一种模拟光链路线性化的装置的制造方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种模拟光链路线性化的装置，所述装置包括马赫曾德尔调制器、偏置控制模块、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、低通光接收机、光电探测器和偏置器，马赫曾德尔调制器将输入的射频信号进行强度调制；第一光纤耦合器将输入信号分成两个信号；偏置控制模块根据接收到的信号，控制马赫曾德尔调制器处于预设的偏置点；第二光纤耦合器将输入信号分为两个信号；低通光接收机将接收到的信号进行滤波；偏置器将直流偏置电压与低通光接收机滤出的交流信号混合在一起作为光电探测器的偏置信号；光电探测器将接收到的两个信号相乘。应用本发明实施例，能够实现对非线性的抑制。
【专利说明】
一种模拟光链路线性化的装置
技术领域
[0001] 本发明涉及微波信号光域传输领域，特别涉及一种模拟光链路线性化的装置。
【背景技术】
[0002] 模拟光链路(APL)由于其高带宽、低插入损耗和不易受电磁干扰影响等优点，正成 为射频（RF)信号传输和处理的理想选择，并且已经在光纤无线通信（RoF，Radio over Fiber)系统、有线电视等许多方面展开了应用。对于模拟光链路来说，带宽、增益和动态范 围是评价系统性能的主要指标。由于APL中广泛使用的马赫曾德尔调制器(MZM)本身具有非 线性的传输函数，MZM会导致系统产生交调失真（ΠΩ))，頂D与射频信号的频谱非常接近甚至 重叠，无法通过滤波等传统方法去除，IMD最终会限制链路的动态范围。所以提升模拟光链 路性能的一个重要研究内容就是如何对链路进行线性化，抑制MD，提升整个链路的动态范 围。
[0003] 现有技术中存在一种模拟光链路的发送端进行光预失真的线性化装置。该装置的 构成主要包括两个MZM强度调制器，两个偏振分束器，一个光电探测器以及其他外围辅助微 波器件。该装置通过合理控制激光器输出光功率比和射频信号功率比，使得两个MZM强度调 制器产生强度相同但是相位相反的三阶交调失真，以保证在接收端三阶交调失真可被完全 抵消。光功率分配主要通过偏振控制器和偏振分束器来实现，偏振控制器可以调节输入光 的偏振态，通过偏振分束器将输入光映射到分束器的两路正交偏振态上，由此实现光功率 的精确分配。至于射频信号功率分配比，则是通过可调微波衰减器来实现两路射频信号的 精确控制。经过控制输入光功率及射频信号的精确分配，使得信号分量幅度不等，而非线性 分量幅度相等，两路信号的相位相反。
[0004]该装置由于精确而稳定的光和射频功率分配难以实现，导致非线性失真不能完全 抑制，一般会有残留的非线性。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例公开了一种模拟光链路线性化的装置，能够实现对非线性的抑制。 技术方案如下：
[0006] 所述装置包括马赫曾德尔调制器、偏置控制模块、第一光纤耦合器、第二光纤耦合 器、低通光接收机、光电探测器和偏置器，
[0007] 其中，所述马赫曾德尔调制器将从射频发生器获得的射频信号加载到从激光器获 得到的光载波上，成为待调制信号，将所述待调制信号调制成第一调制信号，并将所述第一 调制信号分别输送到所述第一光纤耦合器；
[0008] 所述第一光纤耦合器将所述第一调制信号分为第二调制信号和第三调制信号，并 将所述第二调制信号输送到所述偏置控制模块，将所述第三调制信号输送至所述第二光纤 親合器；
[0009] 所述偏置控制模块根据所述第二调制信号，控制所述马赫曾德尔调制器处于预设 的偏置点；
[0010]所述第二光纤耦合器将所述第三调制信号分为第四调制信号和第五调制信号，并 将所述第四调制信号输送到所述低通光接收机，将所述第五调制信号输送到所述光电探测 器；
[0011]所述光接收机将接收到的所述第四调制信号进行滤波得到第六调制信号，并将所 述第六调制信号输送到所述偏置器；
[0012] 所述偏置器将所述第六调制信号转换成第七调制信号，并将所述直流偏置电压与 所述第七调制信号叠加到一起成为第八调制信号，将所述第八调制信号输送到所述光电探 测器；
[0013] 所述光电探测器将所述第五调制信号和所述第八调制信号相乘得到第九调制信 号，其中，所述第九调制信号为线性信号。
[0014] 较佳的，所述第五调制信号和所述第八调制信号到达所述光电探测器时间同步。
[0015] 较佳的，所述时间同步通过控制从所述第二光纤耦合器到所述光接收机的第一段 光纤的时延和从所述第二光纤耦合器到所述光电探测器的第二段光纤的时延实现。
[0016] 较佳的，所述时延的计算公式为：
[0017]
[0018]其中，L为光纤的长度，vg为光纤的群速度，c为真空中的光速，以为光纤的群折射 率。
[0019] 较佳的，所述射频信号为双音射频信号，分别为第一路单音射频信号和第二路单 音射频信号，所述低通光接收机包括低通滤波器，所述低通滤波器的截止频率为所述第一 路单音射频信号与所述第二路单音射频信号的频率差值。
[0020] 较佳的，所述偏置器包括电容和电感。
[0021 ]较佳的，所述第一光纤耦合器为分光比99:1的光纤耦合器。
[0022]较佳的，所述第二光纤親合器为分光比50:50的光纤親合器。
[0023] 由上述技术方案可见，本发明实施例提供了一种模拟光链路线性化的装置，该装 置通过马赫曾德尔调制器对输入的射频信号加载到光载波上转换为第一调制信号，并对第 一调制信号进行强度调制转换成第二调制信号；偏置控制模块，控制马赫曾德尔调制器处 于预设的偏置点；第二调制信号经第一光纤耦合器和第二光纤耦合器后，第二光纤耦合器 将第五调制信号输送到光电探测器，将第四调制信号输送到低通光接收机;低通光接收机 将接收到的进行滤波得到第六调制信号，并将第六调制信号输送到偏置器;偏置器产生将 第六调制信号转换为第八调制信号，将第八调制信号输送到光电探测器;光电探测器将第 五调制信号和第八调制信号相乘得到所述第九调制信号。可见，本发明实施例通过光电探 测器将第五调制信号和第八调制信号相乘，通过低通光接收机的处理以及合理的设置偏置 点和直流偏置电压，能够抵消马赫曾德尔调制器产生的交调失真，从而实现对非线性的抑 制。
[0024] 当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优 点。
【附图说明】
[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0026] 图1为本发明实施例提供的一种模拟光链路线性化的装置原理示意图；
[0027]图2为进行非线性三阶交调抑制的信号的频谱图；
[0028] 图3为进行非线性三阶交调抑制的信号的动态范围图；
[0029] 图4为未进行非线性三阶交调抑制的信号的频谱图；
[0030] 图5为未进行非线性三阶交调抑制的信号的动态范围图。
【具体实施方式】
[0031] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032] 参照图1，本发明实施例提供的一种模拟光链路线性化的装置，该装置包括所述装 置包括马赫曾德尔调制器1〇〇、偏置控制模块130、第一光纤耦合器110、第二光纤耦合器 120、低通光接收机140、光电探测器150和偏置器160。
[0033] 其中，该马赫曾德尔调制器100将从射频发生器获得的射频信号加载到从激光器 获得到的光载波上，成为待调制信号，将该待调制信号调制成第一调制信号，并将该第一调 制信号分别输送到该第一光纤耦合器110;
[0034]该第一光纤耦合器110将该第一调制信号分为第二调制信号和第三调制信号，并 将该第二调制信号输送到偏置控制模块130,将该第三调制信号输送至该第二光纤耦合器 120；
[0035]该偏置控制模块130根据第二调制信号，控制该马赫曾德尔调制器100处于预设的 偏置点；
[0036]该第二光纤耦合器120将该第三调制信号分为第四调制信号和第五调制信号，并 将该第四调制信号输送到该低通光接收机140,将该第五调制信号输送到该光电探测器 150；
[0037]该低通光接收机140将接收到的该第四调制信号进行滤波得到第六调制信号，并 将该第六调制信号输送到该偏置器160;
[0038] 该偏置器160将该第六调制信号转换成第七调制信号，并将该直流偏置电压与该 第七调制信号叠加到一起成为第八调制信号，将该第八调制信号输送到该光电探测器150;
[0039] 该光电探测器150将该第五调制信号和该第八调制信号相乘得到第九调制信号， 其中，该第九调制信号为线性信号。
[0040] 需要说明的是，本发明实施例提供的"第一光纤耦合器110"中的"第一"和"第二光 纤耦合器120"中的"第二"仅仅为了从命名上区分两个光纤耦合器，并不具有任何限定意 义。
[0041]需要说明的是，本发明实施例提供的马赫曾德尔调制器100是利用电光效应制成 的，是一种无啁嗽的马赫曾德尔调制器。马赫曾德尔调制器100处于预设的偏置点，引起马 赫曾德尔调制器100的晶体折射率发生变化，从而改变待调制信号的光强度，实现不同光强 度的光毫米波频谱结构，例如双边带、单边带和抑制光载波双边带，可保证输出所有阶次的 边带，从而保证了低通光接收机140能提取出直流附近的边带信号，而且，保证了经过第二 光纤耦合器120、低通光接收机140、光电探测器150和偏置器160共同作用产生的三阶交调 补偿信号与射频信号的失真信号满足相位相反的条件，这也是本发明实施例能够实现模拟 光链路线性化的关键条件之一。马赫曾德尔调制器100的偏置角度也处于预设点上，可以改 善模拟光链路的噪声、增益和动态范围。
[0042]不难理解的是，本发明实施例提供的光电探测器150可以实现两个功能，一个是接 收的光信号的功能，例如，接收第八调制信号和第五调制信号，另一个功能是接收到的光信 号相乘，例如，将第五调制信号和该第八调制信号相乘。
[0043] 本发明实施例中，第五调制信号和第八调制信号到达光电探测器150时间同步。
[0044] 本发明实施例中，时间同步通过控制从第二光纤耦合器120到低通光接收机140的 第一段光纤的时延和从所述第二光纤耦合器120到所述光电探测器150的第二段光纤的时 延实现。
[0045] 本发明实施例中，时延的计算公式为：
[0046]
[0047]其中，L为光纤的长度，vg为光纤的群速度，c为真空中的光速，以为光纤的群折射 率。
[0048] 第一段光纤和第二段光纤的群速度和群折射率相同，长度不同，第一段光纤的时 延要大于第二段光纤的时延，第二段光纤的时延和从低通光接收机140接收第四调制信号 到光电探测器150接收第八调制信号之间的时间，与第一段光纤的时延相等。当从低通光接 收机140接收第四调制信号到光电探测器150接收第八调制信号之间的时间固定，则能计算 出第一段光纤需要比第二段光纤长多少，第五调制信号和第八调制信号到达光电探测器 150时间同步。
[0049] 本发明实施中，射频信号为双音射频信号，分别为第一路单音射频信号和第二路 单音射频信号，该低通光接收机140包括低通滤波器，低通滤波器的截止频率为第一路单音 射频信号与第二路单音射频信号的频率差值。
[0050] 本发明实施例中，偏置器160可以包括电容和电感，当然并不局限于此。
[0051] 不难理解的是，电容可以将第六调制信号中的直流分量滤除，只剩下交流分量。偏 置器160的输入直流偏置电压由外部电源设备产生，并经过电感，保证了直流偏置电压只存 在直流分量。直流偏置电压的大小根据光电探测器150的响应度和调制效率的性能测试得 来的，假设，直流偏置电压为1.3V，则说明在直流偏置电压为1.3V时，光电探测器150可同时 获得良好的响应度和调制效率性能。
[0052]该偏置器160将直流偏置电压与第七调制信号叠加到一起成为第八调制信号，则 第八调制信号的直流分量为直流偏置电压，假设，直流偏置电压为1.3V，则第八调制信号的 直流分量为1.3V。
[0053] 本发明实施例中，第一光纤耦合器110为分光比99:1的光纤耦合器。
[0054] 第一光纤耦合器110的分光比，既能给偏振控制模块130提供反馈信号，用于驱动 偏振控制模块130控制，控制马赫曾德尔调制器100处于预设的偏置点，又能保证输出第九 调制信号。
[0055] 在本发明实施例中，第二光纤親合器120为分光比50:50的光纤親合器。
[0056]第二光纤耦合器120的分光比保证了第四调制信号和第五调制信号的功率相同。 [0057]本领域技术人员可以理解的是，光电探测器150通过将第五调制信号和第八调制 信号混合(也就是相乘），非线性的三阶交调项即被抑制掉，光电探测器150输出的第九调制 信号为线性信号，实现了模拟光链路线性化。
[0058]下面通过各器件的功能对本发明实施例进行详细说明。
[0059] 假设从射频发生器获得的射频信号为：
[0060] x(t) =A(t) (coswit+cosw2t)
[0061] 其中，A(t)为射频信号的振幅，W1为第一路单音射频信号的角频率，W2为第二路单 音射频信号的角频率。
[0062]光载波的波长由激光器设置为1550nm，马赫曾德尔调制器100将射频信号加载到 光载波上，马赫曾德尔调制器100的传输函数是非线性的，将传输函数表示为一般形式，并 用泰勒级数展开，则传输函数为：
[0063] y = ao+aix+a2X2+a3X3
[0064] 其中，y为马赫曾德尔调制100的输出信号，ai为模拟光链路参数决定的各阶次非 线性成分的系数。值得一提的是，在小信号模型下，三阶以上的非线性分量因幅度较小，可 以被忽略。
[0065] 马赫曾德尔调制器100将射频信号进行强度调制后输出，输出的信号为：
[0066；
[0072]
[0073]其中，y2为第二调制信号。
[0074]第三调制信号为：
[0075]
[0076]其中，y3为第三调制信号。
[0077]该偏置控制模块130根据第二调制信号y2,控制该马赫曾德尔调制器100处于预设 的偏置点。
[0078]该第二光纤耦合器120将该第三调制信号分为第四调制信号和第五调制信号，并 将该第四调制信号输送到该低通光接收机140,将该第五调制信号输送到该光电探测器 150〇
[0079]该第四调制信号为：
[0080]
[0081]其中，y4为第四调制信号。
[0082]该第五调制信号为：
[0083]
[0084]其中，y5为第五调制信号。
[0085]该低通光接收机140将接收到的该第四调制信号进行滤波得到第六调制信号，并 将该第六调制信号输送到该偏置器160。
[0086]该第六调制信号为：
[0087]
[0088]其中，y6为第六调制信号。
[0089] 该偏置器160产生直流偏置电压并将该第六调制信号转换成第七调制信号，将该 直流偏置电压与该第七调制信号叠加到一起成为第八调制信号，将该第八调制信号输送到 该光电探测器150。
[0090] 该第七调制信号为：
[0091]
[0092]其中，y7为第七调制信号。
[0093]该第八调制信号为：
[0094]
[0095] 兵甲，473且m偏置电压，ys为第八调制信号。
[0096] 该光电探测器150将该第五调制信号和该第八调制信号相乘得到第九调制信号。 [0097]该第九调制信号为：
[0098]
[0099] 需要说明的是，因为第五调制信号和第九调制信号相乘，输出的交调产物，有部分 信号分量的角频率远离^或《2,这部分信号分量很容易被滤除，可以被忽略，本发明实施例 不考虑这些信号分量。
[0100]从上式可以看出，该第九调制信号中除了原本的双音射频信号外还包括其三阶交 调失真分量，这是由A2(t)的存在引入的。当
，三阶交调非线性失真正好被完 全抑制，理论上可以通过对链路参数&1进行优化来实现线性化。该公式也可写成
和&1的比值为一个定制值，其表征了链路发送端的非线性指标，由马赫曾德 尔调制器100的性能确定。实现交调补偿条件的关键在于调节a2和4的比值使其为一定大小 的固定值，4为直流偏置电压，由外部电源装置提供，在实际应用中，该直流偏置电压设置 为1.3V时，可以兼顾响应度和调制效率。因此，接下来唯一需要进行调节的链路特征参数为 a2。非零值a2的调节对于三阶交调补偿的实现非常关键，可以通过调节低通光接收机140的 输入光功率或改变低通接收机140中放大器的倍数来实现对a 2的精确控制，以使得系统满 足交调补偿条件，最终第九调制信号y9为线性信号。
[0101]下面通过应用实例对本发明实施例进行详细说明。
[0102] 假设第一路单音射频信号的频率为3.0477GHZ，第二路单音射频信号的频率为 3.04GHZ的射频信号通过马赫曾德尔调制器100加载在波长为1550nm光载波上，马赫曾德尔 调制器100的偏置角度为48度，在光电探测器150的输出端接入频谱分析仪对第九调制信号 的频谱进行分析，得到的频谱如图2所示，得到的无杂散动态单位如图3所示。为了说明本发 明对交调失真进行了非线性三阶交调抑制，不使用本发明实施例中的低通光接收机140的 装置，未抑制非线性三阶交调失真，在光电探测器150的输出端接入频谱分析仪对第九调制 信号的频谱进行分析，得到的频谱如图4所示，得到的动态单范围如图5所示。通过对图2和 图4对比，本发明实施例的非线性三阶交调被抑制了 22dB，通过对比图3和图5,本发明实施 例的1HZ带宽的动态范围被提高到了 123.4dB。
[0103] 应用本发明例，通过光电探测器将第五调制信号和第八调制信号相乘，通过光接 收机的处理以及合理的设置偏置点和直流偏置电压，能够抵消马赫曾德尔调制器产生的交 调失真，从而实现对非线性的抑制。
[0104]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实 体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存 在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在涵盖 非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要 素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备 所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个……"限定的要素，并不排除在 包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0105]本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部 分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实 施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例 的部分说明即可。
[0106] 本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可 以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中， 这里所称得的存储介质，如:R0M/RAM、磁碟、光盘等。
[0107] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在 本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围 内。
【主权项】
1. 一种模拟光链路线性化的装置，其特征在于，所述装置包括马赫曾德尔调制器、偏置 控制模块、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、低通光接收机、光电探测器和偏置器； 其中，所述马赫曾德尔调制器将从射频发生器获得的射频信号加载到从激光器获得到 的光载波上，成为待调制信号，将所述待调制信号调制成第一调制信号，并将所述第一调制 信号分别输送到所述第一光纤耦合器； 所述第一光纤耦合器将所述第一调制信号分为第二调制信号和第三调制信号，并将所 述第二调制信号输送到所述偏置控制模块，将所述第三调制信号输送至所述第二光纤耦合 器； 所述偏置控制模块根据所述第二调制信号，控制所述马赫曾德尔调制器处于预设的偏 置点； 所述第二光纤耦合器将所述第三调制信号分为第四调制信号和第五调制信号，并将所 述第四调制信号输送到所述低通光接收机，将所述第五调制信号输送到所述光电探测器； 所述光接收机将接收到的所述第四调制信号进行滤波得到第六调制信号，并将所述第 六调制信号输送到所述偏置器； 所述偏置器将所述第六调制信号转换成第七调制信号，并将所述直流偏置电压与所述 第七调制信号叠加到一起成为第八调制信号，将所述第八调制信号输送到所述光电探测 器； 所述光电探测器将所述第五调制信号和所述第八调制信号相乘得到第九调制信号，其 中，所述第九调制信号为线性信号。2. 根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述第五调制信号和所述第八调制信号到达 所述光电探测器时间同步。3. 根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述时间同步通过控制从所述第二光纤耦合 器到所述光接收机的第一段光纤的时延和从所述第二光纤耦合器到所述光电探测器的第 二段光纤的时延实现。4. 根据权利要求3所述装置，其特征在于，所述时延的计算公式为：其中，L为光纤的长度，vg为光纤的群速度，c为真空中的光速，ng为光纤的群折射率。5. 根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述射频信号为双音射频信号，分别为第一 路单音射频信号和第二路单音射频信号，所述低通光接收机包括低通滤波器，所述低通滤 波器的截止频率为所述第一路单音射频信号与所述第二路单音射频信号的频率差值。6. 根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述偏置器包括电容和电感。7. 根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述第一光纤耦合器为分光比99:1的光纤耦 合器。8. 根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述第二光纤耦合器为分光比50:50的光纤 親合器。
【文档编号】H04B10/2575GK105933072SQ201610214152
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】戴堂, 戴一堂, 屠丹, 尹飞飞, 徐坤, 李建强
【申请人】北京邮电大学