全双工光纤无线通信系统中的关键技术研究

将光纤通信技术应用于无线通信网络而构成的光纤无线通信系统,已成为当前学术界研究的热点.文章首先概述了光纤无线通信系统的基本结构和特点,然后详细介绍了光纤无线通信系统中的一些关键技术.通过对光毫米波信号的产生方法和无源基站设计的研究,介绍了一种新的全双工ROF系统,并进一步分析了色散对光毫米波ROF通信的影响.最后展望了光纤无线通信技术的应用前景.     

采用电光调制器产生光毫米波的全双工通信光纤无线通信系统

实验研究了一种采用单个电光调制器产生光毫米波的方法和相应的全双工无线通信系统。在中心站采用电混频器产生电毫米波,然后再利用电光制器产生双边带信号。利用光交错复用器将中心载波和双频一阶边带信号分离。双频一阶边带用于产生2倍射频信号的光毫米波,而中心光载波用来作为上行链路的光载波。实验显示采用频率为20GHz射频信号产生光毫米波的频率为40GHz,而且将下行链路和上行链路中2.5Gbit/s的数据在单模光纤中传输距离达20km,而功率代价均小于0.5dB。     

半导体光放大器的偏振调制特性研究

首先理论分析了半导体光放大器的非线性偏振调制（PolM）效应,导出了稳态条件下SOA的偏振转换矩阵。通过数值仿真,描述了包括非线性自偏振调制（SPolM）、互偏振调制（XPolM）导致的偏振态在庞加球上的变化形态。计算结果表明,SOA偏振调制效应表现为偏振旋转特性,偏振旋转的大小由入射光强和偏振态决定,旋转结果表现为输出光中的TM模分量增加,而TE模分量下降。文章同时讨论了SOA驱动电流变化对PolM效应的影响以及由其引起的电光偏振调制（IPolM）效应,并仿真得出了电流变化导致的输出光偏振态的变化轨迹。     

采用PM调制实现光生毫米波的RoF系统

提出有效产生四倍频光载毫米波的RoF系统.系统在中心站配置一个PM调制器和光滤波器,产生抑制一阶边带和中心载波的信号,发送至基站.基站侧两个二阶边带在光电检测器中拍频,产生四倍于射频信号的光载毫米波.仿真结果显示,12GHz射频频率可产生48GHz光载毫米波,2.5Gb/s的数据可在下行链路的光纤中传输35km以上,功...     

基于相位调制器产生光毫米波的全双工光纤无线通信系统

提出并实验研究了一种基于相位调制器产生光毫米波信号的全双工光纤无线通信(RoF)系统。在中心站采用相位调制器结合滤波的方法产生重复频率为40GHz的载波抑制双边带毫米波信号,利用交叉复用器分离开毫米波信号的上下边带,其中的一个边带强度调制数据速率为2.5Gbit/s的下行基带信号,另一个边带被发送到基站调制上行传输的基带数据。该系统抗色散效果好,在经过40km标准单模光纤上/下行传输数据速率2.5Gbit/s的基带信号后,双向的传输功率代价都小于0.5dBm。在光纤无线通信系统中采用相位调制器结合滤波的方法产生光毫米波,同时基于波长重用技术再生上行光载波信号,可以简化中心站和基站配置,节约系统成本。     

采用两个级联外部调制器产生四倍频光载毫米波的光纤无线通信系统

研究了一种采用两个级联外部调制器基于光载波抑制原理产生四倍频毫米波的光纤无线通信(ROF)系统.在中心站利用电混频器产生副载波复用信号,通过第一个外部调制器产生两倍射频(RF)信号的光载毫米波信号,再通过第二个外部调制器产生四倍射频信号的光载毫米波.实验显示采用频率为10 GHz的射频信号源和2.5 Gbit/s的数据基带信号混频通过两个级联外部凋制器后产生毫米波的频率为40 GHz,并且在单模光纤中传输距离达20 km,功率代价小于2 dB.     

基于半导体光放大器交叉增益调制效应的主动锁模光纤激光器

提出一种腔内损耗小的基于半导体光放大器(SOA)交叉增益调制效应(XGM)的主动锁模光纤激光器结构。使用光环行器成功减小了激光器的腔内损耗,提高了激光器的输出功率。从理论上对有理数谐波锁模过程中腔内脉冲复合的物理机制进行了详细分析。利用有理数谐波锁模技术,在调制频率为10 GHz下,得到了重复频率为30 GHz的皮秒级光脉冲序列输出,其峰值功率约0.5 mW。由于半导体光放大器的宽增益谱与滤波器的较大可调谐范围,使得激光器输出可以在较大的波长可调谐范围内保持较大功率输出。成功实现了调制频率为20 GHz的谐波锁模短光脉冲输出,可调谐范围达40 nm,峰值功率大于0.65 mW。半导体光放大器和激光器的短腔长保证了激光器的长期稳定性。     

采用外调制器产生四倍频的光载毫米波光纤无线通信系统

实验研究了采用一个外部调制器和一个光纤布拉格光栅(FBG)滤波器产生四倍频光载毫米波的光纤无线通信(ROF)系统.在中心站(CS),数据和射频(RF)信号通过混频后驱动外调制器,调节外调制器的直流偏置,产生抑制奇数阶边带的信号,用FBG将中心载波滤除,两个二阶边带通过光纤发送至基站.在基站(BS),两个边带在带宽为60 GHz的光电二极管中拍频,产生四倍射频信号的毫米波信号.实验显示,当射频频率为10 GHz时,可以产生频率为40 GHz的光载毫米波信号,得到的毫米波眼图和信号解调后的眼图效果都很好,功率代价小于1 dB.从眼图和功率代价两方面来看,2.5 Gbit/s的数据信号可在下行链路的光纤中传输40 km以上.     

基于半导体光放大器光纤环形腔的光数据包复制器的噪声特性研究

利用半导体光放大器(SOA)光纤环形腔实现重复周期准确、信号脉冲功率较大且几乎一致的光数据包复制.提出了一种注入非循环直流辅助光的方法,既有效抑制了放大自发辐射(ASE)噪声,又避免了环形腔内谐振.利用简化模型,从理论上对复制器输出噪声与信噪比(SNR)进行分析及仿真,得到复制器输出信噪比与复制次数的变化关系,并详细分析了注入直流辅助光功率及衰减系数对输出信噪比的影响.实验测得数据与理论结果一致.进一步对实验进行优化,在输出端口利用半导体光放大器对输出信号进行功率均衡,获得数据包信噪比下降小于3 dB且脉冲光功率几乎一致的15次以上复制.     

基于半导体光放大器的组播实验研究

提出了一种基于半导体光放大器(SOA)的组播实验方案,首先利用谱展宽和谱切片得到多波长脉冲源,将其作为探测光并与信号光共同注入到SOA中,利用SOA的交叉增益调制(XGM)效应,信号光与每一个波长的脉冲光发生作用,在SOA输出端通过可调光带通滤波器(TBDF)得到每一波长的变换后信号,实现光信号的组播过程。在实验中,10 Gb/s的归零(RZ)码作为信号光,而由多波长脉冲源产生的4波长脉冲光作为探测光,在探测光波长附近分别得到了与编码信号光逻辑取"非"的信号。     

一种60GHz毫米波全双工光纤无线通信系统

为了实现有线信号和无线信号的同时传输,采用将有线信号和无线信号分别在两个正交的偏振态中构造混合网络的方法,用非对称输入的双臂马赫-曾德尔调制器来产生无线信号中的毫米波;利用相位调制器实现差分相位键控调制格式,以便在上行链路中实现载波重用有线信号,分别将调制后两个正交偏振态信号耦合到同一光波长上经过光纤传输至基站。在基站处将两个正交偏振态的信号分离,携带无线信号光载波经光电检测放大后由天线传输出去,而携带有线信号光载波分为两路,一路经过平衡检测器检测得到有线信号,另外一路应用到上行链路中实现载波重用。通过OPTICSYSTEM软件进行了理论分析和实验验证,得到了10Gbit/s有线信号和60GHz无线信号通过光纤传输50km后的眼图。结果表明,该方案传输效果很好。     

60GHz全双工OFDM-ROF系统的实验研究

研究了基于光外部调制的方式产生60GHz光毫米波的全双工光纤无线(ROF)通信系统。实验利用29GHzRF源产生58GHz的光载毫米波,2.5Gbit/s OFDM信号作为下行数据信号调制到光载毫米波上并传输光纤20km,在基站与用户单元实现3.3m的无线传输。同时实现了下行信号中心载波重利用作为上行信号的光载波,2.5Gbit/s的OOK信号作为上行数据信号调制到光载波上经20km上行链路光纤传输至中心站。     

A full-duplex radio-over-fiber system based on optical carrier suppression and reuse

We have experimentally demonstrated a full-duplex radio-over-fiber system using a single light source at central station (CS). Optical carrier suppression modulation scheme was employed to generate 40-GHz optical millimeter wave and up-convert the baseband signal simultaneously at CS for downlink transmission while the same optical carrier was reused at base station for uplink connection. The bidirectional full-duplex 2.5-Gb/s data was successfully transmitted over 40-km standard single-mode fiber (SMF-28) for both upstream and downstream channels with less than 2-dB power penalty. This system shows simple cost-efficient configuration and good performance over long-distance delivery.     

基于相移超结构光栅的ROF单边带调制系统

提出了一个利用相移超结构光栅构建的典型ROF单边带调制系统。改变倾斜角,光栅就会呈现不同的传播特性。将不同的相移插入光栅的不同位置就会得到不同的透射谱特性。因此该光栅可视为滤波器应用于单边带调制系统中。反射谱的负斜率特性使得低阶边带会经历更高的衰减。所以,仅仅使用一个相移超结构光栅就可以简单地实现双边带到载波单边带的转换。与此同时,还可以通过改变光栅的倾斜角优化光载波抑制比。在实验中,60 GHz的毫米波信号产生的同时光载波抑制比也由33.02 dB优化到1.31 dB,经过30 km光纤传输后的最小误码率可以达到1.966e-44,所以仅仅通过一个相移超结构光栅就可以大大提高链路性能。     

Novel optical FSK heterodyne single filter detection system using a directly modulated DFB-laser diode

A novel optical FSK heterodyne single filter detection system, which can use direct modulation and can tolerate the relatively large spectral width of a laser diode, is proposed. The receiver sensitivity improvement, as much as 8 dB over direct detection using a Ge APD, has been achieved after 105 km transmission at 100 Mbit/s.     

Experimental demonstration of uncompressed 4K video transmission over directly modulated distributed feedback laser-based terahertz wireless link

We demonstrate the transmission of uncompressed 4K videos over the photonics-based terahertz (THz) wireless link using a directly modulated distributed feedback laser diode (DFB-LD). For optical heterodyne mixing and data modulation, a DFB-LD was employed and directly modulated with a 5.94-Gb/s non-return-to-zero signal, which is related to a 6G-serial digital interface standard to support ultra-high-definition video resolution. We derived the optimal frequency of the THz carrier by varying the wavelength difference between DFB-LD output and Tunable LD output in the THz signal transmitter to obtain the best transmission performances of the uncompressed 4K video signals. Furthermore, we exploited the negative laser-to-filter detuning for the adiabatic chirp management of the DFB-LD by the intentional discrepancy between the center wavelength of the optical band-pass filter and the output wavelength of the DFB-LD. With the help of the abovementioned methods, we successfully transmitted uncompressed 4K video signals over the 2.3-m wireless transmission distance without black frames induced by time synchronization error.     

An AWG-based 10 Gbit/s colorless WDM-PON system using a chirp-managed directly modulated laser

We propose an arrayed waveguide grating(AWG)-based 10 Gbit/s per channel full duplex wavelength division multiplexing passive optical network(WDM-PON).A chirp managed directly modulated laser with return-to-zero(RZ) differential phase shift keying(DPSK) modulation technique is utilized for downlink(DL) direction,and then the downlink signal is re-modulated for the uplink(UL) direction using intensity modulation technique with the data rate of 10 Gbit/s per channel.A successful WDM-PON transmission operation with the data rate of 10 Gbit/s per channel over a distance of 25 km without any optical amplification or dispersion compensation is demonstrated with low power penalty.     

A radio-over-fiber system with photonic generated 16QAM OFDM signals and wavelength reuse for upstream data connection

We have experimentally demonstrated a wavelength reuse scheme for up-link connection in a radio-over-fiber (ROF) system with photonics generated 2.5 Gbit/s 16QAM OFDM signals. In this architecture, 2.5 Gbit/s 16QAM OFDM signals are carried by the optical millimeter-wave (mm-wave) carriers which are generated with four times frequency of the local oscillator (LO) signal. The power penalties for both down- and up-stream signal delivery over 20 km fiber are less than 1 dB.     

A WDM-PON with DPSK modulated downstream and OOK modulated upstream signals based on symmetric 10 Gbit/s wavelength reused bidirectional reflective SOA

We investigate a wavelength-division-multiplexing passive optical network (WDM-PON) with centralized lightwave and direct detection. The system is demonstrated for symmetric 10 Gbit/s differential phase-shift keying (DPSK) downstream signals and on-off keying (OOK) upstream signals, respectively. A wavelength reused scheme is employed to carry the upstream data by using a reflective semiconductor optical amplifier (RSOA) as an intensity modulator at the optical network unit (ONU). The constant-intensity property of the DPSK modulation format can keep high extinction ratio (ER) of downstream signal and reduce the crosstalk to the upstream signal. The bit error rate (BER) performance of our scheme shows that the proposed 10 Gbit/s symmetric WDM-PON can achieve error free transmission over 25-km-long fiber transmission with low power penalty.     

Experimental investigation of wireless link layer for multi-hop oceanographic-sensor networks

A wireless link layer designed for a spatially distributed, ad hoc multi-hop wireless sensor network for use in oceanography is described.