光载无线信号的OCS_DPSK调制格式

OCS- ASK 信 号 输 入 到 接 收 机 进 行 光
电转 换 ，得 到携 载 基 带数 据 的 无 线 信
号，然号 的 强 度 重 调 制
因 为 OCS- DPSK的 两 个 边 带 均 为
同 样 的 DPSK调 制 格 式 ， 因 此 可 以 将
1 OCS - DP S K调制分析
OCS- DPSK调 制 格 式 包 含 两 个 边 带 ，每 个边 带 都 携带 同 样 的 差 分 相 移 键控(DPSK)信号。因此，OCS- DPSK的 光场可以表示为：
0 1 中兴通讯技术
Jun. 2009 Vol.15 No.3 2009年6月 第15卷第3期
关键词 ：光载 无线 ；光载波 抑制 - 差分 相移 键控；马 赫 - 曾 德调 制器
Ab s tra ct : This article de mons trate s that Optical Carrie r Suppre s s e d- Diffe re ntial Phas e - Shift Ke ying (OCS- DPSK) modulation format can be us e d to re alize thre e ke y functions in Radio ove r Fibe r (RoF) s ys te m : de live ring dow nlink RoF s ignals , ge ne rating re mote Local Os cillator (LO ) s ignal, and re - modulating uplink s ignal. The re fore , the be s t- cos t RoF acce s s ne tw ork could be re alize d . The full- duple x ROF s ys te m bas e d on one s ingle - drive Mach- Ze hnde r Modulator (MZM ) to ge ne rate OCS- DPSK is introduce d .
苏翼凯/SU Yi-kai 昌庆江/CHANG Qing -jiang
(上海交通大学 先进光通信系统与网络国家重 点 实 验 室 ，上 海 200240 )
( S tate Key Lab of Advanced Optical Communication S ys tems and Networks , S hanghai J iao Tong Univers ity , S hanghai
的 角 频 率 ，Ф(t )= [0 或 π ]表 示 DPSK信
号的瞬时相位。
下 面 ， 对 OCS- DPSK调 制 格 式 在
ROF系 统 中 的 应 用 进 行 详 细 的 分 析 ，
首 次 指 出 采 用 OCS- DPSK信 号 ， 可 以
实 现 双 向 ROF 系 统 3 个 最 关 键 的 基 本
置成本。
(3 )产 生 本 振 信 号
OCS- DPSK信 号 两 个 边 带 的 相 位
信 息 完 全相 同 ，当 直接 进 行 光 电 探 测
时 ，两 个 光 边 带 相 互 拍 频 ，使 得 边 带
上 的 相位 信 息 被完 全 擦 除，得 到 两 倍
频 的 射 频 信 号 ，可 以 表 示 为 ：
基金项目：国家自然科学基金资助项目 (60407008 )
共享 ，从 而 最小 化 基 站的 配 置 成 本 是 非 常 具 有 吸 引 力 的 方 法 。在 这 种 情 况 下 ，整 个 ROF 系 统 的 结 构 设 计 、选 择 合适的调制格式分发上行和下行信 号具有非常关键的作用。
在ROF系 统 中 ，对于 下 行 信号 的 传 输 ，采 用 外 调 制 器 ，基 于 光 载 波 抑 制 技 术 ，可以 产 生 两倍 射 频 信 号 频 率 的 ROF信 号 [2-4]，能 够 有 效 降 低 光 电 器 件的 带 宽 需求 ，而 且 适合 长 距 离 的 传 输 ，被 广 泛 研 究 。另 一 方 面 ，实 现 上 行 信号的传输面临很大的挑战 。在实际 的系 统 中 ，从天 线 接 收到 的 上 行 高 频 无线信号需要下变频到基带或者中 频 频 段，然 后 调 制到 光 载 波 上 。 下 变 频需要在基站直接提供高速本振信 号 ，无 疑 会 增 加 基 站 的 成 本 ，从 中 心 站远程分发本振信号到基站是一个 有效 的 方 法 [5-7]。同 时 ，上 行数 据 的 调 制需要在基站提供附加的光源作为
Ke y w o rd s : RoF; OCS- DPSK; MZM
光载无线 (ROF) 宽带无线接入网 络是新兴的研究领域，它结合 光纤通信和无线通信两大技术的优 势 ，可 以 实现 超 过 吉比 特 每 秒无 线 业 务的分发 。ROF在未来高速宽带无线 通 信 系 统 中 具 有 重 要 的 地 位 [1]。在 ROF 系统 中 ，需 要采 用 高 频毫 米 波 来 承 载 高 速 数 据 (大 于 吉 比 特 每 秒 )以 提 高 无 线 通 信系 统 的 容量 ，同 时 也可 使 无 线 信 道 避 开拥 挤 的 低频 频 段 。然 而 ，高 频 信号 在 大 气中 的 衰 减严 重 ，导 致 单 个 基 站单 元 的 覆盖 面 积 较小 ，要 满 足 覆 盖 相 同区 域 的 通信 要 求 ，必须 增 加 基 站 单 元 数 量 ，从 而 增 加 了 ROF 系 统 的 成 本 和复 杂 度 ，给设 计 和 维护 带 来 不便 。因 此 ，将基 站 复 杂昂 贵 的 设 备 转移到中心站并且能被所有的基站
200240 , China )
光载波，这将导致复杂的波长管理， 也不可避免地增加了基站的配置成 本 。为 了 克 服 由 于 配 置 额 外 的 光 源 带 来的 基 站 的高 成 本 和复 杂 性 ，一 些 可 行 的 设 计 方 案 例 如 波 长 重 使 用 [8-10]、 载 波 重 调 制 [11-12]、 使 用 法 布 里 - 珀 罗 (FP)激光 器 [13]等 技术 被 提 出 。
2 基于单驱动MZM的 OCS - DP S K产生技术
2.1 工作原理
本 文 提 出 使 用 一 个 单 驱 动 MZM
产 生 OCS- DPSK信 号 。 首 先 采 用 一 个
交流耦合的双极性基带数据 (如图1
(a)所 示 )和 射 频 信 号 (如 图 1 (b)所 示 )
混 频 ， 产 生 双 极 性 的 电 副 载 波 (SCM)
苏翼凯等：光载无线信号的 OCS - DP S K调制格式
专题 ZTE COMMUNICATIONS
Eout(t )=AEin(t )·{[cos(ωc- ωs)t +Ф(t )]+
[cos(ωc+ωs)t +Ф(t )]}
(1)
其 中 ωc 和 E in(t )是 输 入 光 信 号 的
角 频 率 和 光 场 幅 度 ，ωs 表 示 射 频 信 号
苏翼凯等：光载无线信号的 OCS - DP S K调制格式
ZTE COMMUNICATIONS 专题
光载无线信号的OCS- DPSK调制格式
OCS- DPSK Modulation Format for Radio over Fiber Signals
中 图 分 类 号 ：TN929 . 1; TN928 文 献 标 识 码 ：A 文 章 编 号 ：1009- 6868 (2009 ) 03- 0001- 05
其中的一个边带分离出来，即得到
DPSK信 号 。 DPSK信 号 是 相 位 调 制 格
式 ，具 有 恒 定 的 光 功 率 ，因 此 可 以 作
为 光载 波 ，被 上行 数 据 进行 强 度 重 调
制，形成混合的正交相位/幅度调制
格 式 。因 而 ，在 基 站 ，上 行 数 据 的 调 制
不需 要 额 外的 光 源 ，降低 了 基 站 的 配
α·data (t )·sin(ωst )]}
(5)
其ωc和 Ein (t ) 是 输入 光 信 号的 角
频 率 和 光 场 幅 度 。 当 ε=1，也 即 MZM
偏 置 在传 输 最 低点 时 ，包 括 光 载 波 在
内 的 偶 次谐 波 被 抑制 ，因 此 得 到 了 光
电 压 )可 以 表 示 为 ：
V(t )=εVπ+αVπ·data(t )·sin(ωst ) (4) 其中ε和α是调制器的偏置电
压 和 SCM信 号 的 幅 度 对 调 制 器 半 波
电压Vπ归一化后的值 。则 MZM的输出
场可以表示为：
Eout(t )=Ein(t )·cos(ωct )·cos{π/2[ε+
摘 要 ：文 章 提 出 一 种 新 型 的 光 载 波 抑 制 - 差 分 相 移 键 控 (OCS- DPSK)调 制 格 式 ，可 以 实 现 光 载 无 线 (RoF)系 统 的 3 个 关 键 功 能 ：分 发 下 行 RoF 信 号 、产 生 远 端 本 振 信 号 和 上 行数据 的重 调制 ，从而实 现成 本最 优的 RoF接入网 络。文 章作 者实 验演示 了基 于单 个 单臂马 赫- 曾 德调 制器产 生 OCS- DPSK控 调制 格式 的全双 工 RoF传 输系 统。
信 号 (如 图 1 (c)所 示 )，信 号 可 以 用 下
式表示：
VSCM(t )=Vs·data(t )·sin(ωst)
(3 )
其 中 data (t )[=1 或 - 1]表 示 交 流 耦
合 的 随 机 比 特 序 列 ，Vs是 混 频 的 副 载 波 信 号 的 幅 度 ，ωs 是 射 频 信 号 的 角 频率。驱动MZM的电信号 (包括偏置