单边带调制ROF链路中交叉相位引起的非线性串扰

１ 单边带调制ＲｏＦ链路的交叉相位 调制非线性串扰理论分析
１．１抽运探测波法 抽运探测波法分析交叉相位调制引起的非线性
串扰带来的性能下降，考虑两个相同极化的光学波 在单模光纤中传输，如图１（ａ），在光纤入口，信道一
’教育部科学技术研究重点项目（１０７０１１）和国家高技术研 究发展计划（２００７ＡＡ０１２２６３）资助 Ｔｅｌ：０１０—６２２８１ １６２ Ｅｍａｉｌ：ｚｅｎｇｊｕｎｙｉｎｇ＠ｔ２６．ｃｏｒｎ 收稿日期：２００８—０３—２６
了走离效应．
ＯＣ佩艿（∞）＋研ｌ 五ｏ。ｃ￣／万［艿（叫）＋ｍ１ ｅｘｐ（ｊ最１ ２）艿（ｃｃ，一倒１）］
Ａ～ｇ
ｅｘｐ（－ｊｋｌ ｚ）艿（甜一（ｔ，１）］
ｐ：。ｃ芦：ＥＳ（ｗ）＋优２ｅｘｐ（ｊｋ２２）艿（（ｃＩ～鲫ｚ）＋
ｍ２ ｅｘｐ（－ｊｋ２ ｚ）８（ｗ＋０．，１２）］
ｐ村Ｉ。。＋。－－ｊ２ｍｌｍ２ｙｐ。ｐ：ｅｘｐ（－－ａｚ）［ＤｌＬ。（∥２＋
光子学报
３８卷
和信道间隔等有关，如图１（ｂ）．在长光纤中口ｚ》１， 右边第三项可以忽略．同时这个由群速度色散引起 的强度调制能量正比于（１３２当（Ｕ２Ｄ，Ａ｝ｚ／（４兀ｆ）《１．此 外对于低色散光纤或小的信道间隔时，走离不是很 强烈时（１∞ｄ１２ Ｊ《口）
端三嗍Ｐｌ（０）．ｅ飞机∞２警（２）
对于高色散光纤或大的信道间隔，走离很强烈 时（ｊ叫ｄ姑ｊ》口）
ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ
ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
摘要：利用非线性薛定谔方程，推导计算了基于光学单边带调制的光载射频链路中交叉相位调制
引起的非线性串扰，建立了新的分析模型，并和抽运探测法进行了比较．该模型可以用来分析不同
的ＲＯＦ链路，特别是波分复用光电上转换链路．得到了单链路和波分复用链路的传输眼图．信道
中由交叉相位调制引起的非线性串扰和调制频率，泵浦和探测能量，光纤长度以及信道间隔等有
根据微扰理论，在非线性色散光纤中缓变脉冲
包络可以表示为Ａ（ｚ，Ｔ）一Ａ。（２。丁）＋＂－（ｚ，Ｔ），
只考虑一阶串扰，ｙ是光纤非线性系数，Ａ。＝Ａ。（２， 丁）无相位调制时的光学场包络，Ａ。一Ａ。（ｚ，Ｔ）一阶 非线性串扰的光学场包络，光学场包络在单模光纤 中传输遵循非线性薛定愕方程聃删
碧＋譬髻拿＋号Ａ。＝ｊ２Ｐｊ（名，Ｔ一位幽ｚ）Ａ。
万方数据
（探测波）是ＣＷ和抽运信道的光学能量定义为 Ｐ。（ｆ）．由于交叉相位调制，抽运波信号对于探测波
Ｐｒｏｂｅ
Ｐ唧匦圃
ｆａ）Ｄｉａｇｒａｍ ｂｅｓｅｄ ｏｎ ｐｕｍｐ－ｐｒｏｂｅ ａｐｐｒｏａｃｈ
∞口，Ｉｌｏ一葛；ｃ譬葛暑Ｉ嚣Ｉ破
Ｐｕｍｐ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／ＧＨｚ
（ｂ）Ｓｉｇｎａｌ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ｖｅｒｓｕｓ ｔｈｅ ｐｕｍｐ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ０ ａｎｄ ４ｎｍ
ｊ尼鲫１∞。）一Ｄ２Ｌ，（弘２－ｊ尼Ｃ０１０．）２］
（５）
式中Ｌ．（ｚ）：一１－ ｅｘｐ（－ ｘ） Ｄ。＝ｅｘｐ ｆｊ色鱼，去型兰］
Ｄ：一ｅｘｐ ｆｊ隧≮２翼２生１
式（５）可以用来计算非线性交叉凋制产物（∞。≠０），
以及非线性串扰（叫，＝Ｏ）．
对于大部分波分复用系统，频道带宽大于副载
波频率的时候，Ｌ。（ｚ）可以简化为Ｌ（“）．
非线性失真，包括非线性串扰和非线性交调产物，即 使调制频率达到了ＧＨｚ并且光纤长度是几十千米．
相比于单链路的ＲＯＦ系统，采用波分复用ＲＯＦ链
路的时候，由于非线性串扰的影响，基带信号眼图质 量迅速变差，同时得到信道中由交叉相位调制引起
的非线性串扰和调制频率，泵浦和探测能量，信道问
隔等有关，串扰随着光纤长度的变化而呈周期性变
甓学嘲Ｐｌ（ｏ）．ｅ、叫‰２瓣（３）
总之，在低色散光纤中，交叉相位调制引起的相 位迁移是交叉相位调制在群速度色散的作用下转化 为强度调制，总的强度调制能鼍与抽运信道的能量 比值和ｃｃ．２成正比．而在高色散光纤中，交叉相位调 制引起的信号衰减由于走离的影响，随着调制频率 下降而下降，而总的强度调制能量与抽运信道的能 量比值和∞成正比．因此对于高的调制频率和小的 信道间隔。由于交叉相位调制引起的性能下降对于 ＷＤＭ传输系统还是有很大限制的． １．２波分复用的ＲＯＦ链路交叉相位调制引起的非 线性串扰
化，不同的射频信号周期也不同，而且串扰随着 Ｔ，ＳＨＡＲＭＡ Ａ Ｂ．ｅｔａｌ．Ａ ｎｏｖｅｌ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ
ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ ｒａｄｉｏ－ｏｖｅｒ－ｆｉｂｅｒ（ＲＯＦ）ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ ｒｅｍｏｔｅ ｌｏｃａｌ—ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ｄｅｌｉｖｅｒｙ［ｊ］．Ａｃｔａ Ｐｈｏｔｏｎｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ。２００６。３５（１１）：１７２５－１７２９． Ｅｚ］ＣＨＥＮ Ｊｕｎ，ＨＵＡＮＧ Ｄｅ－ｘｉｕ，ＹＵＡＮ Ｘｉｕ－ｈａａ．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｕｒｂｏ ｃｏｄｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｍｏｄｅｓ［Ｊ］．Ａｃｔａ Ｐｈｏｔｏｎｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２００７，
关，通过仿真验证了理论分析．
ｔ
关键词：光纤通信技术；光栽射频通信；非线性串扰；单边带调制
中图分类号：ＴＮ９２９．１１
文献标识码：Ａ
文章编号：１００４—４２１３（２００９）０６－１４０５－４
０ 引言
光载射频（Ｒａｄｉｏ Ｏｖｅｒ Ｆｉｂｅｒ，ＲＯＦ）通信技术，是 近十年来随着高速、大容量、无线通信的需求而新兴 发展起来的一种光纤通信技术与无线通信技术棚结 合的接入技术，ＲＯＦ技术集中了光纤通信的长距离、 低损耗传输和无线通信的可移动性的优势，并且射频 信号通过光纤的方式传输避免了电磁干扰［１焉］．调制 器和光纤都会在ＲＯＦ链路中引入非线性串扰，但是 ＲＯＦ链路对非线性串扰有严格的限制，近年来。在 波分复用ＲｏＦ链路中，由于交叉相位调制引起的 非线性串扰的研究在国内外期刊上已有很多报 道［７ １０］．本文利用非线性薛定谔方程，推导计算了基 于光学单边带调制的ＲＯＦ链路中交叉相位调制引 起的非线性串扰．该模型可以用来分析不同的ＲＯＦ 链路，特别足波分复用光电上转换链路．利月Ｊ新的分 析模型研究了在ＲＯＦ链路中交叉相位调制引起的 非线性串扰，并和抽运探测法进行了比较．得到了单 链路和波分复用链路的传输眼图，并且分析了信道 中由交叉相位调制引起的非线性串扰和调制频率、 泵浦和探测能量、光纤长度以及信道间隔的关系．
间隔时的变化 Ｆｉｇ．５ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｃｒｏｓｓｔａｌｋ ｖｅｒｓｕｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ
ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｆｉｂｅｒ ｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｐａｃｅ
本文对基于光学单边带凋制的ＲＯＦ链路中交 叉相位调制引起的非线性串扰进行了研究．数值结
果表明：新的模型能准确预测因为交叉相位引起的
调制单信道光学链路可以传输１２０ ｋｍ，单边带光载 毫米波信号在光纤中的传输特性表明单边带光载毫 米波信号在光纤中传输时没有射频幅度衰落，用 ２０ ＧＨｚ的本振信号将射频信号相干解调，得到的基 带信号的眼图如图２，基带信号的眼图的宽度随着 传输距离的增加逐渐减小，在光纤长度为１００ ｋｍ 处已经比较窄，会出现明显的误码，随后眼图质量迅 速变坏，在传输距离达到１５０ ｋｍ处眼图完全闭合． 相位噪声的影响，加快ｊ，眼图闭合的速度．当采用图３ 的单边带调制波分复用Ｒ（）Ｆ链路时候，由于非线 性串扰的影响，基带信号眼图质量迅速变差，如图 ４．从图５可以看出，信道中由交叉相位凋制引起的 强度调制能量和调制频率，泵浦和探测能量以及信
第３８卷第６期 ２００９年６月
光子学报
ＡＣＴＡ ＰＨＯＴｏＮＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖ０１．３８ Ｎｏ．６ Ｊｕｎｅ ２００９
单边带调制ＲＯＦ链路中交叉相位引起的非线性串扰＊
曾军英１’２，余重秀１，忻向军１，马健新１，张锦龙１
（１北京邮电大学电子工程学院光通信与光波技术教育部重点实验室，北京１００８７６） （２五邑大学信息学院，广东江门５２９０２０）
３６（４）：６９４—６９７．
陈俊。黄德修，元秀华．基于三种调制模式下的ｔｕｒｂｏ码光无线 通信系统分析［Ｊ］．光子学报。２００７，３６（４）：６９４—６９７．
万方数据
１４０８
光子学报
３８卷
［３］ＣＡｒ Ｒａｎ，ＸＵＥ Ｃａｉ，ＣＡＯ Ｊｉｅ。ｅｌ ａ１．Ｉｎｔｒａ－ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ
道间隔有关．图５（ａ）串扰随着光纤长度的变化而呈 周期性变化，不同的射频信号周期也不同．图５（ｂ） 看出串扰随着信道问隔的变大而减小．
图３单边带调制波分复用ＲＯＦ链路 Ｆｉｇ．３ ＷＤＭ—ＲＯＦ ｌｉｎｋ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＳＢ
叉相位调制时候的解调后的基带信号眼图 ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ ｄａｔａ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＳＢ ｉｎ ＷＤＭ—Ｒ（）Ｆ ｌｉｎｋ
图１ 抽运探测法示意图以及不同调制频率、信道
问隔引起的信号衰减
Ｆｉｇ．１
Ｄｉａｇｒａｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｕｍｐ－ｐｒｏｂｅ ａｐｐｒｏａｃｈ ａｎｄ ｓｉｇｎａｌ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ｄｕｅ ｔＯ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｕｍｐ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓ
式中Ｐ：（２，丁一位Ａｗｚ）一ｆＡ：（２．Ｔ一位Ａｗｚ）ｆ ２为另
一个光学信道对原信道引起的交叉相位调制．△甜两
个不同频穸通道的频率差，胁Ａｏａｚ两个光学信道由
于走离引起的光学场时延，考虑时延
Ｐｎ—Ｐ。（ｚ，砌）ｅｘｐ（－－ａｚ）ｅｘｐ（一ｊ矾Ａｗｚ）＝
Ｐ：（ｚ，∞）ｅｘｐ（一肛ｏ）
（４）
式中∥＝口＋ｊ谁△埘，新的衰减系数的引进表示考虑