微波光子信号处理及ROF系统中的关键技术研究

发布时间：2017-03-26 15:05

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【摘要】：随着宽带无线接入技术的日益发展,用户体验要求的不断提高,拥挤的低频频段早已显得“捉襟见肘”,渐渐不能满足人们对带宽的需求。信息论的基本原理告诉我们,用电磁波传输信息,频率越高,可用带宽越大。因此,科研人员向高频频段的探索从未停止。微波光子学作为一门新兴的交叉学科,集成了光纤通信的频段资源和无线通信的灵活接入,近年来在多个领域取得了显著进展,包括微波和毫米波信号的光学产生、传输、处理和控制,光控相控阵,以及光载无线(Radio Over Fiber, ROF)系统。微波光子链路由于引入了光学元素,克服了传统微波系统的电子瓶颈问题,在高速宽带无线接入、雷达及卫星通信、电子对抗、传感网络、仪器仪表测试、天文探测、以及生物医学等领域中有着广阔的应用前景。本文依托国家重点基础研究计划(973计划——新型宽带大动态毫米波器件及应用中的微波光子学基础研究),围绕微波光子学领域的信息传输和信号处理,重点研究ROF系统中的关键技术。本文的主要工作及创新成果如下：(1)ROF链路进行矢量信号传输的两个原则。随着频带资源的日益紧张,矢量信号由于频谱利用率极高,依然是ROF链路进行信号传输的主要选择。微波光子学中常见的有三种调制方式,即双边带调制,单边带调制,以及双边带抑制载波调制。然而,这三种调制方式实际上并不全都适合矢量信号传输。同时,光纤色散对ROF系统链路的冲击,也在传输高阶矢量信号的时候尤为明显。因此,本文结合ROF链路进行矢量信号传输的系统模型,通过理论分析和数学推导,并引入色散对ROF系统的影响,提出了适合ROF链路进行矢量信号传输的两个原则,即参与拍频的两个边带有且仅有一个数据边带,同时要基于光载波对称分布。该原则对ROF链路设计、系统架构、以及信息传输具有指导意义。(2)基于三倍频和对称原则的色散补偿技术。根据ROF链路进行矢量信号传输的两个原则,本文提出了一种基于三倍频和对称原则的全双工ROF系统,通过“频段优化”和“三倍频”理念来满足对称原则和色散补偿,实现了矢量信号的无色散传输。通常,ROF链路的色散因子与光纤链路长度、边带频率、以及光纤色散常数密切相关。因此,想要一种色散补偿方案能够自适应多种不同链路(例如链路长度不同,或光纤种类不同导致色散常数不同)的ROF系统相当困难。文中提出了不依赖于光纤链路长度和色散常数的色散补偿方案,只需对频段进行适当分配即可完成色散补偿,极大地扩展了该补偿方法的适用范围。同时,该色散补偿方案的实现不仅没有以增加额外的昂贵设备或复杂的系统结构为代价,而且,下行信号还可以和中心局共享微波源(因为频率相同),使得ROF系统精简,成本低廉。(3)基于光学移相器的色散补偿技术。本文前面提出的基于三倍频和对称原则的色散补偿方案,优点是不依赖于光纤链路长度和光纤色散常数,能够适合不同ROF系统。然而,该方案仍旧需要对频段资源进行适当分配来满足对称原则。那么,更加通用、更加一般化的ROF链路的色散补偿方案又该如何?本文对前面的色散补偿技术加以改进,放弃遵守矢量信号传输两个原则,引入新的光学元件——光学移相器,提出了一种基于光学移相器的色散补偿方法,免除了前面补偿方案中对频段的依赖,更加具有一般性和通用性。最后,基于此补偿方法设计了一个全双工ROF系统架构,实现了矢量信号的无色散传输。(4)基于双波段的全双工ROF系统实现室内宽带无缝覆盖。本文前面部分提出的全双工ROF系统,不管采用了何种色散补偿技术,都是单波段的ROF系统。即使色散补偿方案能够在不同ROF系统之间相互“移植”,但是同一时刻都有且仅有一个波段的毫米波经由天线发射出去。通常不同波段的毫米波具有不同的无线传播特性,往往各有优劣,制约着单波段ROF系统的适用范围。如果能够对单波段ROF系统加以改进,使其能够支持多个波段同时工作,则可以进一步拓展ROF系统的应用领域。本文提出了一种基于双波段理念的全双工ROF系统,集成了Wi-Fi波段和V波段(57GHz-64GHz)无线通信的各自优势,信息能够在两个波段灵活切换,同时具备V波段的带宽容量和Wi-Fi波段的覆盖范围,实现了室内的高速宽带无线接入和无缝覆盖。
【关键词】：微波光子学 光载无线 矢量信号传输 色散补偿 星座图旋转
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.11
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-28
• 1.1 微波光子学概述12-13
• 1.2 背景综述及研究现状13-19
• 1.2.1 光生毫米波技术13-15
• 1.2.2 光控相控阵技术15-17
• 1.2.3 光载无线技术17-19
• 1.3 论文主要工作及结构安排19-24
• 1.4 参考文献24-28
• 第二章 微波光子学中的关键技术及信号处理28-45
• 2.1 调制解调技术28-39
• 2.1.1 强度调制30-37
• 2.1.2 相位调制37-39
• 2.2 矢量信号39-40
• 2.3 色散效应40-41
• 2.4 小结41-42
• 2.5 参考文献42-45
• 第三章 ROF链路进行矢量信号传输的两个原则45-71
• 3.1 ROF链路进行矢量信号传输的第一原则45-56
• 3.1.1 基于ROF链路矢量信号传输的DSB调制47-51
• 3.1.2 基于ROF链路矢量信号传输的SSB调制51-53
• 3.1.3 基于ROF链路矢量信号传输的DSB-CS调制53-55
• 3.1.4 第一原则55-56
• 3.2 ROF链路进行矢量信号传输的第二原则56-66
• 3.2.1 ROF链路进行矢量信号传输的色散冲击及影响因子56-58
• 3.2.2 基于DSB调制的ROF链路进行矢量信号传输的色散冲击58-61
• 3.2.3 基于SSB调制的ROF链路进行矢量信号传输的色散冲击61-63
• 3.2.4 基于DSB-CS调制的ROF链路进行矢量信号传输的色散冲击63-65
• 3.2.5 第二原则65-66
• 3.3 小结66-68
• 3.4 参考文献68-71
• 第四章 ROF系统的矢量信号传输及色散补偿71-94
• 4.1 基于三倍频和对称原则的色散补偿技术71-83
• 4.1.1 符合矢量信号传输的两个原则的ROF链路架构71-74
• 4.1.2 三倍频技术与对称原则74-78
• 4.1.3 基于三倍频和对称原则的全双工ROF系统78-81
• 4.1.4 小结81-83
• 4.2 基于光学移相器的色散补偿技术83-91
• 4.2.1 光学移相器与色散补偿83-86
• 4.2.2 基于光学移相器的全双工ROF系统86-89
• 4.2.3 小结89-91
• 4.3 参考文献91-94
• 第五章 面向不同应用的两种ROF系统94-111
• 5.1 基于W波段的全双工ROF系统实现户外高速无线通信96-101
• 5.1.1 W波段(75GHz-110GHz)大气低损耗窗口96-98
• 5.1.2 基于W波段的全双工ROF系统精简架构98-100
• 5.1.3 小结100-101
• 5.2 基于双波段的全双工ROF系统实现室内宽带无缝覆盖101-107
• 5.2.1 V波段宽带接入与Wi-Fi波段无缝覆盖101-102
• 5.2.2 基于双波段的全双工ROF系统架构102-105
• 5.2.3 小结105-107
• 5.3 参考文献107-111
• 致谢111-112
• 攻读博士期间的学术成果112

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 殷杰;;基于RoF技术的下一代楼宇无线通信系统研究[J];常州信息职业技术学院学报;2009年05期

2 李遥;闻和;郑小平;;基于宽谱光源矢量信号传输技术[J];电子技术应用;2012年02期

3 施剑阳;李欣颖;王源泉;王一光;迟楠;;W波段大容量光纤无线融合系统的关键技术[J];光通信研究;2014年04期

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本文编号：268958