过波长间插复用的ODSB-SC的ROF系统，讨论了MZI的延时时间对解复用出来的RF复用信号性能的影响。

波长间插复用；马赫曾德尔调制器(MZM)；马赫曾德尔干涉仪(MZI)；光载波抑制双边带信号(ODSB-SC)；射频光纤传输(ROF)

1　引言

光载波无线电技术(ROF)就是把具有灵活性、可移动性的无线通信和具有传输容量大、抗干扰性强、低损耗的光纤通信相融合。在ROF系统中，将昂贵复杂的设备集中在中心站(CS)，简化了基站(BS)的结构，大大降低了系统建设与运营的成本[1-3][5-6][10]。常规双边带调制的ROF系统频谱利用率比较低，为了提高ROF的频谱利用效率，提出了波长间插复用技术(WI)[4]。在ROF系统中，采用WI可以使信道间隔低于两倍最高调制频率，有效地提高了频带利用率。本文提出了一种实现两个射频波长间插复用的载波抑制双边带(ODSB-SC)射频光纤传输(ROF)系统。

2　原理及理论分析

2.1载波抑制双边带调制原理：

双射频波长间插复用的ODSB-SC ROF系统，在CS中两路RF载波信号通过电加法器耦合成RF调制信号，并通过MZM实现上变频以及产生ODSB-SC信号，在BS中MZI把两路RF信号分离并通过电幅度调制器进行解调。假设信号为Ein(t)=Eccos(ωct)，其中Ec和ωc分别为激光器输出的连续光波的幅度和角频率。两路不同的基带信号分别调制两路不同的射频信号，得到两个RF调制信号，然后通过耦合器把耦合成一路波长交织的RF信号，直接去驱动MZM。经MZM的输出信号[7]：

+cos[ωct+φ+γcos(ωRFt+θ)]}

(1)

cos((2m-1)ωRFt+(2m-1)θ)

+cos(ωct)

(2)

通过设置适当的φ，使光谱功率主要集中在一阶边带上，这样，就可以忽略掉二阶及二阶以上边带。为了能够调制生成ODSB-SC信号，可以通过调节MZM的直流偏置电压以及两路RF信号的相位差θ，将直流偏置电压设置在其功率输出曲线的最小值处，同时也实现了电光转换。根据式(2)可知，设置Vdc=Vπ，两臂上的RF信号的相位差θ=π时可以实现抑制载波的双边带调制，得到ODSB-SC光RF信号可以表示为：

Eout(t)=-EcJ1(γ)

[sin(ωct+ωRFt)+sin(ωct-ωRFt)]

(3)

从MZM输出的ODSB-SC信号经单模光纤传输到基站，在MZI中把载有两路RF信号的光RF信号分离出来，然后将它们分别送入两个不同的解调器进行AM相干解调。

2.2波长交错的原理[2][8][9]

波长间插复用技术就是在光载波和调制边带之间未被使用的波段，插入其他波长的信号，使这些不同波长的调制边带交织[11]。MZI用来作为一个可调谐的光滤波器，其输出信号取决于其臂长和信号的频率，其传输函数为：

(4)

其中τ为上臂上的延迟时间。通过式(4)，我们可以得到MZI的输出函数为：

(5)

(6)

(7)

3　仿真实验与分析

3.1系统设计

利用光子模拟软件Optisystem搭建了仿真系统，如图1所示。在中心站用5Gbps数据的频率调制15GHz和25GHz两RF载波信号通过电加法器合成RF调制信号，其频谱如图2所示，时域如图3所示。RF调制信号通过MZM实现ODSB-SC，光载波为从激光器输出的连续波(CW)，其中频率为193.1THz，线宽为15MHz。图4为调制器输出的ODSB-SC光谱图。对于15GHz的光RF调制信号，其上边带频率为193.115THz，下边带为193.085THz，调制带宽为30GHz，对于25GHz的光RF调制信号，其上下边带频率分别为193.125GHz和193.075GHz，调制带宽为50GHz。RF调制信号通过单模光纤传输20km到基站，设光纤损耗为0.25dB/km，色散为16.75ps/nm.km。在基站通过MZM整把两路光RF信号分开，分开的两路信号经光放大器、光检测器、滤波器和电幅度解调器后解解调出在RF上的数据信号。图5为MZI的延迟时间设为0.34ns时，分离出的两路光RF信号，其中(a)是15GHz的光RF信号，其中(b)是25GHz的光RF信号。

3.2MZI的延迟时间对接收信号影响

MZI的延迟时间τ决定了对分离出光RF信号的质量，通过设置不同τ值时得到的眼图和Q值，可找出τ对分离出的两个RF信号的影响。通过扫频，得到τ与解复用出的15GHz与25GHz 光RF信号的Q值关系图，如图6所示。

图1　双射频波长间插复用的ODSB-SC ROF仿真系统

图2　15GHz和25GHz合成的射频调制信号时域图　　　　　　　图3　15GHz和25GHz合成的射频调制信号时域图

图4　MZM输出后的ODSB-SC信号

(a)15GHz光射频信号　　　　　　　　(b)25GHz光射频信号图5　经MZI后分离的15GHz和25GHz的两路光RF信号

图6　 MZI的τ与解复用出的15GHz与25GHz 光RF信号的Q的关系

由图可见，当τ为0.11ns时，解调出的25GHz光RF信号的Q值最大为32.5663，但是15GHz 射频信号的Q值仅为10.4861，其眼图如图7(a)。当τ为0.35ns时，解调出的15GHz光 RF信号的Q值最大为26.7411，但是25GHz 光RF信号的Q值仅为12.0807，其眼图如图7(c)所示。当τ为0.34ns时，解调出的15GHz光 RF信号的Q值为21.2507，25GHz 射频信号的Q值为23.5383，其眼图如图7(b)所示，其中左图为解复用出的15GHz RF信号，右图为解复用出的25GHz 光RF信号。

在图6和图7中，我们通过比较MZI的τ与15GHz与25GHz 光RF信号的眼图、Q的关系，可见随着τ的增加，重叠的符号造成的符号间干扰(ISI)就会加大，解复用得到的RF信号的性能呈周期性恶化。在τ为0.34ns时，15GHz 光RF信号的最大Q为21.2507，最小误码率为1.53557e-100；25GHz RF信号的最大Q值为23.5383，最小误码率为7.56802e-123。可见最佳τ为0.34ns。

4　结束语

本文利用MZM和MZI设计了一种实现两个射频波长间插复用的ODSB-SC ROF系统。该系统能够有效地抑制光纤色散带来的周期性衰落问题以及光纤频谱资源的浪费问题。文章分析了MZM和MZI的工作原理，并采用光模拟软件设计了一个15GHz和25GHz的两路RF信号经过波长间插复用的ODSB-SC的ROF系统，讨论了MZI的延时时间对解RF复用信号的性能的影响，得到了最佳延时时间为0.34ns的结论。

(a)τ=0.11ns

(b) τ=0.34ns

(c)　τ=0.35ns图7　MZI的τ与解复用出的RF信号的眼图

本文所设计的基于波长间插复用的ODSB-SC ROF系统，该系统能够有效的提高了频带的利用率。在文中我们只重点讨论了基于波长间插复用的两路射频ODSB-SC ROF系统，实际上采用相同的原理可实现多路RF信号的间插复用系统，这时出来采用多个MZI级联对光RF解复用外，还可采用AWG实现对光RF解复用，进一步提高频带利用率。另外，还可以结合WDM、TDM和PDM等多种光复用技术，进一步提高系统传输容量，在未来高速率、多数据业务通信中具有良好的发展前景。

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(责任编辑：王谦)

Based on Wavelength Interleaving RF Double Sideband Suppressed Carrier Optical Transmission Systems

WANG Dong-fei，CHEN Xin-qiao

(College of Information Engineering，Communication University of China，Beijing 100024，China)

Proposes a wavelength interleaving based on double sideband suppression (ODSB-SC) radio frequency (ROF) optical fiber transmission system，which using Mach-Zehnder modulator (MZM) to realize the ODSB-CS modulation signal，the Mach-Zehnder interferometer (MZI) was used to realize the two RF signal de multiplexing，and the theoretical analysis of their working principle.Using simulation software design out a 15GHz and 25ghz two radio frequency (RF) signal through the wavelength in ROF system multiplexing ODSB-SC，gives the RF signal multiplexing and solution before and after the multiplexing spectrum，Q value of eye and，discuss the MZI delay time to solve the influence of the performance of RF multiplexed signal，obtained the optimal delay time for the conclusion of 0.34ns.

wavelength interleaving；Mach-Zehnder modulator (MZM)；Mach-Zehnder interferometer (MZI)；optical double sideband-suppressed carrier (ODSB-SC)；Radio-over-Fiber(RoF)

2016-05-12

王东飞(1990-)，男(汉族)，河南省永城市人，中国传媒大学硕士研究生.E-mail：1253658547@qq.com

TN92

A

1673-4793(2016)04-0055-06