论文研究-RoF链路中载波相位噪声对矢量信号的影响及抑制 .pdf

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RoF链路中载波相位噪声对矢量信号的影响及抑制,李龙,郑小平,分析了本振信号传输时光纤色散引发的相噪对矢量信号EVM的影响规律,提出了抑制此类EVM恶化的上行RoF链路原理结构。实验结果表明:该
国武花论文在统 http://www.paper.edu.cn 个采样点时刻t与上一个采样点时刻t1之冋载波相位抖动的情况,该两个采样点吋刻相位抖 动的差值满足 0()=中(1)-(t-1)~N(0.yr), 式中,tk-1k-1,g(r)服从一个零均值的高斯分布。将式(6代入式(5)可得 EVM=y√y? 由式(6)和()不难得知,若已知频偏为p处载波的相位噪声PNp,则该载波信号频偏为p 处的相位噪声PNp与调制在该载波上的矢量信号的EVM之间的关系为 PN EVM=2 PN 由于PNn<<1,有≈PNn,故矢量信号的EVM与载波信号的相位噪声之间的关系 可以表示为 EVM=2p/TPN. 载波相噪和光源相噪門N,、光源频谱间隔∧o、光纤色散β,、以及光纤长度l的关 系为 FN,=PN20(△mB2p) 最终有 EVM=2p2△oB2l√zPN 山式(⑧)可知,RoF链路信号质量受本振相噪的影响。选用低相噪光源、窄线宽光源可以 降低矢量信号的EVM的恶化。考虑到成本因素,RoF系统需要选用廉价光源,此时光源的相 噪线宽性能一般比较差。在光源一定的情况下,EVM和光纤的尻成正比。为提高矢量信号 质量、降低EⅥM恶化,只能通过消除光纤色散而实现。 2实验与讨论 为验证上行链路信号FVM随本振相噪的变化规律,搭建的上行链路信号FVM随本振相 噪变化的关系实验如图2所示。用户终端产生中心频率为59GHz、数据传输速率为200Mb/s 的16-QAM的毫米波信号ε在基站端,通过下行链路传输来的本振信号与该信号进行下变频, 得到中频的数据信号。其中本振信号的频率为58GHz,因此中频信号的中心频率为1GHz 将该中频信号调制到光载波上,然后由光纤传回至中心站,实验中的光纤长度为35km。在 中心站,光信号经光电转换器转换成中心频率为1GHz的中频信号,用信号分析仪进行处理。 实验采用DFB激光器作为上行链路光源。实际应用中,上行链路光源也可以通过下行链 路从中心站传至基站。该光源中心波长为1550.5nm,线宽约为10MHz,输出功率调至13 dBm。实验使用MZ调制器,其半波电压约为5V,3-dB带宽为10GHz。 国武花论文在统 http://www.paper.edu.cn 58GHz 信号源 光电 fum 59GHz 探测器 DFB HMZ调制器 光纤下行链路 光电 fio=58GHz fr=gHZ 信号分析仪 仪⊥探测器 >上行链路 MZ调制器HDFB 光纤 图2上行链路信号EVM随振相噪的关系实验 通过改变下行链路光纤长度,可达到改变色散的目的,从而改变本振相噪。EVM和色 散的关系如图3所示。可以看到,在一定的光纤色散范围内,数据信号的EVM随着光纤色散 的增加而忐化,它们之间呈现比较好的线性关系,说明∫式(8)的正确性, 光纤色散pD60 500600 90010001100 图3EVM和色散的实验曲线 通常以EVM=6%作为信号质量好坏的判断标准线,VM低于6%,认为信号质量好; FWM高于6%,认为信号质量不好。据此可得,当色散量大于600psmm(对应于标准单模光 纤的传输距离大于35km)时,信号FVM超出可接受范围,需要进行相噪抑制。 RoF上行链路信号星图受相噪的景响如图4所示。图中传输光纤的长度为35km。比较 图4(b)和图3,可以看到,经35km光纤色散的影响,虽然信号的EVM依然在6%的标准线内, 但星座图已出现明显的畸变。 (a)未经光纤传输的星座图(b)经35km标准单模光纤传输后的星座图 图4上行链路仨号星座图 为消除光纤色散引发的木振相噪对上行链路信号质量的影响,需要对相噪进行抑制。通 国武花论文在统 http://www.paper.edu.cn 过改变光源频偏土P的光谱对的相对相位,使它们之间产生大小为2pl的线性附加相移 就可以消除色散对本振相噪的影响◇基于该原理,本文提出具有相噪补偿能力的上行RoF 链路如图5所示。图中,双频光谱投射到光栅上,在空间上分开;然后照射到空间光调制器 的不同像素点上。控制空间光调制器不同像素点上的电压,可改变通过的光的相位,从而抑 制光纤色散对本振相噪的影响。 光栅 透镜空间光调制器 平面镜 信号源 准直透镜 光电 MMMn-59GHz 探测器 DFB HMI调制器 5G坏形器光纤下行链路h0-580H fr=gHZ 信号分析仪一 上行链路Mz调制器DFB 光电探测器 光纤 图5具有本振相噪补偿的RoF上行链路 本振相噪抑制对信号质量的改善效果如图6所示。可以看到,经过相噪抑制,即使色散高 达1100psmm(对应于65km标准单模光纤传输),信号的EVM依然小于6%。比较图6和图3可 以看到,当光纤色散在600psm以内时,补偿后信号的EⅤM与未经光纤传输时的EVM相近, 光纤色散所致相位噪声恶化对矢量信号带来的EⅤM恶化基本上可得到完全的补偿:当光纤 色散在600psm以上时,采用该相位噪声抑制技术虽然不能完全补偿光纤色散所带来的相 位噪声恶化及其对信号传输质量的影响,但当色散值为1100psnm时,依然叮以将信号的 EVM控制在5%左右。 Too 光纤色散pwb 0010001100 图6相噪抑制后IⅤM和色散的实验曲线 光纤长度为35km时,RoF上行链路相位噪声抑制后的信号星座图如图7所示。可以看到 图7的星座图和图4(a类似。比较图4a)和图7,不难看到,中频信号的星座图依然存在一些 切向的弥散,说明此时中频信号的载波依然存在一定的相位噪声。分析其原因,主要是对于 图2所示的系统,用光学倍频法产生的本振固有相噪较微波源直接产生的本振相噪要髙6dB。 国武花论文在统 http://www.paper.edu.cn 图7采用本振相噪抑制、35km传輸后信号的星座图 3结论 分析了本振相噪对矢量信号的EVM的影响,提出了一种只有相位噪声抑制的上行RoF 链嵱。当RoF链路的光纤长度不大」35kn时,该RoF链路能够完全消除光纤色散引起的相位 噪声恶化对上行数据EVM的影响;当光纤长度大」35km时,信号的EVM也能够获得明显的 提升;当光纤传输距离为65km时,数据信号的EVM可从10%改善至5%。后续研究将小型化 相位噪声抑制模块,使其能满足实际应用的需求。 参考文献]( References) [1] Bhartia P, Bahl I J Millimeter wave engineering and applications [M]. New York: John Wiley Sons Inc 984 [2]Capmany J. Novak D Microwave photonics combines two worlds []. Nat Photon, 2007, 1(6): 319-330 「3李澂远.光控微波波束形成器中的调制技术及性能研究D1.北京:清华大学,2010 Li Shangyuan. Studies on modulation techniques and performance of optical beam-forming networks [D]. Beijing Tsinghua University, 2010 (in Chinese) [4] Yao Jianping. Microwave photonics [J J Lightwave Technol, 2009, 27(3): 314-335 [5 Li Shangyuan, Zheng Xiaoping, Zhang Hanyi, et al. Compensation of dispersion-induced power fading for highly linear radio-over-fiber link using carrier phase-shifted double sideband modulation [J]. Opt Lett, 2011 36(4):546-548 [6]Li Shangyuan, Zheng Xiaoping, Zhang Hanyi, et al. Highly linear radio-over-fiber system incorporating a single-drive dual-parallel Mach-Zehnder modulator []. Photon Technol Lett, 2010, 22(24): 1775-1777 [7] Chen Lin, Wen Hong, Wen Shuangchun. A radio-over-fiber system with a novel scheme for millimeter-wave generation and wavelength reuse for up-link connection []. Photon Technol Lett, 2006, 18(19): 2056-2058 [ Q1 Guohua, Yao Jianping, Seregelyi J, et al. Phase-noise analysis of optically generated millimeter-wave signals with external optical modulation techniques [J]. J Lightwave Technol, 2006, 24(12): 4861-4875 9 Li Long, Zhang Guoqiang, Zheng Xiaoping, et al. Suppression for dispersion induced phase noise of an optically generated millimeter wave employing optical spectrum processing [J]. Opt Lett, 2012, 37(19) 3987-3989 Papoulis A, Pillai s U. Probability, random variables and stochastic processes [M]. New York: Tata McGraw-Hill education. 2002 Wei Feng, Li Shangyuan, Zheng Xiaoping, et al. Improvement of optically generated adjacent channel interference in RoF systems J. Photon Technol Lett, 2013, 25(12): 1137-1140

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