一種基于全光譜利用和后補償技術的微波光子鏈路方法技術

提出了一種基于強光譜利用和后補償技術的微波光子鏈路的方法，該方法包括以下步驟：兩個級聯的光電相位調制器將接受下來微波信號加載到光上并進行全光下變頻。通過一個保偏環形器、布拉格光柵(FBG)以及平衡探測器組成的模塊同時利用了光柵的透射譜和反射譜。然后利用反正弦函數做數字信號處理(DSP)。本發明專利技術有效的利用了整個光譜的能量提高了系統增益，利用復雜度較低的DSP算法提高了系統線性度進而提高了動態范圍。

【技術實現步驟摘要】
一種基于全光譜利用和后補償技術的微波光子鏈路方法
本專利技術涉及一種實現微波光子鏈路的方法，更具體地說，涉及全光譜利用和數字域的后補償方法。
技術介紹
微波通信能夠在任意方向上發射、易于構建和重構，實現與移動設備的互聯；蜂窩式系統的出現，使微波通信具備高的頻譜利用率。但目前微波頻段的有限帶寬成為嚴重問題，人們開始考慮在更高的微波頻段甚至毫米波實現無線通信。然而毫米波波段在大氣中的損耗很大如60GHz信號在大氣中的傳輸損耗高達14dB/km，這意味著在蜂窩移動通信中信道頻率可更加頻繁地重復使用。但傳統的微波傳輸介質在長距離傳輸時具有很大損耗，而光纖系統具有低損耗、高帶寬特性，對于微波傳輸和處理充滿吸引力。微波光子鏈路概念最早于1993年被提出。它利用光纖和微波兩者的優勢，可以將無線微波信號的傳輸距離大大增加。其主要研究內容是解決傳統的光纖通信技術向微波頻段發展中的問題，包括激光器、光電調制器、中繼放大器、光電探測器和光纖傳輸鏈路的研究，以及整合在一起的系統結構的研究。而是多年來，在微波光子鏈路從最初的直接對激光器功率進行調制的直接調制技術發展到采用外強度調制器的外調制技術。在光學接收端，從最初的光電探測器直接探測發展到利用光纖通信中的光學相干解調的方式。系統結構的復雜化伴隨著性能的不斷提高。衡量微波光子鏈路性能優越性的主要品質因素有增益、噪聲系數、交調失真以及動態范圍。其中動態范圍是綜合考慮噪聲系數和交調失真的評價指標。因此，系統增益和動態范圍逐漸成為人們關注的重要指標。近年來，人們以提高系統指標為目的對微波光子鏈路的系統結構進行了深入的研究其中包括強度調制、偏振調制、相位調制、直接檢測、相干檢測、數字接收等。其中相位調制器由于沒有直流偏置，因此長時間工作時不存在直流漂移的問題，而且它本質上是一個線性調制，而且可以容忍大調制深度。基于相位調制的以上優點，他成為了近些年的研究熱點。然而，光學相位調制攜帶的相位信息是不能被光電探測器探測出來的，需要一種相位轉換成強度的手段。采用色散光纖可以實現相位和強度的轉換，但是由于光纖固有的非線性傳輸函數以及頻率相關的特性使得這種方式的帶寬很窄，而且難以實現大動態范圍。采用相位調制結合光濾波實現相位和幅度的轉換可以搭建成大帶寬的微波光子鏈路。而且這種方式可以輕松的與全光下變頻結合，充分利用數字信號處理技術，在數字域線性化、減小失真，從而提高系統的動態范圍。然而，相位調制結合光濾波的全光下變頻鏈路有兩個有待改進的地方。第一，濾波器將光載波濾掉減小了光功率，降低了系統增益。第二，目前沒有一種計算復雜度較低的數字信號處理后補償的算法來抑制失真，提高動態范圍。因此我們需要在光域內將濾掉的光譜重新利用以提高系統增益，并且需要針對這種鏈路的非線性特性提出一種簡單高效的數字信號處理算法來抑制交調失真。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種可以利用全光譜以及后補償算法實現高性能微波光子鏈路的方法。該方法可用于光載無線(ROF)系統中。根據本專利技術，提供一種全光譜利用的方法。全光譜利用指的是用光纖光柵的反射譜將濾除的光譜重新利用。系統通過一個保偏的環形器和一個布拉格光柵(FBG)來實現反射譜和透射譜的利用，并通過平衡探測器來就行光電變換，達到提高增益的目的。根據本專利技術，提供一種后補償的方法。后補償指的是用數字信號處理(DSP)技術將接收到的信號轉換為數字域在就行變換，實現信號處理的功能。通過推導我們證明了這種鏈路的傳遞函數類似為正弦函數，通過對采樣下來的數字信號就行反正弦變換，提高系統的線性度。從而，增加動態范圍。附圖說明通過下面結合附圖進行的對實施例的描述，本專利技術的上述和/或其他目的和優點將會變得更加清楚，其中：圖1示出系統結構框圖圖2示出系統增益改善圖圖3示出低功率本振的線性化改善圖圖4示出高功率本振的線性化改善圖圖5示出未經過數字信號處理的雙音測試頻譜圖圖6示出經過數字信號處理的雙音測試頻譜圖圖7示出系統動態范圍改善圖具體實施方式下面將結合附圖對本專利技術的實施方式進行詳細描述。圖1中描述了基于全光譜利用和后補償技術的微波光子鏈路的總體系統結構圖，其中S101為輸入的微波信號，經過光電相位調制器S102，將微波信號調制到S103：連續光激光器提供的光載波上。調制后的光載微波信號經過第二個光電相位調制器S104，S104由S105代表的微波本振驅動，將光載的微波信號從高頻下變換到S101和S105之間的差頻，從而實現了下變頻。光載的下變頻信號經過全光譜利用模塊將布拉格光柵的透射譜和反射譜都利用了。全光譜利用模塊由S106：保偏環形器、S107：布拉格光柵；S108：可調諧光延遲線以及S109：平衡探測器組成。光經過S106的輸入端口到達S107，S107的透射光譜經過S108進行延遲對準后注入S109的一個接口；與此同時，S107的反射光譜反射回S106到達第二個輸出端口，這個端口直接連接S109的另一接。S109的兩個端口光電變換后的下變頻微波信號的表達式如下：其中R表示探測器的響應度，P為光功率，mRF表示輸入的射頻功率相對于S102的靈敏度的調制指數，ωIF為下變頻的頻率它等于加載在S102和S104上的微波信號的頻率差。從上面的表達式可以看出全光譜利用后的光電流表達式互為相反數，而平衡探測器的差分模式剛好可以使得光電流加倍，換算成功率則可以使得下變頻的微波功率增加4倍即6dB。為了驗證，增益改善的效果如圖2所示。S201為改善前的光電流功率，S202為改善后的光電流功率。從這張實驗圖我們可以看出探測出的微波信號的功率增加了5.95dB，與理論值非常接近。S109探測出的微波信號。經過S110：模數轉換芯片(ADC)將模擬信號轉換成數字信號，然后再S111：數字信號處理模塊中利用特定系數的反正弦函數變換實現線性化。具體的函數表達式為：iDSP＝(4RPA/B)*arcsin(iBPD/4RPA)其中iBPD是S109輸出的光電流，而A和B的取值為：其中mLO為S104上加載的微波信號相對于S104靈敏度的調制指數。實現過程中，先按照上述表達式對信號除以4RPA，然后做反正弦變換，再乘以4RPA，除以校準因子B。圖3和圖4分別給出了在mLO為1和2時系統傳遞函數的歸一化線性度改善情況。S301和S401的線條為改善前的傳輸函數可以看出它的線性度不好，而改善后的傳遞函數曲線為S302和S402的曲線，線性度明顯改善了。而且這種方法在mLO為(1～2)的區間內都有顯著的效果。圖5和圖6為實驗測試圖，我們采用雙音測試法來測量整個微波光子鏈路的交調失真的大小。雙音測試法就是將微波輸入端同時打入兩個有一定頻率差的信號。在解調端觀察兩個頻率交叉調制頻率項的大小。在圖5中可以看出三階交調項S501比較明顯。而經過我們的算法后的解調頻譜圖為6圖。三階交調項S601較S501下降了17dB。圖7表示整個系統的動態范圍測量圖，其中S701曲線表示信號頻率項的輸出功率隨輸入功率的變化情況，S702表示沒有進行數字信號處本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于全光譜利用和后補償的微波光子鏈路方法，該方法包括以下步驟：級聯的光電相位調制器將微波信號調制到連續波激光器發出的光載波上，并且結合一個微波本振下變頻到低頻。使用全光譜利用模塊提高系統增益；使用數字信號處理模塊(DSP)提高系統動態范圍；

【技術特征摘要】
1.一種基于全光譜利用和后補償技術的微波光子鏈路方法，級聯兩個相位調制器，將微波信號與本振信號分別調制不同的光電相位調制器上的光載波，實現下變頻，其特征在于以下兩個步驟：采用全光譜利用的方法，將下變頻后的光載微波信號進入保偏環形器，環形器出口連接一個布拉格光柵(FBG)，FBG的透射光譜連接一個可調諧光延遲線，進行時延匹配，然后注入平衡探測器的一個端口，FBG的反射譜返回環形器從第二個出口引出，連接平衡探測器的另一端口,生成互為相反數的下變頻后的光載微波信號，利用平衡探測器疊加，進而提高系統增益；對平衡探測器輸出的電信號經過模數轉換后，利用特定系數...

【專利技術屬性】
技術研發人員：喻松，蔣天煒，李健，駱璁，張阮彬，謝倩，顧畹儀，
申請(專利權)人：北京郵電大學，
類型：發明
國別省市：