论文研究-RoF系统中基于四波混频的全光频率上变换技术 .pdf

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RoF系统中基于四波混频的全光频率上变换技术,李拯,赵波,本文首先介绍了RoF宽带无线接入系统,然后从四波混频变换的基本原理出发,提出一种新的基于四波混频的全光频率上变换技术,分析其
山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 其中 e+=(k1+k2+k3-k4)z-(m+m2+m3-04)t (3) (k1+k2-k3-k4)z-(o+02-03-O4)t 式(2)中正比于E4的相对应于自相位调制SPM和交叉相位调制XPM效应,其余项对应 于四波混频效应的两种情况(如图二)。 04 02 02 频率 2E1E2 E3 exp(i0+) 频峰 2E1E2E3 exp(i6 情況 情况二 图2四波混频现象的频域小意图 情况一对应于2E1EzE3exp(i+)项,此过程中三个光子合成一个光子,新的光子的频 率为 04=m1+2+ (5) 当a1=2=c3时,它对应于三次谐波的产生;当=02≠)时,它对应于频率转换。这 种情况的相位匹配条件比较难满足,在光纤中实现此过程比较困难。 情况二对应于2E1E2E3exp(i)项,此过程中频率为O,C的两个光子湮灭,同时产 生两个频率为ω3、ω4的新光子的情况,且它们之间的频率关系满足 m1十m)2=O)3+)4 (6) 此种情况需满足的相位兀配条件为: k1+k2-k3-k4=(om+n-0)n3-c44)/C=0 7 在ω=m的情况下,相位匹配的条件比较谷易满足。 根据四波混频的原理,情况二较易实现,两个具有不同频率的信号f和/2同向注入 到的的非线性光纤中,则产生的具有新频率的信号和原来信号的关系如公式(6)所示。 满足一定条件的情况下[5新频率信号的频率及相位满足 f3=2f-f2 (8) f4=2f2-f 9 3=2m1- (10) 由以上可知,若将一个频率为∫具有不归零码调制格式的信号和一个频率为∫2归零码 调制格式的信号(占空比为33%)同时注入到高非线性色散位移光纤,从理论上可以推断 出,四波混频效应产生的频率为f3和f4的信号的都具有与RZ码调制格式相类似的频谱结 构,但是,频率为f3的信号的占空比应为3%,频率为f3的信号的占空比应为(33 3 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 乜就是说,两个信号的脉冲宽度不同,传输性能也会不同,脉冲宽度窄的信号的传输性能较 好,后面的仿真也证实了这一点 3.2仿真系统的搭建 图三所示是仿真实验所采用的系统结构框图。其中,在框图的左半部分,上支路的激 不归零脉冲 发生器 HNI-DSF 光纤 激光器 MM调 偏振控 制器 制器 耦合器 可调滤 人人「光电探 波器 比特误码 低通滤 激光器 MZM调 偏振控 测试仪 波器 混频器 制器 制器 正弦 正弦 信号 相环 信号 图3仿真系统框架 光器产生频率为1932THz(f1)的光信号,不归零脉冲发生器产生2.5 Gbps nrz调制格式 的电数据信号,电数据信号通过MZM调制器(马赫曾德尔调制器)将光信号调制成为 1932THz的NRZ调制码型的光数据信号。下支路的激光器产生频率为f2=1930TH7的光信 号,频率为10GHz的电正弦信号加载到貝有相冋消光比的侃置在最高的功率点上的MZM 调制上,通过MZM调制器,光信号被调制成RZ33%的调制格式。在这里,两激光器的输 出功率为4dB皿,线宽为2MHz。随后,通过偏振控制器使两词制器输出的光信号的偏振方 向致。接着,通过插入耦合器将两路光信号注入长度为千米的高非线性色散光纤。其中, 光 纤 的 参 数 为 a"=0.78dB/km,y=10.7(W·km)-2,D=-0.23ns(mkm,S=0.018ps/(nm2km)(a1550m) 耦合器的损耗为损耗为ldB。光纤的四波混频效应将产生新的频率分量的信号。新的频率分 量的信号通过四阶贝赛尔可调光滤波器得到,两传入光纤(Leaf光纤或 Pureguide光纤)送 至光电探测器。冉与20GHz的微波源混频来得到数据信号,最后通过低通滤波器来得到基 带信号。这毘,可调光滤波器的插入损耗为ldB的、带宽为20GHz;低通滤波器的带宽为 1.875GHz。经过光纤传输后,信号柑位就会与原来的信号产生一定的偏差,因此,系统中 采用了锁相环,使得接收的信号的相位和20GHz的微波源的信号的相位一致。这里我们采 用了循环20GHz的微波源的相位来分別计算所得到的最终的误码率,然后取使最终的误码 率最小的那个相位点为最终的匹配的相位值。 33仿真结果及分析 图四为频率为f1的NRZ调制格式的数据信号与频率为f2的RZ33%调制格式的本振信 号混频得到频率为f3和f4的信号在B-TB、长度为十千米的Leaf光纤和长度为十千米的 Pureguide光纤传输下的误码率曲线图。 4 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn BER Comparision B-T-B 10km Pureguid 10km Leaf -12 14 18-1716-15-14-13-12-11109 Receiver Power(dBm) 图4:NRZ数据信号和RZ3%本振信号混频产生信号在不同接收功率下的误码率的曲线 从图四可以看出,在BB接收下,频率为f和f的信号在误码率为10的情况下, 接收机功率分别为121dBm和-13.8dBm,说明在B-TB接收下,频率为∫3的信号比频率为 f4信号的接收机灵敏度要差。另外,从该图中也可以得出,在10 kmLcaf和10 kmPurcguidc 传输下,频率为f的信号也要比频率为f4信号的接收机灵放度也要差。而且在相同的传输 情况下,它的功率损耗也比铰高。这是因为频率为∫3和f的信号都具有R乙调制格式相类 似的频谱结构,都是RZ脉沖。并且频率为f3的信号的RZ码的占空比为33%,而频率为f4 的信号的RZ码的占空比为(33%)2。而对于RZ脉冲来说,接收机的灵敏度主要由脉冲宽 度来决定。脉冲越宽,接收机的灵敏度越低。所以,频率为∫的信号比频率为/信号的接 收机灵敏度要低。这与前面的理论分析一致 82 f3 f3 Pureguide光纤 Leaf光纤 图5:频率为3和4的信号在不同光纤屮传输后所得信号的眼图对比 囹五为NRZ调制格式的数据信号与RZ33%调制格式的本振信号经基于四波混频的频 率上变换得到的频率为f3和f4的信号在相同的接收机功率-10dBm的情况下的眼图对比。 图左仿真系统采用的是D=8DsA(mm·km)(a1550mm)的 Pureguide光纤。图右仿真 系统采用的是D=4ps/(mmMm)(@1550mm)的Leaf光纤。h此可以看出,信号在 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 10 knLeaf光纤传输卜的眼图的∏度比在10 kmPureguide光纤传输卜的眼图的川口度大。 这是因为Leaf光纤的色散值比较小,信号受色散的影响较小。从图中还可以看出,在两种 光纤传输下,频率为彡3的信号的眼图比频率为∫4的信号的眼图都要差,这也是因为频率为 f3的信号的脉冲宽度大于频率为f3的信号的脉冲。 4.结束语 作为RoF系统的关键技术,基于四波混频的全光频率上变换技术对信号的频率、幅度、 相位透明,且可以实现同时对」多个不同波长的频率上变换。木文在ROF系统中实现用MZM 调制器实现NRZ,RZ格式的光信号,同时利用光纤中的四波混频效应实现全光频率上变换, 最后通过分析基于四波混频的全光频率上变换广生的两个新的频率分量的信号的传输性能, 得出如果采用NRZ调制格式的数据信号和RZ调制格式的本振信号进行基于四波混频的全光 频率上变换的话,新产生的频率分量的信号的脉冲宽度不同,因此传输性能不同,脉冲宽度 窄的传输性能好,可以通过控制归零码的占空比产生传输性能较好的信号码型。 参考文献 1] Wake, D, Trends and prospects for radio over fibre picocells[J]. Microwave Photonics, 2002. International Topical Mccting on 5-8 Nov 2002 Pagc(s): 21-24 [2]Dalma Novak, Christina Lim, and rod Waterhouse, Fibre Radio systems[Z]. Photonics Research Laboratory, Australian Photonics Cooperative Research Centre Department of Electrical and Electronic Engineering The University of Melbourne, VIC 3010, Australia 3]Y00 s J B Wavelength conversion technologies for WDM network applicationa[j Lightwave Technology, 1996, 14(6) [4] Agrawal G P(美)非线性光纤光学原理及应用[M北京:电子工业出版社,202 [5]Kit Chan ct al, [ZJ OFC, vol. 1. no. 3. pp 22-24, Fcb. 2004 A all-optical up-conversion technique based on Fwmin RoF system Li Zheng, Zhao Bo, Li Qing Optical Communication lightwave Technologies(OCLT), Beijing University of Posts and Telecommunications(BUPT), Beijing(100876 In this paper, the rof broadband wireless access system is introduced. Then it proposes a novel FWM up-conversion technique and analyzes the transission performance of the new generated signals base on the principle of FWM. And the simulation is done to support the results Keywords: RoF, FWM, up-conversion, NRZ, RZ

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