光载无线系统中的线性化技术

1 阶边带中的基频和3 阶交调失真，以及2 阶边带中的2 阶交调失真。

 图2 电光调制中的频谱演化

1.2 光强检测中的频谱演化

由于光电探测器为强度探测，满足平方律检波的关系，这种非线性过程将对上述畸变信号的光谱进一步产生作用，所有的光谱频率在光电探测中发生第二次重组，各频率间互相差拍，进行重新的排列组合，产生出包括信号频率在内的新频率，其频谱演化(如图3 所示)具有如下特征：

(1)光谱中各个频率做差拍，产生出以微波、毫米波为中心频率的信号频带。

(2)原光谱中的0 阶边带与1 阶边带差拍，产生出一份以微波、毫米波为中心频率的信号带( 如图3 中蓝色虚线标示)，带中包含基频分量和高阶交调分量，其中2 阶交调失真分布在带外，一般不重点考虑，本文只考虑3 阶交调失真。

(3)原光谱中的1 阶边带与2 阶边带差拍，产生出另一份以微波、毫米波为中心频率的信号带( 如图3 中红色虚线标示)，其所包含的频率与特征(2)中产生的频率相同，但是在相对相位与幅度上有所不同。总体上这一份信号比特征(2) 中产生的信号功率要低。

(4) 两份信号相加成为最终所探测到的电信号。综合以上特征，由于经过光载无线系统的电信号的非线性频率来源于光谱中的多个频率之间的相互差拍，寻找出合适的两对差拍源，并分别进行控制，就可实现IMD3 的抑制。在只考虑0 阶边带和1 阶边带的情况下，采用载波相位偏移技术可方便的实现光载无线系统的IMD3 抑制，实现其高线性化。而在频带宽裕的情况下，综合考虑上述5 个边带，采用可编程的光边带处理技术，可实现多通道、可编程控制的高线性化光载无线系统。

图3 光电探测中的频谱演化

2 光载波相位偏移技术

2.1 载波相位偏移机制

在以上分析中，当不考虑2 阶光谱边带，只考虑0 阶边带和1 阶边带时，光强检测过程中的特征(3)和特征(4)将不再具备。在此情况下，只有0阶边带和对称的两个1 阶边带，重新考量光电探测过程的光谱演化，可找到IMD3 的两个不同来源，其具备新的特点：

(1)0 阶边带的光载波频率与1 阶边带的3 阶频率分量差拍产生一份IMD3。
(2)0 阶边带的2 阶频率分量与1 阶边带的基频分量差拍产生另一份IMD3。
(3) 这两份IMD3 相加，构成了最终探测到的IMD3。通过控制此特征(1) 和特征(2)两份IMD3 的相对相位，可以实现这两份IMD3 相互抵消，从而实现高线性化的光载无线系统。从特征(1)可知，改变0 阶边带的光载波频率的相位，即可实现其中一份IMD3 的相位改变，当光载波相位偏移至使IMD3 反相时，两份IMD3 相互抵消。

2.2 采用光载波相位偏移技术的系统

载波相位偏移技术装置如图4 所示。采用单信号驱动的双平行马赫-曾德尔调制器(SD-DPMZM) 可实现载波相位偏移技术。通过三维偏置点调节，可在0 到360 度范围内旋转光载波频率的相位。优化其相位偏移参数，使得IMD3 最小，可达到消除非线性的目的。

图4 载波相位偏移技术装置

图5(a)、图5(b)所示为系统的载波干扰比(CIR) 性能。采用载波相位偏移技术，调制器半波电压为5 V，输入微波信号功率为15 dBm，系统的载波干扰比从15 dBc 提高至60 dBc，获得了35 dB 的非线性抑制。图5(c) 所示为实际测量的系统无杂散动态范围(SFDR) 性能。在-161 dBm/Hz 的理论噪底下，光载无线系统的无杂散动态范围从原来的99.3 dB ?Hz2/3 提高至补偿后的122.9 dB ?Hz2/3，获得了超过23 dB 的动态范围增益。

图5 采用光载波相位偏移技术系统的载波干扰比性能和实际测量的系统SFDR 性能

3 光边带处理技术

光载波相位偏移技术采用了一种新型结构的调制器来实现光载无线系统的高线性化，其分析模型简化了频谱构成，实现结构简单。在该模型的基础上，本文进一步研究整个频谱，同时提出了另一种独立于调制器的非线性补偿技术—— 光边带处理技术。

3.1 光边带处理机制

前面介绍的电光-光电变换过程中的频谱演化机制，在光电检测过程中，产生了两份信号，最终相加成为实际探测信号。每一份信号都同时包含了基频频率分量和高阶交调失真分量( 文中只考虑IMD3)。这两份信号分别由0 阶边带和1 阶边带，1阶边带和2 阶边带产生。且这两份信号的功率存在差异：0 阶边带与1阶边带产生的信号功率大于1 阶边带与2 阶边带产生的信号功率。其中1 阶边带为两份信号的公共来源，从而通过独立处理0 阶边带和2 阶边带，可实现两份信号的分别控制。因此，无论这两份信号的相对关系如何，只要能确定其关系，便总存在一种控制方法，使得这两份信号中的IMD3 分量大小相等，符号相反，从而在相加的过程中相互抵消。通过独立控制