1、本科毕业设计（20届）ROF系统功率设计及增益分配研究所在学院专业班级电子信息科学与技术学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要【摘要】本文研究了ROFRADIOOVERFIBER系统传输原理。基于ROF系统原理，在OPTISYSTEM70软件平台上设计了60GHZROF数字通信系统，对该系统进行模拟仿真，实现了基于OPTISYSTEM平台的数字通信系统。在此基础上，对ROF系统进行功率设计、计算及分配的研究，其中包括对系统激光器功率的确定、电吸收调制器的损耗、LNMZM损耗、MZM强度调制器的调制度、光学滤波器的损耗、光接头损耗等各个重要部位的确定。通过对该系统的功率设计与增益分配研究，确
2、定了系统链路光纤放大器应放大的倍数，并分析了计算结果与仿真结果不同的原因。【关键词】OFM光倍频法；光纤；调制度；路径损耗。IIABSTRACT【ABSTRACT】THISPAPERINTRODUCTIONTHEPRINCIPLEOF60GHZROFRADIOOVERFIBERSYSTEMBASEDONTHEROFSYSTEMTHEPRINCIPLETHATINOPTISYSTEM70SOFTWAREPLATFORMDESIGNED60GHZROFDIGITALCOMMUNICATIONSYSTEMS,SIMULATIONOFTHESYSTEMTOACHIEVEOPTISYSTEMPLATFO
3、RMBASEDDIGITALCOMMUNICATIONSSYSTEMONTHISBASIS,THEPOWEROFTHEROFSYSTEMDESIGN,CALCULATIONANDDISTRIBUTIONOFRESEARCH,INCLUDINGTHEDETERMINATIONOFLASERPOWERONTHESYSTEM,THELOSSOFELECTROABSORPTIONMODULATOR,LNMZMLOSS,MZMMODULATORINTENSITYMODULATION,OPTICALFILTERLOSS,LOSSOFLIGHTFITTINGSANDOTHERIMPORTANTPARTSOF
4、OKTHROUGHTHESYSTEMANDGAINPOWERDISTRIBUTIONDESIGNSTUDIESTODETERMINETHELINKFIBERAMPLIFIERSYSTEMTOBEENLARGEDINMULTIPLESANDANALYZEDTHERESULTSWITHTHESIMULATIONRESULTSFORDIFFERENTREASONS【KEYWORDS】OPTICALFREQUENCYMULTIPLICATIONFIBERMODULATIONDEGREEPASSLOSSIII目录1绪论111ROF技术提出的技术背景112ROF技术的基本概念213ROF技术介绍314RO
5、F技术的优点315ROF技术的局限516本论文的结构52ROF系统设计原理621ROF技术的系统框架622马赫曾德尔调制器（MZM）723OFM光学倍频法83ROF系统仿真设计1131OPTISYSTEM70软件介绍1132OFM光毫米波仿真图1233DPSKROF系统仿真图184ROF系统的功率设计与增益分配2741国家无线电频率的有光规定2742仿真图各器件的损耗与增益2743ROF系统的功率设计与增益分配285总结31致谢错误未定义书签。附录错误未定义书签。11绪论11ROF技术提出的技术背景无线化和宽带化是当今整个信息业的热点。经过了长期的发展，无线通信已经进入了一个全新的领域。它使得
6、人们现在无论何时、无论何地都能与任何地方的人进行通信；而宽带通信则是将数据、语音、视频、INTERNET和多媒体等多种应用传送到各个家庭和各种企业，丰富了大众的工作和生活，使得人们的生活多姿多彩。因此，将两者结合起来无疑是未来通信的发展方向。1无线化无线通信主要包括卫星通信和微波通信两个方面。利用通信卫星作为中继站，在地面上两个或者多个地球站之间或移动体之间建立微波通信联系的通信方式为卫星通信。微波是一种无线电波，它的频带很宽，通信容量也很大，但是它传输距离只有几十千米，这限制了它的使用范围，要想使得微波覆盖面积扩大，就必须每隔几十千米建立一个微波中继站，组成“蛛网”结构，扩大覆盖面积。电磁波
7、信号可以再自由空间传播，而无线通信（WIRELESSCOMMUNICATION）就是利用电磁波信号这一特性进行信息交换的一种通信方式。这些年来，无线通信技术发展速度越来越快，这使得它是信息通信领域中，发展最快、应用最广的技术。然而，现在无线通信的工作频率在不断地提高，与此同时，大气中由于反射和吸收引起的损耗也越来越多，传输线中的阻抗也随之增加，致使损耗越来越大。而且长距离地传送高频率的微波信号需要昂贵的再生设备。这不得不使我们寻求新的方法解决这一难题。2宽带化从这些年来的移动通信系统数据传输速率可以看到以前，第一代模拟式移动通信系统并不支持数据传输，它只能提供语音服务；随着时间的发展，到了第二
8、代的时候，数字式移动通信系统的数据传输率只有96KBPS，但是最高的数据传输率也只能达到32KBPS,如小灵通；位于2G和3G之间的以通用分组无线业务（GPRS，GENERALPACKETRADIOSERVICE）技术为代表的25G移动通信系统的数据传输速率为96KBPS384KBPS；而第三代移动通信系统的实际数据传输速率最大也只能达到2MBPS1。这这远远不足以实现宽带通信的要求。要想提高无线通信系统的容量实现宽带通信，则必须提高它的工作频率。但从表11中，我们可以看出，我国大多数业务都集中在3GHZ以下，而且现有的低频段频率资源几乎都被占用，而在30GHZ以上的频率资源都没被使用2。2因
9、为我国业务都集中在低频段，对于30GHZ以上的频率不怎么利用，特别是对于20GHZ和60GHZ频段的两个大气传输高损耗窗口，如图11所示3。表11无线频率资源分配情况业务名称占用频带业务名称占用频带业务名称占用频带无线接入网24GHZ固定无线接入系统35GHZ本地多点业务分配系统26GHZ移动通信无线电业务515535GHZ，547572GHZ固定无线接入系统525535GHZ中国联通GSM09GHZ微波无线接入系统24G,35G,58GHZ卫星移动通信系统19201GHZ217022GHZ多路微波有线电视传输25352599GHZ图11不同频率的电磁波在大气中的损耗特性12ROF技术的基本概
10、念光载无线通信RADIOOVERFIBER（ROF）技术是应高速大容量无线通信需求，新兴发展起来的将光3纤通信和无线通信结合起来并以光纤代替大气作为传输煤质传输信号的无线接入技术。13ROF技术介绍光载无线通信RADIOOVERFIBER（ROF）技术是应高速大容量无线通信需求，新兴发展起来的将无线通信和光纤通信结合起来的无线接入技术。ROF系统中运用光纤作为基站（BS）和中心站（CS）之间的传输链路。在该系统中，直接利用光载波来传输射频信号。对比而言，光纤只起到传输的作用。交换、控制和信号的再生等工作都集中在中心站，基站仅实现光电装换、滤波、放大以及无线信号发射和接收。由此，可以把复杂昂贵的
11、设备都集中在中心站，让多个远端基站共享这些设备，减少基站的功耗和成本。光纤传输的射频信号提高了无线宽带，但是天线发射后在大气中的损耗也会增大，所以要求蜂窝结构向微微小区转变，而基站结构的简化便有利于增加基站的数目来减少蜂窝覆盖的面积，使组网更加地灵活，大气中无线信号的多径衰落也会由此降低；另外，利用光纤作为传输链路，具有低损耗、高带宽和防止电磁干扰等优点。正是这些优点，使得ROF技术在未来无线宽带通信、卫星通信和智能交通系统等领域有着广阔的应用前景。14ROF技术的优点由ROF技术的提出的背景可以看出，ROF技术是利用光纤和高频电波这两者的优点相结合产生的技术。由此可得出，ROF技术具有光纤和
12、高频电波相似的特点。1衰减损耗低ROF技术利用光纤作为传输的媒体来传输信号。光纤是利用光在玻璃或者塑料内形成的纤维中的全反射原理而形成的光传导工具，因为光在玻璃或塑料内传输，很少有光能逸散出去，在光线中传输的光功率基本不变（即很少损耗），因此光纤具有低损耗的特性。也正是因为这低损耗特性，使得较小传输功率的信号依然能在光纤中传输很长的一段距离，对于整个系统功率的消耗起了很大的作用，很大程度上降低了整个系统功率的损耗，在降低损耗的同时也降低了整个系统的成本，也因此得出了ROF技术具有衰减损耗低这一优点。2高带宽光纤可以为系统提供巨大的带宽，在不考虑远距离传输损耗时，光纤通信波长具有三个低损耗窗口，
13、为别为850NM，1310NM，1550NM，通过这三个低损耗窗口，光纤一共可以提供高达50THZ的带宽。但是，现有的商用化系统仅仅用了其中的一小部分，大约16THZ，使得大部分的带宽空余在那里，使得资源得不到充分地利用。因为越高的带宽可以使得信号处理的速度越高，因此ROF系统能在光领域实现滤波、频率的上下转换等宽带信号的处理操作。ROF系统在光领域实现信号的处理操作时，可4以使用那些低价宽带较小的器件（进行信号处理并不是一定要大宽带器件），使得在提高信息处理带宽的同时减少系统的成本。目前，由于电子系统带宽的限制，使得光纤大容量特性不能大范围地使用。为了充分地利用光纤的带宽，在数字系统中通常使
14、用高级光时分复用（OTDM）和密集光波分复用（DWDM）等各种技术。3便于安装和维护ROF系统中运用光纤作为基站和中心站之间的传输链路，而光纤只起到传输作用，交换。控制和信号的再生都集中在中心站，基站只实现光电转换。由此，将复杂昂贵的设备都集中在中心站，让多个远端基站共享这些设备，减少基站的功耗和成本。正是由于把所有的昂贵的设备都集中在了中心站，使得基站的设备就变得异常简单了。例如调制和交换等设备都集中在了中心站，然后多个远端基站共同使用这些设备。大大地降低了ROF系统的成本。因为高频段毫米波无线通信基站的覆盖面积比较小，所以需要更多的基站，而简化了基站，使其安装与维护都变得异常简单，这对于降
15、低ROF系统的成本有着巨大意义。4降低功率的损耗在ROF系统中，中心站是重中之重，信号的产生、处理、控制都在里面，而基站则与中心站不一样，基站只有少数有限的简单设备，所消耗的功率也随之减少了；基站和中心站之间又用光纤网络连接，众所周知，光纤具有低损耗的特性，传输的过程中消耗的功率也小，因此，对于整个ROF系统来说，消耗的功率也随之较小。5操作更具灵活性ROF系统满足了系统操作的灵活性。依赖微波产生技术，ROF分布式系统对信号的格式具有透明性。可以按照需求来传输各种调制格式的信号。再者，因为中心站集中了交换、调制等功能，可以实现对各站点的容量进行灵活安排。例如在夜晚给住宿区安排更多的容量，在节假
16、日等高峰期给商业区安排更多的容量等等，这样能够使信道实时分配给那些需求较高的用户，解决拥塞问题，大大地提高资源的利用率。6不受无线频率的干扰良好的抗电磁干扰特性能对光纤通信，尤其是对微波通信来说是一个非常具有吸引力的特性。而采用光的方式在光纤中传输微波信号刚好实现了这个功能。光纤是石英玻璃丝，是一种绝缘体，交变电磁场波在光纤中不会长生与信号无光的噪声。这是由于这个特性，使得光缆在毫米波的短距离连接中被大范围地使用。光纤通信除了能抗电磁干扰，还具有良好的抗窃听性质，能够很好的保护隐私和提供更好的安全性。515ROF技术的局限ROF技术虽然具有以上的种种优点，但是依然还有许多有待解决的技术问题。动
17、态范围对于像全球移动通信系统（GLOBALSYSTEMFORMOBILEGSM）这样的蜂窝式移动通信系统来说是一个非常重要的因素，因为从目标到基站的信号功率变化非常大，在同一个蜂窝内，距离基站比较近的目标发射的射频频率比基站接收到的几公里外的目标发射的信号功率大很多。因为ROF技术包含了模拟调制和光探测，它本质上就是一个模拟传输系统。所以，信号损伤，例如在模拟通信系统中非常重要的失真和噪声，在ROF系统中的影响就显得比较大了。这些损伤很可能影响ROF系统的噪声系数和动态范围6。16本论文的结构本论文主要阐述的是ROF系统中的功率设计以及增益分配，分为五章进行说明。第一张是绪论，介绍了ROF技术
18、提出的技术背景、概念等，对ROF技术的特点以及其缺点进行分析考虑。第二章对ROF系统的原理框架进行了阐述，简要介绍了需要用到的软件OPTISYSTEM70,并讲述了马赫曾德尔调制器的原理以及对OFM光学倍频法的实现进行了详细说明。第三章主要介绍的是在OPTISYSTEM70中对OFM光学倍频法的电路图进行了模拟仿真，仿真图包括OFM光毫米波仿真图与DPSKROF系统仿真图。第四章是工作重点，主要是对ROF系统的功率设计与增益分配的研究，逐步计算各个工作点的功率，最终得到光放大器增益范围。第五章主要进行的是总结本论文的总体构架与自己所遇到的问题，还有解决问题的方式，最后就是对ROF系统将来的发展
19、前景进行了简要分析。62ROF系统设计原理在ROF领域，60GHZ通信系统已经是现在国内外大多数人的研究重点方向。这不仅仅只是因为60GHZ传输系统具有比其他系统更高效的传输速率、更宽广的传输带宽，还有ROF系统具有天然的小传播范围的原因。正是ROF系统具有天然小传播范围，它才拥有更小的覆盖范围、更高的频率复用率、更强的抗同频干扰能力以及更为简便的设备。在未来的发展中，高密度、高强度的通信环境将会被60GHZROF系统攻占（即60GHZROF将会被广泛用于上述环境中，取代其他的系统）。对于如此热门的系统，我产生了浓厚的兴趣。21ROF技术的系统框架ROF系统基本结构如图21。基站与中心站通过光
20、纤连接。在中心站，光载波经过马赫曾德尔强度调制器（MZM），将调制后得到的光信号，经过下行链路传送到基站，然后在基站由光电探测器对经光纤传送过来的光信号进行解调，解调后获得基站所需要的信号，经过放大器放大后，此时的信号具有噪声，必须将噪声去除才可发送出高品质的信号，所以之后要通过滤波器滤波，最后通过天线发射到移动终端。在上行链路，基站将接收到的移动终端的信号经过滤波处理得到所需的信号，之后对该信号进行调制，并将调制后的信号送回到中心站处理。为了简化基站结构，因此将有关于信号的处理工作都集中在中心站完成，使得中心站的工作多种多样，包括路由、多路交换、频率上下传及频率管理等工作，完成E/O转换和滤
21、波功能。相比中心站，基站就简单得多了，基站只实现O/E转换、滤波、放大以及无线信号发射和接收5。图21ROF光传输系统的基本结构722马赫曾德尔调制器（MZM）因为在我所设计的电路中，强度调制器是不可或缺的部件，为了更好地进行理论推导与仿真，则对于强度调制器进行介绍是必不可少的。光纤通信中，经常用到的外调制器有以下三种基于电吸收的半导体调制器、MZM调制器和基于一级电光效应的马赫曾德尔调制器。在这三种外调制器中，基于电吸收的半导体调制器虽然拥有者集成度高、体积小等优点，但是在调制的过程当中，电吸收调制器会产生大频率啁啾（啁啾脉冲传输时中心波长发生偏移的现象），影响了其在长距离大容量ROF系统中
22、的运用。在理想情况下，MZM调制器传输性能良好，可以达到零啁啾。按照所使用的电光晶体，MZM调制器分为三种使用VIII族化合物半导体的MZM调制器、铌酸锂（LN）的MZM调制器和有机聚合物的MZM调制器。在这三种之中，使用铌酸锂的MZM调制器拥有调制速率高、工艺成熟、线性度好和工作性能稳定等特点广泛地运用于大容量长距离光纤传输。在这次仿真中，我所用到的是LNMZM光调制器。图22是LNMZM光调制器的基本结构图，从图21中可以看出，LNMZM光调制器包括三个部分两个LN相位调制器、两个Y分支波导和相应的驱动电极。借助LN晶体的电光效应，两个相位调制器实现光的相位调制，分合光功能则是由两个Y分支
23、波导负责，实现电光效应所需要的驱动电压则是由驱动电极提供实现。LNMZM的总体性能取决于LN晶体的电光效应和MZM调制器双臂波导光的干涉效应。在理想状态下棉，LNMZM应具有无线消光比（激光功率在逻辑“1”的平均功率和在逻辑“0”的平均功率之比），但由LNMZM双臂间的不平衡或者光导模之间的交叉串扰，即使在关闭的状态下，依然有一定的泄露光波产生。通常商用LNMZM的典型消光比参数在10DB和35DB之间，这个典型消光比在毫米波产生的过程中会有一定的影响。图22LNMZM结构图在LNMZM调制器中，由一个输入光分支，分裂成两个相等的信号分别进入调制器的两个独立2TV8的光支路。由于信号的相位随着
24、光支路折射率的变化而随之改变，因此当两个支路信号输出端重组后，合成了一个强度变化的干涉信号作为最终的光信号，用光信号的变化实现了用电信号的变化，控制了光的输出强度。设入射光波在第一个Y分支处为TEIN，经过第一个Y分支波导后，两个分支光波1TE与2TE可表示为221TETETEIN（21）而在外加电压V的作用下，两个分支光电效应产生的相位变化分别为11TVVT（22）22TVVT（23）两个支路在输出端重组，得到总的光波，总的光波可表示为错误未找到引用源。2EXP2COS2121JTETEINOUT设定一定的驱动电压的条件下，线性光调制可以实现零啁啾。代入光调制器的半波电压，可得到LNMZM光
25、调制器的输出光场2EXP2COS2121TVTVVJTVTVVTETEINOUT（24）23OFM光学倍频法因为在光电子器件中有非线性效应，OFM光学倍频法就是利用这些非线性效应产生高次谐波，然后经过光电检测器，由各个高次谐波或载波间的拍频产生毫米波。图22所示为LNMZM光学倍频法ROF系统模型。9图22基于LNMZM的光学倍频法ROF系统模型在图中电谱分析仪标示为ESA；光电二极管是PD；标准单模光纤为SSMF；掺铒光纤放大器为EDFA；铌酸锂马赫曾德尔光调制器是LNMZM；偏振控制器为PC。假设由激光器输出的是线宽很窄的连续光波，其电场可表示为EXP0TJETECIN式中0E表示的是光载
26、波的幅度，C表示的是光载波的角频率。该光波进入LNMZM，经过第一个Y分支波导，由式（21）可得，各分支光波可表示为EXP22021TJWETETETECIN调制器双臂在外加电压为111SINRFRFRFDCTVVTV222SINRFRFRFDCTVVTV上式中1DCV和2DCV是直流偏压，上述两式结合式（22）和（23）可得SIN111RFRFRFDCTVVVTSIN222RFRFRFDCTVVVT上述式中RFV是射频驱动信号的幅度，RF为射频驱动信号的角频率，且RFRFF2，1RF是射频信号的相位。随后经过地二个Y分支汇合，结合式（24）总的光波可表示为PD10EXPEXPEXP21210
27、TJTJTJETECOUT（25）将贝塞尔函数的生成函数NNNTZJTTZ2/EXP1，（T0）进行推导，将之展开得到贝塞尔的展开式NMHNMHTJNMJTJMEXPSINEXP。将上述公式代入（25），整理得EXPCOSEXP0MRFDVNRFNCCFFOUTTJNNMJTJTETE（26）在上式中，FFT是LNMZM的光插入损耗、0E是输入光载波的幅度、221RFRFM、221RFRFD、VVVDCDCV221、VVMRFRF、VVVDCDCC221、NJ是第一类N阶贝塞尔函数。把2D、012DCDCVV代入式（26）中，得出EXP2/COSEXP0MRFNRFNCCFFOUTTJNNMJ
28、TJTETE通过上式可看出，此时的输出只有偶次项；同理可得，当VVVDCDC12的时候，输出只有奇数项；当212VVVDCDC的时候，输出包含各次谐波。以上是在消光比无穷大的时候进行的分析，也就是理想状态下的分析。当消光比是有限值时，式（26）变为02MRFDVDVCCTJNNJNJNRFNTJFFOUTEEEMJETETE式中11。调制器的输出经过EDFA放大后沿着单模光纤（长度为L）传输后表示为,TLEOUT，然后经过PIN光电二极管进行检测，产生电流2|,|TLERTIOUT，式中R是光电二极管的灵敏系数6。113ROF系统仿真设计31OPTISYSTEM70软件介绍在本次论文的进行中，
29、使用到了热门的光通信系统软件OPTISYSTEM70，对此，我在这对该软件进行简要的介绍。OPTISYSTEM70是一款创新的光通讯系统模拟软件包。它也是基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器。它拥有多种功能，例如设计、测试、优化各种类型宽带网络物理层等。它具有以下主要特点61器件库为了完全发挥效率，OPTISYSTEM器件库中已有的200多种模型已经全部被仔细地测试过了。2器件测量OPTISYSTEM中的软件和现实中是同步的，它能让用户进入那些可以从实际的器件中测量的参数。3混合信号表示对于不同的信号（光信号和电信号），OPTISYSTEM均能进行单独处理，也能处理混合信号格式。4高级可视化
30、工具OPTISYSTEM系统在器件库文件夹VISUALIZERLIBRARY中，具有各种分析工具，例如生成OSA频谱、示波器和眼图等等。5发射器在器件库TRANSMITTERSLIBRARY中包括了所有余光信号产生和编码的器件，例如在OPTICALSOURCES子文件夹中的半导体激光器、在OPTICALMODULATORS子文件夹中的调制器、PULSEGENERATORS文件夹中的信号发生器等等。半导体激光器由于它在发射器中的重要角色成为了重要的发射器件6光纤光纤在OPTISYSTEM系统中是主要的传输通道。7观察仪在系统中，用户可以在任何器件使用观察仪打开端口数据监视器，存取结果。又因为数据
31、监视器可以保存那些用户已经处理过的信号信息，所以并没有必要预先设定观察仪的类型。8功率预算计算在计算后，为每个器件端口的每个信号预测信号功率、噪声和OSNR。与通道和通道跟踪相结合，功率预算计算允许用户在系统设计过程中分配系统余量9接收器用户可以依据光探测器输入端的混合信号选择不同的模型。除了上述9种特点，OPTISYSTEM还具有别的许多优点，在这我就不详细介绍了。以下是我使用OPTISYSTEM70软件设置的60GHZROF系统仿真图。1232OFM光毫米波仿真图图31所示为OFM光生毫米波示意图，图中采用的是LNMZM调制器作为OFM非线性调制器件。图32为OFM光毫米波在OPTISYS
32、TEM70中的仿真图，1从DEFAULT/TRANSMITTERSLIBRARY/OPTICALSOURCES中选择CWLASER。2在DEFAULT/PASSIVESLIBRARY/OPTICAL/POLARIZATION中选择POLARIZATIONCONTROLLER，将其与CWLASER连接。3从DEFAULT/TRANSMITTERSLIBRARY/OPTICALMODULATORS中选取LINBMACHZEHNDERMODULATOR即LNMZM器件，将其输入端与POLARIZATIONCONTROLLER输出端连接。4从DEFAULT/TRANSMITTERSLIBRARY/PU
33、LSEGENERATORS/ELECTRICAL中选择SINEGENERATOR（正弦波发生器）。5从DEFAULT/PASSIVESLIBRARY/ELECTRICAL/SPLITTERS文件中选取SPLITTER1X2（分配器），将之连接SINEGENERATOR，将信号呈2路出去，其中一路连接LNMZM的INPUT2。6在DEFAULT/PASSIVESLIBRARY/ELECTRICAL文件中选取ELECTRICALPHASESHIFT（电位相移）与SINEGENERATOR信号的另一路连接，然后ELECTRICALPHASESHIFT输出端连接LNMZM的INPUT3。7打开文件DE
34、FAULT/OPTICALFIBERSLIBRARY文件，选取OPTICALFIBER，将LNMZM的输出端与OPTICALFIBER的输入端相连接。8从文件DEFAULT/AMPLIFIERSLIBRARY/OPTICAL/EDFA中选取EDFA（掺铒光纤放大器），将EDFA的输入端与OPTICALFIBER的输出端相连接。9打开DAFAULT/RECEIVERSLIBRARY/PHOTODETECTORS文件，选取PHOTODETECTORPIN，将其输入端与EDFA输出端相连。10选取文件DEFAULT/VISUALIZERLIBRARY文件中的OPTICALSPECTRUMANALYZ
35、ER和RFSPECTRUMANALYZER，分别对各处的信号连接频谱分析仪。图中激光器输出的连续光波波长为15525NM，输出功率为0DBM。双极LNMZM的驱动信号为10GHZ的射频信号。它的驱动信号之间的相位差固定是1800。设LNMZM处于理想状态（即无穷大消耗比），调制指数450RFRFVVM，分别仿真QB、MATB、MITB三种输出信号的光谱图。如图33AC所示，可以看出在最小传输偏置MITB（VVVDCDC12）下只产生奇次谐波；在最大传输偏置MATB（012DCDCVV）13下只产生偶次谐波；在四分之一偏置QB（212VVVDCDC）下能得到所有阶次的谐波。图31OFM光生毫米波
36、示意图图32OFM毫米波仿真图当把LNMZM当中设置为图设置为图34（A）时，得到无线消光比时MATB的光谱14图34（A）LNMZM的设置图33（A）无线消光比时MATB光谱当把LNMZM当中设置为图设置为图34（B）时，得到无线消光比时QB的光谱15图34（B）LNMZM的设置图33（B）无线消光比时QB光谱当把LNMZM当中设置为图设置为图34（C）时，得到无线消光比时MITB的光谱16图34（C）LNMZM的设置图33（C）无线消光比时MITB光谱以上讨论的是理想状态中的QB、MATB、MITB三种输出信号的光谱图，而实际使用的调制器的消光比在20DB35DB之间。下面我们讨论的是消光
37、比为20DB时，三种输出信号的光谱图，如图35（A）（C）所示。LNMZM设置与上面的差不多，只不过是消光比将改成20DB。得出在此情况下QB、MATB、MITB的光谱图17图35（A）消光比20DB时MATB光谱图35B消光比20DB时MITB光谱18图35（C消光比20DB时QB光谱33DPSKROF系统仿真图图36所示是DPSKROF系统的仿真图1从DEFAULT/TRANSMITTERSLIBRARY/OPTICALSOURCES中选择CWLASER。2从DEFAULT/TRANSMITTERSLIBRARY/OPTICALMODULATORS中选取ELECTROABSORPTIONM
38、ODULATORMEASURED器件，将其INPUT1与CWLASER连接。3从DEFAULT/TRANSMITTERSLIBRARY/OPTICALMODULATORS中选取LINBMACHZEHNDERMODULATOR即LNMZM器件，将其输入端与ELECTROABSORPTIONMODULATORMEASURED输出端连接。4从文件DEFAULT/FITTERSLIBRARY/OPTICAL中选取RECTANGLEOPTICALFILTER（矩形光学滤波器），将其输入端与LNMZM的输出端相连。5从文件DEFAULT/FITTERSLIBRARY/OPTICAL中选取INVERTEDG
39、AUSSIANOPTICALFILTER（倒高斯光学滤波器），让RECTANGLEOPTICALFILTER的输出端与INVERTEDGAUSSIANOPTICALFILTER的输入端相连接6打开文件DEFAULT/OPTICALFIBERSLIBRARY文件，选取OPTICALFIBER，将INVERTEDGAUSSIANOPTICALFILTER的输出端与OPTICALFIBER的输入端相连接。7从文件DEFAULT/AMPLIFIERSLIBRARY/OPTICAL/EDFA中选取OPTICALAMPLIFIER（光放大器），将OPTICAL19AMPLIFIER的输入端与OPTICAL
40、FIBER的输出端相连接。8打开DEFAULT/RECEIVERSLIBRARY/PHOTODETECTORS文件，选取PHOTODETECTORPIN，将其输入端与OPTICALAMPLIFIER输出端相连。9从文件DEFAULT/FITTERSLIBRARY/ELECTRICAL中选取器件BANDPASSRECTANGLEFILTER（矩形带通滤波器），将其输入端与PHOTODETECTORPIN的输出端连接。10从DEFAULT/SIGNALPROCESSINGLIBRARY/ARITHMETIC/ELECTRICAL文件中选择ELECTRICALMULTIPLIER（电气乘法器），另从
41、DEFAULT/TRANSMITTERSLIBRARY/PULSEGENERATORS/ELECTRICAL中选择SINEGENERATOR（正弦波发生器）与乘法器输入端一端相连，乘法器另一端与BANDPASSRECTANGLEFILTER相连。11从文件DEFAULT/FITTERSLIBRARY/ELECTRICAL中选取器件LOWPASSBESSELFILTER（低通贝塞尔滤波器），将此滤波器输入端与乘法器的输出端相连。12从文件DEFAULT/RECEIVERSLIBRARY/REGENERATORS/中选取3RREGENERATOR（3R再生器），将3RREGENERATOR的输入端
42、和LOWPASSBESSELFILTER的输入端相连接。13从DEFAULT/TRANSMITTERSLIBRARY/PULSEGENERATORS/ELECTRICAL中选择SINEGENERATOR（正弦波发生器）。14从DEFAULT/PASSIVESLIBRARY/ELECTRICAL/SPLITTERS文件中选取SPLITTER1X2（分配器），将之连接SINEGENERATOR，将信号呈2路出去，其中一路连接LNMZM的INPUT2。15在DEFAULT/PASSIVESLIBRARY/ELECTRICAL文件中选取ELECTRICALPHASESHIFT（电位相移）与SINEGE
43、NERATOR信号的另一路连接，然后ELECTRICALPHASESHIFT输出端连接LNMZM的INPUT3。16选取文件DEFAULT/VISUALIZERLIBRARY文件中的OPTICALSPECTRUMANALYZER和RFSPECTRUMANALYZER，分别对各处的信号连接频谱分析仪。下面各图显示的是各个光波经过器件的频谱图图37是经过相位调制器的光谱图；图38为经过LNMZM的光谱图；图39经过矩形光滤波器的光谱图；310是经过倒高斯光学滤波器的光谱图；图311是经过光纤的光谱图；图312是经过光放大器的光谱图；313是光电检测后的频谱图；图314是经过带通滤波器的频谱图；31
44、5为无光纤传输的信号眼图（Q值）；图316是50KM光纤传输的信号眼图（Q值）；20图36DPSKROF系统仿真图图37经过相位调制器的光谱图21图38经过LNMZM的光谱图图39经过矩形光滤波器的光谱图22图310经过倒高斯光学滤波器的光谱图图311经过光纤的光谱图23图312经过光放大器的光谱图图313光电检测后的频谱图24图314经过带通滤波器的频谱图25315无光纤传输的信号眼图（Q值）26图31650KM光纤传输的信号眼图（Q值）274ROF系统的功率设计与增益分配41国家无线电频率的有光规定对于60GHZROF系统的功率设计，国际上对通信系统无需执照有着如下的几个限制条件7（1）绝
45、对温度T300K；波尔兹曼常数KJK2310381。（2）规定光源的发光功率为10MW，也就是10DBM。（3）规定下行链路天线发送端的功率为2MW（301DBM），42仿真图各器件的损耗与增益图41DPSKROF系统仿真框图如图41所示是DPSKROF系统的仿真框图，图中连续激光器发送1931THZ的光经过相位调制器，在相位调制器中进行调相，经调相的光波通过双极LNMZM强度调制器，随后通过光带通滤波器，消除一些不需要的或者具有干扰的波形。随后，经滤波的波形通过光纤到达基站的光放大器，在这一过程中光从光源发出后，经由相位调制器、LNMZM强度调制器、滤波器、光纤，这几项的损耗是固定BD28的
46、，可以很容易的查出各个器件的损耗。然而，光经过光电探测器由光转化为电信号时，在PIN平衡光探测器中损耗具有不确定性，在光纤长度一定，光放大器增益不同时，PIN平衡光探测器中的损耗也不确定。对此，我对系统进行调试在不动光纤长度的情况下，改变光放大器功率，使得信号发射出去的功率为MW2，测试出此时光放大器的增益，与信号经过光放大器后输出的功率。即可算出PIN平衡光探测器的损耗、电带通滤波器的损耗、电乘法器的损耗低通贝塞尔滤波器的损耗等。连续激光器光源的发光功率为10MW（10DBM）；相位调制器损耗是3052DB，双极LNMZM的损耗为7068DB；光带通滤波器的损耗为11632DB；光纤的损耗为
47、021KMDB；PIN平衡光探测器的损耗为5831DB；电带通滤波器的损耗为9721DB；然后通过电乘法器，损耗为1336DB；低通贝塞尔滤波器的损耗为2028DB。43ROF系统的功率设计与增益分配由上一节可知在各个器件的损耗与增益，由于在A处和D处的功率是固定的，分别为10MW和2MW。比较简单的就可以知道在相位调制器的功率为10951494863MODULATORMODULATORWDBMLPPA在LNMZM处的功率为10725912104WDBMLPPMZMLNMODULATORMZMLN在光带通滤波器处的功率为10686752115WDBMLPPOPTICALMZMLNOPTICAL
48、在B处的功率为DLPPOPTICALBFIBER在上面各式中AP为光源功率（10DBM），MODULATORL为相位调制器损耗（为3052DB）；MZMLNL为LNMZM损耗（7068DB）；OPTICALL为光带通滤波器的损耗（11632DB）；FIBERL为光纤的损耗（021KMDB）；同理可得到在C处的功率为PINDCLLLLPPPASSBANDMULTIPLIERBESSEL105581925211WDBMPC29式中BESSELL为低通贝塞尔滤波器损耗（2028DB）；MULTIPLIERL为电乘法器处的损耗（1336DB）；PASSBANDL为电带通滤波器的损耗（9721DB）；P
49、INL为PIN平衡探测器的损耗（5831DB）。因为光纤的传输距离为0KM50KM当D0时10686752115WDBMPB此时需要光放大器放大增益为DBPPLBC67733；当D50KM时W10686752216DBMPB此时需要光放大器增益为DBL67743又因为光放大器的增益范围在0100DB，因此只需要一个光放大器就能够满足要求。当D0KM时，输出的信号功率在2MW的时候（如图42所示），放大器增益为32268DB如图43所示图42信号最终输出功率图图43光放大器在D0时的基本设置当D50KM时，放大器的设置如图44所示30图44当D50KM时光放大器的基本设置对于此处出现的功率不同之处，我分析了一下，可能是由于光放大器增益改变，导致噪声信号也随之改变，然后通过
