基于相位调制的微波光子链路性能研究

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微波光子学融合了射频通信灵活性高和光通信带宽大的优势,具备传输损耗低、信号处理能力强、抗电磁干扰能力强等诸多优点,对于现在和未来移动通信的发展具有十分重要的意义。然而,射频信号在链路中会产生交调、互调、混频、色散等各种非线性效应,造成信号畸变,影响链路无杂散动态范围(SFDR)。本文针对微波光子链路理论计算的方法,以及如何有效的抑制链路三阶交调失真(IMD3),扩大链路的动态范围进行了研究,具体研究内容如下:1.首先介绍了链路几种常用器件的工作原理和性能参数,以及链路的增益,噪声系数,非线性失真和SFDR的基本概念,提出了基于Taylor级数展开的链路分析方法。以相位调制微波光子链路为例,研究了不同调制系数下,输出信号的Taylor级数展开结果,并推导出链路的增益,噪声系数和SFDR,最后利用MATLAB比较Taylor级数展开法与Bessel展开法在增益与SFDR上的差异。对比实验数据,在调制系数0<m<1.74范围内,Taylor级数展开法得到的增益峰值与实验数据相差1-2dB,比Bessel展开的结果更加精确;当基底噪声为-155dBm/Hz时,Bessel展开得到的动态范围较Taylor展开结果高约3dB·Hz2/3。2.基于链路的增益特性研究了一种抑制链路IMD3的方法。首先理论分析链路增益随信号频率周期性变化的规律,接着利用Optisystem仿真分析双音信号输入下,通过调整MZI的延迟时间τ与输入双音信号频率的匹配关系,对链路IMD3的抑制效果。实验结果表明,当输入相位调制器的双音信号频率相近,且输出信号的IMD3频率位于截止频率附近时,链路输出的基频信号对IMD3的抑制比提高了14dB左右。3.研究了带反馈的相位调制微波光子链路。对于非线性的反馈回路进行了可行性和稳定性的理论分析,并结合MATLAB和Optisystem,对链路进行仿真分析。研究表明,反馈回路的交调项能抵消链路解调后产生的三阶交调项,使链路线性化,通过调节合适的反馈次数,可提高链路动态范围。当反馈次数N=30时,链路IMD3的抑制比可达到48dBm,链路的SFDR为128dB·Hz2/3,较传统相位调制链路提升了15dB·Hz2/3。
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