当前位置:首页 >> 信息与通信 >>

一种基于相位调制器的40GHzOFDM


光 电 子 ?激 光
第 21 卷 第 3 期   2010 年 3 月        Journal of Optoelectronics ? Vol. 21 No . 3   Mar. 2010 Laser         

1    引 言

   光纤无线通信 ( ROF ,radio2over2fiber ) 不仅能简

化系统的 结构 ,而且能提供性能稳定的无线接入。目前 ,对 ROF 系统的 研究主要集中在高质量的全光毫米波产生和传输技术以及如 何简化系统和结构两方面[1~5] 。在众多的研究方案中 ,基于外 调制技术并结合光强度调制器 ( IM) 可以用来产生高频的毫米 波信号 ,但是却需要复杂的控制电路以获得性能更稳定的毫

① 收稿日期 :2009207212   修订日期 :2009209217  3   基金项目 :国家 863” “ 计划资助项目 (2007AA01Z263) ;教育部光通信和光波技术重点实验室 (北京邮电大学) 开放基金资助  3 3 E mail :liliuchen12 @vip. 163. com 2

Abstract :We demonstrate a 40 GHz radio2over2fiber system using an optical phase modulator along with an intensity modulator to generate an optical millimeter2wave with OFDM signals. In the central station , 40 GHz optical millimeter2wave with OFDM signals is generated by using an optical phase modulator which is driven by the 20 GHz RF signals. Then the optical carrier is filtered out by an FB G. 2. 5 Gbit/ s OFDM signals are modulated on 40 GHz optical mm2wave directly and transmitted to the base station over 50 km standard single2mode fiber ( SSMF) . In the base station ,the optical mm2wave signals are con2 verted to electrical signals after optical2electrical conversion ,and the down2converted OFDM signals are 23 detected after mixing with the local oscillators. The experimental results show that at the B ER of 10 and without dispersion compensation ,the power penalty of the downlink OFDM signals transmitted over 50 km SMF228 is less than 1 dB ,and the constellation figure is still good. K w ey ords :radio2over2fiber ( ROF) ; optical mm2wave signals ; phase modulator ( PM) ; OFDM

Experimental research about a 40 GH orthogonal frequency divi2 z sion multiplexing radio 2over 2fiber system based on optical phase modulator
L I Zhi2lan , CAO Zi2zheng , DON G Ze , CHEN Lin 3 3
( Key Laboratory of Micro/ Nano Optoelectronic Devices of EMC ,School of Computer and Communication , Hunan University ,Changsha ,410082 ,China)

李支兰 , 曹子峥 , 董   , 陈   3 3 泽 林

摘要 :实验研究了一种基于相位调制器 ( PM) 并级联强度调制器 ( IM) 实现 40 GHz 毫米波传输正交频分复用 (OFDM) 信号的光纤无线通信 ( ROF) 系统。在中心站 ,采用 20 GHz 的射频 ( RF) 信号驱动 PM ,调节驱动信号的 强度 ,使输出的信号经光纤布拉格光栅 ( FB G) 滤除中心载波后再送入 IM 。2. 5 Gbit/ s 的 OFDM 信号直接调制 在光毫米波上 ,经过 50 km 标准的单模光纤 ( SSMF) 传输到基站。在基站 ,光调制信号经光电转换器 ( PD) 转换 成电调制信号 ,再与 RF 信号混频 ,恢复出基带 OFDM 信号。实验结果表明 ,在无色散补偿、 误码率 ( B ER) 为 - 3 10 的条件下 ,下行链路中 2. 5 Gbit/ s 的 OFDM 信号经光纤传输 50 km 后 ,其功率代价小于 1 dB ,而且信号的 星座图依然较好。 关键词 :光纤无线通信 ( ROF) ; 光毫米波信号 ; 相位调制器 ( PM) ; 正交频分复用 (OFDM) 中图分类号 : TN929. 11 ; TN761    文献标识码 :A    文章编号 :100520086 (2010) 0320383204

一种基于相位调制器的 40 GH OFDM2 ROF 系统实验 z 3 研究


(湖南大学计算机与通信学院 ,微纳光电器件及应用教育部重点实验室 ,湖南 长沙 410082)

米波信号。与 IM 不同 ,相位调制器 ( PM) 不需要直流偏置控 制 ,能够避免直流漂移的问题 ,并且采用 PM 产生的毫米波信 号不仅能够简化系统配置 ,而且产生的光毫米波信号稳定可 靠[6~9] 。    目前研究的 ROF 系统大多是采用开关键控 (OO K,on2off keying) 信号传输[ 10] ,但是它容易受光纤色散的影响 ,在一定程 度上会降低系统的传输性能。正交频分复用 (OFDM) 调制技 术在无线环境中具有抗多径衰落、 窄带干扰能力强、 高频谱利

?3 8 4 ?

                 光 电 子

2010 第 ?激 光   年   21 卷  

   DFB :分布反馈式激光器 ;PM :相位调制器 ;RF :射频信号 ; FB G:光纤布拉格光栅 ;IM :强度调制器 ;Downstream data :下行 链路数据 ;SMF :单模光纤 ;PD :光电转换器 ; EA :电放大器 ;Du2 plexer :双工器 ;Antenna : 天线 ;LO : 本地振荡信号 ; Mixer : 混频 器 ;User Unit :用户单元 ,L PF :低通滤波器。    本文提出的基于 PM 产生 40 GHz 光毫米波的 ROF 系统 如图 1 所示。 系统由中心站 ,下行光纤链路、 基站和用户单元 4

用率和传输容量大等特性 ,已经有研究将 OFDM 技术引入到 [11 ,12] ROF 系统中 。OFDM 技术与 ROF 技术相结合组成的 OFDM2ROF 系统可以充分发挥两者的优势 ,还可以增加接入 带宽和实现毫米波远距离的传输 ,提高 ROF 系统抵抗光纤色 散的能力。但是目前这方面的研究并不多 ,大多都是集中在 2. 4/ 5 GHz 无线局域网附近的模拟仿真。在实验中 , 多是采用 IM ,需要引入复杂的直流控制电路。    本文提出并实验研究了一种基于 PM 并级联 IM 产生 40 GHz 毫米波 ROF 系统传输 OFDM 信号的 OFDM2ROF 方案。 在中心站 ,信号首先经 PM 实现双边带 (DSB) 调制 ,然后采用光 学滤波的方法将中心载波滤除 ,再将下行的基带 OFDM 信号 直接调制到 IM 上。调制后的信号经光纤传输到基站利用高 速的光电转换器 ( PD) 转换成电调制信号后 ,再与射频 ( RF) 信 号混 频 , 恢 复 出 基带 OFDM 信 号。在 实 验 中 , 40 GHz 的 OFDM2ROF 系统方案采用了 PM ,避免了直流漂移带来的问 题 ,也不需要复杂的外部电路的控制 ,简化了系统的结构。同 时利用 OFDM 信号来抵抗光纤色散 ,在无色散补偿的情况下 , 扩展了 ROF 系统的传输距离。

DFB :Dist ributed feedback laser ; PM : Phase modulator ; RF : Radio f requency ; FB G: Fiber Bragg grating ; IM : Intensit y modulator ; SMF : Single mode fiber ; PD : Photodiode ; EA : Elect ronic amplifier ; LO :Local oscillator ;L PF :Low pass filter

2    原 理

图1  基于 PM 的 40 GH 光毫米波的 R 系统原理图 z OF
Fig. 1   The principle of the ROF system with 40 GH z optical mm w by using PM 2 ave

个部分组成。    中心站的分布反馈式激光器 (DFB) 输出一路光信号作为 光载波输入 PM 进行 DSB 调制 ,其 RF 驱动信号的频率为 f 。 调节驱动信号的强度 ,使其输出信号的能量主要集中在中心载 波和一阶边带上。然后将信号送入光学滤波器光纤布拉格光 栅 (FB G) 将中心载波滤除 ,则输出的光信号的 2 个边带的频差 为 2 f 。信号经过掺 En 光纤放大器 ( EDFA) 放大后输入至 IM 。 系统将 2. 5 Gbit/ s 的 OFDM 信号作为下行基带信号 ,通过 IM 直接调制成光载 OFDM 毫米波信号 , 然后经过单模光纤 ( SMF) 传输至基站。 在基站 ,信号经高速的光电转换器 ( PD) 将 边带频差为 2 f 的光载 OFDM 毫米波信号转换为频率为 2 f 的 电毫米波信号即产生 40 GHz 的电毫米波信号 ,并通过电放大 器 ( EA) 放大后由双工天线发射出去。用户单元通过天线接收 由基站发送过来的 40 GHz 电毫米波信号 ,首先经过放大 ,再通 过混频器与本地振荡信号混频后 ,进行低通滤波 ,从而完成相 干解调并恢复出下行链路的基带 OFDM 信号。

3  实验装置及结果

   基于 PM 产生 40 GHz 光毫米波实现 OFDM 信号在 ROF 系统中传输的实验装置如图 2 所示。 实验系统包括中心站、 光 纤链路和基站 3 个部分。中心站的 DFB 产生波长为 1 543. 78 nm 的连续光波输入 PM ,输出的光谱如 ( a ) 所示。实验采用 Ando公司6317 的光谱分析仪检测光谱 ,其波长范围为600~ 1700 nm ,最小分辨率为 0. 01 nm 。调节 PM 的驱动信号的强度 实现DSB调制 ,使产生信号的能量主要集中在中心载波和一

阶边带上 ,输出信号的光谱如 ( b) 所示。由于一阶边带信号的 功率比二阶边带信号的功率大 20 dB 以上 ,因而可以忽略二阶 边带信号在光纤中传输时对一阶边带信号的影响。其中 RF 信号发生器为 HP Agilent E8257D 模拟信号发生器 ,产生信号 的频率范围为 250 k Hz~20 GHz ,此处产生信号的频率为 10 GHz ,并采用一个 1 ∶ 的倍频器 ( FM) 将频率变成 20 GHz 作 2 为 PM 的驱动信号。然后将信号通过环形器 (Cir) 和中心波长 为 1 543. 78 nm 、 dB 带宽为 0. 12 nm 的 FB G 滤除 2 个一阶边 3 带信号间的中心载波成分 ,其载波抑制比可以达到 30 dB ,其光 谱如 (c) 所示。然后 ,信号经过 EDFA 放大后输入强度调制器 IM 。    实验采用 2. 5 Gb/ s 的 OFDM 信号作为下行基带数据信号 并通过 IM 调制到光毫米波上 ,调节 IM 的偏置电压为 3. 9 V 。 此下行 2. 5 Gb/ s 的基于四相相移键控 ( QPSK) I/ Q 调制得到 的 OFDM 基带数据信号由任意波形发生器 ( AWG) 产生。1 个 OFDM 信号帧中 ,包括 256 个子载波。其中 ,200 个子信道用于 传送数据 , 55 个子信道置 0 用于作保护间隔。1 个 OFDM 信 号帧中包括 32 个符号 ,然后选择子载波数量的 1/ 8 个符号用 于作循环前缀。这样在 OFDM 信号帧中 ,他们也相当于训练 序列 ,可以避免块间干扰 ,并同时用于同步和信道估计。    输出的光载 OFDM 毫米波信号光谱如 ( d) 所示。经 50 IM km 光纤传输后信号的光谱如 (e) 所示。由于光纤色散的影响 , 信号的功率有所下降。光载毫米波信号通过 3 dB 带宽为 50 GHz 的高速光电转换器 PD 变成频率为 40 GHz 的电毫米波信 号。在该实验中 ,没有考虑毫米波信号的天线发射和接收过 程 ,因此生成的毫米波电信号直接用 EA 放大后 , 与 40 GHz 的本振信号混频进行相干解调 ,然后信号经低通滤波后 ,再送

入 OFDM 解调模块进行接收解调。其中 ,40 GHz 本振信号是 由 10 GHz 正弦信号四倍频后得到的。基带 OFDM 信号送往 T ektronix 实时数字示波器中采样 ,采样后的数据处理和恢复 在 Matlab 接收程序中离线完成。    3 是上述基于 PM 级联 IM 实现光载 OFDM 信号的 图 OFDM2ROF 实验系统经光纤传输 0 km 和 50 km 后接收误码 率 ( B ER) 曲线图以及相应传输距离下接收端的信号星座图。 实验中 ,采集了 105 个点。通过对比 40 GHz 光载 OFDM 的毫 米波信号经光纤传输 0 km 和 50 km 误码曲线图发现 ,在 B ER 为 10 - 3 时 ,采用 PM 并在没有色散补偿的情况下 ,光载 OFDM 信号在背靠背传输和经光纤传输 50 km 后的光功率分别为 17. 8 dBm 和 - 17 dBm ,其光功率的代价小于 1 dB 。插图是 40 GHz 光载 OFDM 信号在接收功率为 - 17 dBm 、 无任何色散补 偿的情况下背靠背传输和经光纤传输 50 km 后信号的星座图。 实验中 ,由于光信噪比的下降 ,信号的星座图有些发散。但是 可以看出经光纤传输 50 km 后 ,信号的星座图依然很好。

第3期  李支兰等 :一种基于相位调制器的 40 GHz OFDM2ROF 系统实验研究            
Fig. 2   Experimental setup for the OFDM ROF system with 40 GH optical mm w 2 z 2 ave
- 3

?385 ?

4    结 论

   提出了一种采用 PM 并级联 IM 实现 40 GHz 毫米波传输

图2  基于 40 GH 光毫米波的 OFDM ROF 系统实验装置图 z 2

图3  OFDM 信号的 B ER 曲线图及星座图

Fig. 3   ER curves and constellation f igures for OFDM signal B

OFDM 信号的 ROF 系统。实验结果表明 ,OFDM 信号可以克
B ER 为 10 的条件下 ,下行链路中 2. 5 Gbit/ s 的 OFDM 信号

服光纤色散的影响 , 提高系统的传输距离。在无色散补偿、 经光纤传输 50 km 后 ,其功率代价小于 1 dB 。同时由于 PM 不 需要直流偏置电压的控制 ,可以避免直流漂移的影响 ,而且对

?3 8 6 ?

                 光 电 子

2010 第 ?激 光   年   21 卷  

其线性调制带宽要求低 ,省略了控制电路 ,并且分离出来的中 心载波可以作为上行链路的载波重新利用 ,这样可以进一步简 化光无线接入网络的结构。由于不需要进行色散补偿 ,系统的 灵活性没有受到影响 ,而且降低了系统的成本 ,具有一定的实 际可行性。

参考文献 :
[ 1 ]   IA Zhen2sheng ,YU Jian2jun , GEORIOS. Ellinas ,et al. Key ena2 J [ 2 ]  CHEN Lin , WEN Hong , WEN Shuang2chun. A Radio2Over2Fiber 1693 [ 5 ]   Hai2yan ,CHEN Lin ,WEN Shuang2chun. Studies on multiple LIU Chinese ) [ 4 ]   IA Zhen2sheng ,YU Jian2jun ,ARSHAD Chowdhury ,et al. Simul2 J taneous generation of independent wired and wireless services frequency optical mm2wave signals based on single optical wavelength and single LiNdO3 modulator[J ] . Journal of Optoe2 lectronics ? Laser ( 光电子 ?激光) ,2009 ,20 ( 2 ) :1782183 . ( in meter2wave generation , wavelength reuse , and architecture [J ] . J Lightw Technol ,2007 ,25 ( 11) :345223471 . bling technologies for optical2wireless networks : Optical milli2 and Wavelength for Up2linkConnection[J ] . IEEE Photon Techn2 ol Lett ,2006 ,18 ( 19) :205622058 wavegeneration or Up2Conversion using external modulators [J ] . IEEE Photon Technol Lett ,2006 ,18 ( 1) :2652267 System With a Novel Sheme for Millimeter2Wave Generation

[ 3 ]  YU Jian2jun ,J IA Zhen2sheng , YI Li2lin ,et al. Optical Millimeter2 using a single modulator in millimeter2wave2band radio2over2fi2 ber system[J ] . IEEE Photon Technol Lett ,2007 ,19 ( 20 ) :16912

作者简介 :

李支兰  (1984 - ) ,女 ,硕士研究生 ,湖南长沙人 ,主要从事光纤无线通信 系统与网络的研究.

[ 6 ]  YU Jian2jun ,J IA Zhen2sheng ,W ANG Ting ,et al. A novel radio2 [ 7 ]  HUANG Cheng , CHEN Lin , Y Jian2jun , et al. Millimeter2wave U Letters ,2008 ,4 ( 1) :42244. 9352939. OFC/ NFOEC[ C] . 2008 ,OThP2. [ 8 ]  WEN Hong ,CHEN Lin , PI Ya2zhi ,et al. Full2duplex radio2over2 [ 9 ]  ZHANG Tian2hao ,NU Kai ,J IA Feng ,et al. Shear model piezoe2 [ 10 ] GUAN Ai2hong ,W ANG Yu2hua . Experimental study of interband and intraband crosstalk in WDM networks[J ] . Optoelectronics [ 11 ] Y Jian2jun ,HU J un2qiang ,QIAN Da2you ,et al. Transmission of U OFDM signals in radio2over2fiber system[ A] . in Proceeding of lated OFDM downstream and OOK modulated up stream signal [J ] . IEEE Photon Technol Lett ,2008 ,20 ( 18) :154521547. microwave2photonics generated 16 Gbit/ s super broadband [ 12 ] Y Jian2jun , HUANG Ming2Fang , QIAN Da2you , et al. Central2 U ized lightwave WDM2PON employing 162QAM intensity modu2 lectric fiber modulators [ J ] . Journal of optoelectronics ? Laser ( 光电子 ? 激光) ,2007 ,18 ( 1) :27229 . (in Chinese) fiber systemwith optical millimeter2wave generation utilizing optical phase modulator [ J ] . Chinese J . Lasers ,2007 ,34 ( 7 ) : over2fiber configuration using optical phase modulator to gener2 142. generation utilizing one phase modulator [ J ] . Chinese Journal of Lasers ( 中国激光) ,2008 ,35 ( 1) :73276 . (in Chinese) ate an optical mm2wave and centralized lightwave for uplink connection[J ] . IEEE Photon Technol Lett , 2007 , 19 ( 3 ) : 1402


相关文章:
基于FPGA的OFDM调制器的仿真设计毕业论文设计40论文41
基于FPGA的OFDM调制器的仿真设计毕业论文设计40论文41_工学_高等教育_教育专区。毕业论文设计 (此文档为 word 格式, 下载后您可任意编辑修改! ) 武汉工程大学邮电...
基于FPGA的OFDM调制器的仿真设计毕业论文设计40论文41
基于FPGA的OFDM调制器的仿真设计毕业论文设计40论文41_工学_高等教育_教育专区。...(OFDM)技术是一种多载波数字调制技术,作为一种可以有效 对抗信号信道间干扰和...
OFDM调制及解调系统的设计
OFDM 系统的基本原理 OFDM一种多载波调制技术, ...其中, 所有的子载波都具有相同的幅值和相位,但在...(33:40),PILOT,m_QPSKdata(41:48),m_QPSKdata...
基于FPGA的OFDM调制器的仿真设计毕业论文设计40论文41...
基于FPGA的OFDM调制器的仿真设计毕业论文设计40论文41完整版_工学_高等教育_教育专区。毕业论文,单片机论文,毕业论文设计,毕业过关论文,毕业设计,毕业设计说明,硕士...
OFDM实验报告
如下图 a 所示为一个 OFDM 符号内包含 5 个子载波的实例。 其中, 所有的子 载波都具有相同的幅值和相位,但在实际应用中,经过数字基带调制后,每个子 载波不...
基于matlab的OFDM信号调制解调与多径传输
基于matlab的OFDM信号调制解调与多径传输_信息与通信_工程科技_专业资料。基于 matlab...40 45 50 图7 多径时延信道对信号的一个重要影响就是会使信号产生多径时延,...
OFDM调制技术
分复用技术,实际上 OFDM 是 MCM Multi-CarrierModulation,多载波调制的一 种。...劣势:(1) 对频率偏移和相位噪声很敏感。 (2)峰值与均值功率比相对较大,这个...
ofdm 误码率与子载波频率大小的关系是什么
单载波的调制就是采用一个信号载波传送所有的数据信号...单载波系统对频率偏移和相位噪声要求相对于 OFDM ...对 一个 OFDM 系统,同样的设计为 40%左右——是...
OFDM调制_解调的FPGA实现
所以极大的克 服了模拟 I/Q调制的幅度和相位不平衡性, 克服了模拟混频电路非...实现框图 分别如图 1、图 2和图 3。 图 1 基于 OFDM 系统得调制和解调框图...
OFDM 系统16QAM 和QPSK 调制仿真分析
OFDM 系统 16QAM 和 QPSK 调制仿真分析 摘要:以研究 ofdm 系统中使用的最佳数字调制方式为目的,分 析了 ofdm 系统的原理、信号处理流程,以及一般使用的数字调制 ...
更多相关标签:
相位调制器 | 光纤相位调制器 | 相位调制器的工作原理 | 光相位调制器 | 铌酸锂相位调制器 | 电光相位调制器原理 | 电光相位调制器 | 光纤拉伸相位调制器 |