直调型与外调型微波光子链路的线性度研究

发布时间：2020-06-06 18:30

【摘要】：融合微波和光波的微波光子技术可以实现微波信号的高速处理和宽带传输。作为微波光子技术的主干方向,微波光子链路具有大带宽、小体积、轻重量、低损耗、抗电磁干扰等显著优势,在民用通信和国防军事等领域中得到了广泛应用。然而,由于微波光子链路的非线性特性,尤其在高功率信号注入情况下,非线性作用(如饱和、混频、倍频、交调和互调等)会使通信传输质量急剧下降。因此,微波光子链路线性度的研究及优化具有重要意义。本文首先介绍了微波光子链路的发射端、传输链路和接收端。在发射端,根据调制方式的不同将微波光子链路划分为直接调制型和外调制型,并分别对两种模式链路的发射端进行数学建模从而分析其非线性失真。为比较发射端非线性失真,在不同的调制信号下分别介绍相关性能参数衡量链路线性度,包括链路损耗、线性动态范围(CDR)、无杂散动态范围(SFDR)。然后,开展实验研究,搭建直接调制型和外调制型两种模式下的微波光子链路,采集和分析信号获得关键性能参数。通过参数比较得到以直调激光器(DML)为核心器件的直接调制型微波光子链路性能优于外调制型;同时通过对直接调制型微波光子链路在10 km光纤传输后性能的显著下降分析,得到其在短距离传输中的应用优势。考虑到DML在线宽、啁啾方面的短板,随即测量两种模式链路的频率响应,观察不同长度光纤带来的色散影响得到DML的线宽、啁啾会给链路带来复杂的色散失真现象。综合分析实验结果,直接调制型短距离微波光子链路具有高线性度的优势。最后,基于外调制型微波光子链路的理论分析,利用OptiSystem验证两种线性化方法的实现。一种是结构线性化,采用双平行马赫增德尔调制器(DPMZM),通过控制DPMZM的三个直流偏置满足相关条件来实现三阶交调失真(IMD3)的抑制:2 MHz激光器线宽的背靠背(BTB)和10 km链路的载波干扰比(CIR)分别提高33和14 dB,1 KHz激光器线宽的10 km链路的CIR提高20 dB;一种是数字信号处理(DSP)线性化,采用直接探测和相干探测两种结构接收信号,通过对链路输出信号进行数字采集并结合系统传输函数加以离线处理来实现输出线性化,得到相干探测在性能上的优越性。
【图文】：

功率分布,直流偏置,电压,学位论文

西南交通大学硕士研究生学位论文第 32 页及 Z = 0.8664，对应于 V2/ Vπ、V3/ Vπ以及 V1/ Vπ的取值。那么在参数设置中，对应上支路的 MZM 的直流偏置电压设置为 3.4656 V，下支路的直流偏置电压设置为 1.28 V，母 MZM 的直流偏置电压应设置为 3.6V，对应于相移器的相移量设置为 162°。DPMZM的输出调制光信号经过光纤链路，最后进入响应度为1A/W 的PD探测得到微波信号，采用频谱仪观察信号的功率分布。

频谱,激光器线宽,链路,非线性失真

图 4-7 DSP 线性化的链路结构如图 4-8 所示为基于 DSP 线性化的仿真结果。当激光器线宽设置为 2 MHz，光纤长度为 0（即 BTB 链路）时，图（a）和图（b）为线性化前、后的微波信号的归一化功率频谱情况，CIR 分别为 34 和 66 dB；CIR 提高了 32 dB，即非线性失真得到抑制。加入 10km 光纤，分别考虑激光器线宽为 2MHz 和 1KHz 场景下的线性化效果。当激光器线宽为 2 MHz 时，图（c）和图（d）为线性化前、后的微波信号的归一化功率频谱情况，，CIR 分别为 35 和 45dB；CIR 提高了 10dB，即非线性失真得到抑制。当激光器线宽为 1KHz 时，图（e）和图（f）为线性化前、后的微波信号的归一化功率频谱情况，CIR 分别为 35 和 45dB；CIR 提高了 10dB，即非线性失真得到抑制。如图 4-8 所示，激光器线宽 2 MHz 的 10 km 链路中的信噪比约为 55 dB，激光器线宽 1 KHz 的 10km 链路中的信噪比约为 90 dB。比较得到，光纤不但带来链路损耗，而且光纤的色散、非线性等效应会加大链路噪底，同时激光器线宽的增大也会使链路噪底增大。进一步分析，比较激光器线宽 2 MHz 的 BTB 链路和 10 km 链路的 CIR 提高量可得知，光纤对非线性失真的抑制效果也是有所影响的。根据上述的理论推导与仿真分析可知，利用 DSP 进行后补偿，虽然增加了 ADC 的
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN015

【参考文献】