基于MZM調(diào)制器實現(xiàn)混合網(wǎng)絡(luò)的研究中期報告

1、河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告河北工業(yè)大學(xué)2013屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：基于MZM調(diào)制器實現(xiàn)混合網(wǎng)絡(luò)的研究專業(yè)（方向）：通信工程學(xué)生信息：092304 劉雪姣 通信092指導(dǎo)教師信息：11015 盧嘉 講師報告提交日期：2013.5.2內(nèi)容要求：（畢業(yè)設(shè)計中期報告要求提交階段設(shè)計成果或?qū)嶒灲Y(jié)果；畢業(yè)論文中期報告要求提交實地（現(xiàn)場）調(diào)研研究報告。）1、 課題簡介本課題研究的是基于MZM調(diào)制實現(xiàn)混合網(wǎng)絡(luò)。即用Mach-Zehnder調(diào)制器(MZM)采用雙邊帶調(diào)制，奇數(shù)邊帶抑制調(diào)制等方法產(chǎn)生毫米波；利用載波傳遞有線信號，邊帶信號產(chǎn)生無線信號，并且采用波長重利用

2、技術(shù)傳輸接收天線接收到的上行信號，實現(xiàn)有線、無線、上行信號的混合網(wǎng)絡(luò)傳輸；課題中還用到光電檢測技術(shù)將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后用低通濾波進行解碼。這種通信方式將光纖通信與毫米波技術(shù)相結(jié)合，能夠獲得低傳輸損耗和巨大的帶寬資源，是一種最佳的通信方式。二、課題進展針對本課題，我需要完成的有：（1）對ROF系統(tǒng)進行國內(nèi)外現(xiàn)狀的研究、分析、總結(jié)；（2）研究本課題需要的關(guān)鍵技術(shù)；（3）混合網(wǎng)絡(luò)傳輸需要的公式推導(dǎo)；（4）具體設(shè)計課題實現(xiàn)方案；（5）運用optisystem實現(xiàn)具體的方案仿真，參數(shù)設(shè)置，結(jié)果分析。1.調(diào)制實現(xiàn)混合網(wǎng)絡(luò)的原理為了充分利用光纖的巨大帶寬以降低成本，并且結(jié)合無線通信技術(shù)的靈活性，混合網(wǎng)

3、絡(luò)應(yīng)運而生。通過有線信號、無線信號、和波長重利用技術(shù)傳輸?shù)男盘柕幕旌?，來實現(xiàn)全雙工、大容量的信息傳遞。強度調(diào)制可以通過改變雙驅(qū)動調(diào)制特性實現(xiàn)雙邊帶調(diào)制、單邊帶調(diào)制、載波抑制調(diào)制和邊帶抑制調(diào)制等。輸入端的光場為:（）是輸入光信號,是RF調(diào)制電壓,是分別加到兩臂的直流偏置電壓表示第二個臂與輸入功率比值(或第二個臂的輸出與輸出功率的比值).,其中, 由于(偏置開啟電壓)有可能與RF開啟電壓不同, 因此,將直流偏置電壓分別作為參數(shù)。 如果偏置開啟電壓與RF開啟電壓相等,并且電信號規(guī)一化參數(shù)為false,偏置電壓就可以包括在電信號里?，F(xiàn)在將模型理想化,假設(shè)消光比足夠大,插入損耗足夠小,則上式化簡為:（）

4、 假設(shè):（） （）其中 化簡得:（）對上式取實部可得:（） 一般情況下, LiNbO3 Mach-Zehnder Modulator的RF調(diào)制電壓幅度相等,頻率相同,即.為了簡化分析,使即:,這與optisystem中的參數(shù)設(shè)置一致.方程再次化簡為:（）令,（）將上式中含有的項分別合并： （）的項分別為載波項、偶邊帶項、奇邊帶項。 可以通過改變和，來控制載波和各階邊帶。 雙邊帶調(diào)制（DSB）：方程（）的每一項都將保留，則，即。公式即（）所示 奇數(shù)邊帶抑制：方程（）的奇數(shù)載波為0，則，可以使奇數(shù)邊帶系數(shù)為零。公式為（）2.基于MZM調(diào)制實現(xiàn)混合網(wǎng)絡(luò)研究2.1基于雙邊帶調(diào)制實現(xiàn)混合網(wǎng)絡(luò)的方案 圖中

5、心站直接采用雙邊帶調(diào)制和濾波分別產(chǎn)生兩個雙邊帶信號和中心載波信號。將無線數(shù)據(jù)信號只調(diào)制到其中一個邊模上，有線數(shù)據(jù)信號調(diào)制到中心載波上，然后三個信號耦合產(chǎn)生光毫米波信號通過光纖傳輸?shù)交??；具M行信號分離，天線發(fā)射接收及解碼。這種方法可以減輕基站工作量，同時抑制碼間串擾。2.1.1方案設(shè)計GHzRF信號filterfilterfilter2.5Gbit/s無線信號BERTfilter40GHzRF信號Optical couplemixerAntennafiberBERTfilter5Gbit/s有線信號fiberfilterBERT接收信號filterfilterfilterfilter圖基于雙

6、邊帶調(diào)制實現(xiàn)混合網(wǎng)絡(luò) CW產(chǎn)生能量為A，頻率為193.1THz的連續(xù)光波。經(jīng)過MZM調(diào)制，調(diào)制信號為初始相位為0，頻率為20GHz的射頻信號。產(chǎn)生毫米波公式為而后進行濾波器濾波，分別產(chǎn)生承載有線、無線、上行信號的光波的表示為： 有線信號：5Gbit/s的數(shù)據(jù)信號調(diào)制到，用于傳輸有線信號到基站，再經(jīng)天線發(fā)射。 無線信號：2.5Gbit/s的數(shù)據(jù)信號調(diào)制到，用于毫米波傳輸無線信號到基站，再經(jīng)天線發(fā)射。 上行信號：上行數(shù)據(jù)信號調(diào)制在，實現(xiàn)波長重利用。2.1.2參數(shù)設(shè)置 圖2 MZM調(diào)制器設(shè)置參數(shù)2.1.3仿真結(jié)果及分析 圖3為中心站的仿真連線圖，其中CW產(chǎn)生頻率為193.1THz的連續(xù)光波。射頻信號

7、初始相位為0，頻率為20GHz。調(diào)制產(chǎn)生毫米波。設(shè)置濾波器參數(shù)：頻率為193.12THz，帶寬為18GHz，濾出承載無線信號的光波，用以加載無線信號。頻率為193.08THz，帶寬為18GHz，濾出承載上行信號的光波，用以加載上行信號。頻率為193.1THz，帶寬為18GHz，濾出承載有線信號的光波，用以加載有線信號。圖中心站仿真圖仿真結(jié)果及分析（） 強度調(diào)制之后雙邊帶波形 中心頻率193.1THz，一階邊帶和中心邊帶頻率差為20GHz，中心載波-11dBm，兩個邊帶均為-18dBm。抑制比為7dBm。 （）右邊帶信號（用于加載無線信號) （）左邊帶信號（用于波長重利用） 頻率為193.12T

8、Hz 頻率為193.08THz （）中心載波（用于加有線信號） 頻率為193.1THz圖中心站產(chǎn)生的仿真波形 圖經(jīng)耦合后光纖傳輸信號 中心頻率193.1THz，兩個邊帶頻率間隔40GHz。 圖基站仿真圖圖6是基站連線圖?；景压饫w傳輸來的信號濾波，分離產(chǎn)生三種信號，通過解調(diào)。分別實現(xiàn)有線信號、無線信號、上行信號的傳輸。頻率為193.12THz，帶寬為18GHz，濾出承載無線信號的光波，用以加載無線信號。頻率為193.08THz，帶寬為18GHz，濾出承載上行信號的光波，用以加載上行信號。頻率為193.1THz，帶寬為36GHz，濾出承載有線信號的光波，用以加載有線信號。仿真結(jié)果及分析 （）無線

9、信號 雙邊帶之間頻率間隔為40GHz。 （）波長重利用信號 頻率為193.08THz 左邊帶為193.08THz，右邊帶為193.12THz。 （）有線信號 頻率為193.1THz圖基站波形圖2.2基于奇數(shù)邊帶抑制調(diào)制實現(xiàn)混合網(wǎng)絡(luò)的方案。 圖8中心站用強度調(diào)制器實現(xiàn)抑制奇數(shù)邊帶，產(chǎn)生頻率間隔為2倍射頻信號源頻率的雙邊帶信號和中心載波信號。將無線數(shù)據(jù)信號只調(diào)制到其中一個邊模上，有線數(shù)據(jù)信號調(diào)制到中心載波上，然后三個信號耦合產(chǎn)生光毫米波信號通過光纖傳輸?shù)交?。基站進行信號分離，天線發(fā)射接收及解碼。這種方法可以減輕基站工作量，同時抑制碼間串擾。提高了倍頻因子，容易產(chǎn)生高頻信號。2.2.1方案設(shè)計2.

10、5Gbit/s無線信號10GHzRF信號BERT40GHzRF 信號mixer2f4f5Gbit/s有線信號BERTfiberPIN接收信號filterfilterAntennafilterOptical couplefilterfilterfilterBERTfilterfiberfilterfilter 圖8 基于奇數(shù)邊帶抑制調(diào)制實現(xiàn)混合網(wǎng)絡(luò) CW產(chǎn)生能量為A，頻率為193.1THz的連續(xù)光波。經(jīng)過MZM調(diào)制，調(diào)制信號為初始相位一個為0，一個為頻率為20GHz的射頻信號。產(chǎn)生毫米波公式為而后進行濾波器濾波，分別產(chǎn)生承載有線、無線、上行信號的光波的表示為： 有線信號：5Gbit/s的數(shù)據(jù)信號

11、調(diào)制到，用于傳輸有線信號到基站，再經(jīng)天線發(fā)射。 無線信號：2.5Gbit/s的數(shù)據(jù)信號調(diào)制到，用于毫米波傳輸無線信號到基站，再經(jīng)天線發(fā)射。 上行信號：上行數(shù)據(jù)信號調(diào)制在，實現(xiàn)波長重利用。2.2.2參數(shù)設(shè)置圖9 MZM調(diào)制器設(shè)置參數(shù)2.2.3仿真結(jié)果及分析 圖10為中心站的仿真連線圖，其中CW產(chǎn)生頻率為193.1THz的連續(xù)光波。射頻信號頻率為20GHz。調(diào)制產(chǎn)生毫米波。設(shè)置濾波器參數(shù)：頻率為193.12THz，帶寬為18GHz，濾出承載無線信號的光波，用以加載無線信號。頻率為193.08THz，帶寬為18GHz，濾出承載上行信號的光波，用以加載上行信號。頻率為193.1THz，帶寬為36GHz

12、，濾出承載有線信號的光波，用以加載有線信號。圖10中心站仿真圖仿真結(jié)果及分析（）奇數(shù)邊帶抑制 中心頻率193.1THz，一階邊帶和中心邊帶頻率差為20GHz，中心載波-8dBm，奇數(shù)邊帶被抑制，兩個偶邊帶均為-28dBm。抑制比為20dBm。（） 右邊帶（用以加無線信號）頻率為193.12THz。 （）左邊帶信號（用以波長重利用） （）中心載波（用以加載有線信號） 頻率為193.08THz 頻率為193.1THz 圖11中心站產(chǎn)生波形 圖2經(jīng)耦合后光纖傳輸信號 ，中心載波193.1THz，邊頻之間相差40GHz。圖13基站仿真圖 圖13是基站連線圖?；景压饫w傳輸來的信號濾波，分離產(chǎn)生三種信號

13、，通過解調(diào)。分別實現(xiàn)有線信號、無線信號、上行信號的傳輸。頻率為193.12THz，帶寬為18GHz，濾出承載無線信號的光波，用以加載無線信號。頻率為193.08THz，帶寬為18GHz，濾出承載上行信號的光波，用以加載上行信號。頻率為193.1THz，帶寬為36GHz，濾出承載有線信號的光波，用以加載有線信號。仿真結(jié)果及分析 （）雙邊帶信號 左邊帶193.08THz，右邊帶193.12THz （）有線信號 中心頻率193.1THz （） 波長重利用 頻率193.08THz 圖基站產(chǎn)生波形圖 三、進一步需要解決的問題課題進展到此，我完成了課題的研究現(xiàn)狀、意義、關(guān)鍵技術(shù)分析，進一步提出了課題的兩個研究方案，并進行了理論推導(dǎo)和繪制方案圖，進而對課題的整體架構(gòu)有了深刻的了解。但是尚有很多未解決的問題：（1)對于方案的模擬仿真，只是畫出了整體架構(gòu)及部分的仿真結(jié)果，但是并沒有出加載數(shù)據(jù)信號后的仿真結(jié)果；（2）參數(shù)設(shè)置方面，由于版本問題，好多軟件參數(shù)需要重新設(shè)置，需要很大工作量；（3）系統(tǒng)需要進一步的完善，分析兩個研究方案的優(yōu)缺點、適用方向等。對各個方案的結(jié)果進行分析總結(jié)；（4）整理材料數(shù)據(jù)，撰寫論文，準備畢業(yè)