W波段高速远距离无线实时通信

由于高频和宽频带的特性,W波段毫米波可支持高速率、远距离无线传输,在未来无线通信中是一项很有前景的技术。为研究W波段毫米波的无线传输特性,建立了W波段无线信道模型,进行链路分析,并基于光生毫米波技术进行了实验研究。结果显示,可以成功搭建1.485 Gb/s, 90 GHz的W波段实时通信系统,并成功实现了高清无压缩视频无线传输265 m。迄今为止,这是高清视频信号在W波段实时无线传输的最远距离。     

非对称单边带矢量毫米波信号非均匀调制分析

非对称单边带矢量毫米波可以有效节省频谱带宽,非均匀调制通过优化星座间的欧氏距离、能够有效克服信道的非线性效应,从而提高传输系统的信噪比.提出了一种采用非均匀调制产生非对称单边带矢量毫米波信号的方案,在VPI和MATLAB环境下,使用广义成对优化算法对基于I/Q调制器产生W波段矢量毫米波信号开展了几何整形理论分析和仿真验证.在高斯信道条件下,首先仿真分析了非均匀几何整形星座相比于传统均匀星座带来的互信息增益,然后比较研究了背靠背(back-to-back,BTB)传输和光纤远距离传输情况下系统采用8PSK非均匀调制格式带来的整形增益.结果 表明:在BTB传输和光纤远距离传输系统中,几何整形后的信号的误码率性能总是优于未整形的信号,光功率至少提升了0.5 dBm.     

多频带的D波段毫米波通信

D波段是毫米波频段的一种,其频率范围在110~170 GHz。作为一种新的频段资源,它有着更高的载波频率,因此可以承受更大的带宽和传输速率,成为毫米波通信中的研究热点。本文首先对系统传输链路进行理论分析,然后基于光生毫米波系统产生了134.4 GHz的D波段毫米波,并考虑到实际应用中的多用户情况,通过直接调制器和IQ调制器产生了5个频带的D波段毫米波信号,对其传输性能进行了实验探究。验证了其传输性能和传输速率及传输距离之间的关系。     

带预编码的六倍频矢量毫米波信号产生和探测

提出了一种基于四波混频以及平衡预编码产生光子六倍频矢量毫米波信号的方案。该方法利用单个强度调制器的载波抑制调制以及1 km高非线性色散位移光纤发生四波混频以实现六倍频,结合平衡预编码产生了72 GHz载频的四相相移键控(QPSK)的矢量毫米波信号,很大程度上降低了系统的成本。通过实验演示了2 Gbaud, 72 GHz QPSK矢量毫米波信号的产生,同时研究了QPSK信号不同波特率以及光纤传输长度分别对信号的影响。实验结果表明,在15 km光纤和1 m的无线传输下,当输入光电探测器的光功率大于-6.3 dBm, QPSK信号波特率不高于2.5 Gbaud时,信号的误码率低于硬判决前向纠错门限阈值,可实现无误码传输。     

基于偏振复用的单边带光生毫米波传输系统的研究北大核心CSCD

光子辅助的毫米波通信因其超带宽优势在下一代宽带无线接入网中有着广泛的应用前景,本文基于单个激光源和一个双极化马赫-曾德尔调制器(dual-polarization Mach-Zehnder modulator,DP-MZM)的光路结构产生了频率稳定的偏振复用毫米波信号,联合VPI与MATLAB仿真环境对单边带(single sideband,SSB)偏振复用四相相移键控(polarization-division-multiplexing,PDM)quadrature phase shift keying,QPSK、16阶正交幅度调制(16-ary quadrature amplitude modulation,16QAM)和32阶正交幅度调制(32-ary quadrature amplitude modulation,32QAM)信号分别实现了70 km、65 km与50 km的有效传输,并结合概率整形(probability shaping,PS)技术在28 GHz波段上,以相同净比特传输速率对比分析了均匀16QAM与PS-16QAM,均匀32QAM与PS-32QAM的SSB矢量毫米波(millimeter wave,MMW)信号在光纤传输条件下的误码率(bit error rate,BER)性能。仿真结果表明:在相同净比特速率,以硬判决阈值3.8×10^(-3)为判断条件,在普通单模光纤(single-mode fiber,SMF)传输系统中,PS-16QAM/32QAM信号光功率约有0.3 dBm的提升,非线性光纤(nonlinear fiber NLF)传输系统中,PS-16QAM信号光功率约有0.8 dBm的提升,PS-32QAM信号光功率约有0.5 dBm的提升,结果表明:经过PS后的MMW信号光纤传输性能有明显改善。     

靶场毫米波信号高灵敏度接收与测试新方法

基于靶场毫米波测试中微弱信号(低至-128 dBm)检测的实际需求,通过信噪比分析,采用外差式宽带多通道快速扫频复合信道化技术,在W频段实现了-128 dBm接收灵敏度的测试系统。同时,设计了毫米波信标源并利用空间衰减理论,提出了一种W频段高灵敏度(-128 dBm)测试的新方法。理论分析表明,测试距离为290m、相应的衰减值约为-121.5 dB时,可提供一个功率最小达到-128 dBm的W频段毫米波信号源。利用标定后的毫米波信号源进行外场实际测量,证明了该测试方法的可行性。     

基于偏振复用的W波段RoF-WDM-PON系统

为了节省光纤资源和满足5G大带宽的需求,提出 了一种基于偏振复用(Polarization Division Multiplexing,PDM)技术的W波段OFDM-Ro F无线接入与DPSK-WDM-PON有线接入混 合的全双工系统,其中,W波段(75－110 GHz)与V波段相比,具有 可用带宽大,方向性更精 确和大气衰减小的特点。在该系统中,采用光载波抑制双边带(OCS)调制技术抑制光载波 生成80 GHz的毫米波信号;并使用反射式半导体放大器(RSOA)对下 行光载波进行重利用, 进而完成对上行信号的传输。为了验证该系统的性能,在光仿真软件上搭建了RoF-WDM-PO N系统并进行了仿真分析,系统分别经光纤传输0km、10 km和20 km后的结果表明,系统性能良 好,不仅成功实现了80 GHz OFDM无线信号和DPSK有线信号的同时传 输,还实现了双向通信。     

多业务传输的WDM-ROF-PON系统研究

针对多业务传输的WDM-ROF-PON(融合光载无线技术的波分复用-无源光网络)系统的稳定性和业务间串扰问题,设计了一种能同时传输两种无线业务的WDM-ROF-PON系统。实验过程中,对下行链路的4路ROF信道进行了测试,系统能同时传输60GHz 2.5Gbit/s的毫米波信号和5GHz 155Mbit/s的DPSK(差分相移键控)信号,传输距离为20km。各信道中低频业务传输20km后功率代价为0.4～2.8dB,毫米波信号传输20km后功率代价为1.5～3.2dB;仅传输毫米波业务时,接收机灵敏度提升0.6～2dB。实验结果表明,各信道中两种业务的信号传输性能均良好,系统较稳定,低频业务对毫米波业务的干扰较小。     

基于相位调制-相干检测的模分复用通信实验

采用光子灯笼作为模式复用/解复用器,搭建了6×6的模分复用通信实验系统,利用6个模式作为独立传输信道,采用相位调制-相干检测的方式,通过离线信号处理,在10 km少模光纤的传输条件下实现了6×8.5 Gbit/s信号的良好传输。实验结果表明:当LP_(01)、LP_(11a)、LP_(11b)、LP_(21a)、LP_(21b)、LP_(02)模式的接收功率分别为-37.84 dBm、-36.47 dBm、-36.20 dBm、-35.27 dBm、-35.37 dBm、-35.79 dBm时,各路信号的误码率均可达到10~(-3)以下。     

多速率接收及时钟数据恢复光纤激光传输实验研究

基于84km光传输链路,对L波段光纤激光器进行了多速率接收及时钟数据恢复实验。采用伪随机序列非归零(NRZ)码、高性能LiNbO3电光晶体调制器,调制速率从622Mb/s到2.7Gb/s。实验所用光纤激光器输出中心波长1 610.28nm,线宽0.1nm,边模抑制比大于45dB,输出功率稳定性优于0.02dB。对多速率接收眼图进行了测试,其各速率信号眼图张开度好、眼皮厚度小,结果表明测试系统无码间干扰和信号畸变,信号的信噪比较高。在误码率为10-12时,接收灵敏度可达到-30.62dBm,过载光功率为-4.1dBm。分析了影响系统传输质量的因素,研究了高速率下信号与时钟恢复后不同步的问题。     

基于调制边带法的高次倍频光毫米波产生

提出了利用外调制技术的调制边带法的六倍频和八倍频光毫米波产生方案。方案仅采用一个马赫曾德尔调制器,并利用其非线性传输特性,通过调节MZM 的偏置电压和调制电压,控制边带的强度,仅保留三阶边带或四阶边带,从而实现六倍频及八倍频光毫米波的产生。采用将基带数据信号仅调制在一个三阶边带或四阶边带分量的方式,有效防止走离。数值分析结果表明,提出的方案仅需10 GHz 及7.5 GHz 的调制信号频率就能得到60 GHz 毫米波,大大减小了调制信号频率,增加了上变频系数,传输距离可达160 km,而功率代价变化不大。与提出的其他高倍频技术相比,由于系统仅采用一个马赫曾德尔调制器,提出的方案系统结构更为简单,且此方案色散影响较小,传输距离更长。     

W波段功率合成六倍频源

通过倍频方法和功率合成方法设计了W波段六倍频源,将Ku或K波段信号倍频至W波段。信号经过Ka波段二倍频、巴仑、有源放大后,输出两路信号功率约为25 dBm,以此推动变容肖特基二极管进行三倍频,并进行功率合成输出。为了抑制偶次谐波和提高输出功率,二极管使用了反向并联平衡电路结构。该六倍频源在90-115 GHz 输出范围内输出功率大于12 dBm、最大输出功率为13.8 dBm、功率平坦度为1.2 dB。该模块提出了W波段源的产生方法,为今后设计W波段TR组件发射源提供了参考价值。     

全双工光载无线通信链路模型研究

提出了一个新的全双工光载无线通信链路模型。方案的下行链路采用两个马赫曾德尔调制器级联以产生六倍频毫米波;采用单边带调制,有效防止了码元走离现象,提高了传输距离;上行链路复用了下行链路中的一阶光边带以作为上行基带信号的载波,从而无需在基站中额外配置激光源;采用延时零拍法解调,减少了对毫米波本地振荡器的需求,降低了系统的成本。仿真结果表明,所提出的全双工模型中,仅用10 GHz频率的调制信号就能产生60 GHz的毫米波,大大降低了调制信号频率,且下行链路传输距离可达250 km,而上行链路传输距离大于300 km。     

毫米波非致命生物效应试验

W 波段毫米波由于波长短且处于大气窗口,因此易于传输微波能量且波束能量容易集中;在足够功率密度下W 波段毫米波可以对皮肤产生强烈烧灼感,所以适合作为非致命系统的毫米波源,用于警用、防爆、反恐方面。但由于高功率W 波段毫米波的产生与传输比较困难,目前仅美国有相关系统的研制、部署的报道,国内的相关研究起步比较晚。中国科学院电子学研究所高功率毫米波回旋管的研制处于国内先进水平,与军事医学科学院合作进行了W 波段毫米波生物效应试验研究。试验对象主要为小白鼠、大鼠、猪皮、狗等专用试验生物,取得了初步进展。     

一种12倍频全双工RoF系统

为提高光载无线(RoF)通信系统倍频系数,提出了一种基于集成双平行马赫曾德尔调制器(MZM)和抑制载波光双边带调制的12倍频光生毫米波方案。理论分析了光生毫米波信号产生机理,讨论了相关参数对光生毫米波信号的影响,理论分析与仿真结果基本吻合。在此基础上设计了一种基于该方案的全双工RoF系统,通过调整基站(BS)线偏振器(Pol)偏振角度即可恢复出下行数据和上行载波。仿真结果表明,在误码率(BER)为10-9时,传输90km后上行链路功率代价为0.86dB,相同条件下下行链路功率代价仅为0.47dB。     

采用单个相位调制器产生毫米波

实验研究了采用单个相位调制器(PM)产生毫米波的方案。该方案采用电混频器将射频(RF)信号与基带信号混频后再利用相位调制器产生双边带调制(DSB)信号,经光纤传输到基站后用一个光交叉复用器(IL)分离一阶边带和中心载波,一阶边带经过光电(O/E)检测器拍频产生两倍频于射频频率的毫米波,而中心载波可以作为上行链路载波重新利用。理论分析了该毫米波的传输性能,研究发现由于色散导致两个一阶边带时延不同,码元的占空比会随着传输距离的增加而减小,将限制毫米波的最大传输距离;实验中采用频率为20 GHz射频信号产生频率为40 GHz的毫米波,速率为2.5 Gbit/s的非归零(NRZ)码作为下行链路数据,经过20 km色散光纤传输后下行链路的功率代价为0.2 dBm。     

采用两个级联外部调制器产生四倍频光载毫米波的光纤无线通信系统

研究了一种采用两个级联外部调制器基于光载波抑制原理产生四倍频毫米波的光纤无线通信(ROF)系统.在中心站利用电混频器产生副载波复用信号,通过第一个外部调制器产生两倍射频(RF)信号的光载毫米波信号,再通过第二个外部调制器产生四倍射频信号的光载毫米波.实验显示采用频率为10 GHz的射频信号源和2.5 Gbit/s的数据基带信号混频通过两个级联外部凋制器后产生毫米波的频率为40 GHz,并且在单模光纤中传输距离达20 km,功率代价小于2 dB.     

全W 波段宽带波导双工器研究

为解决下一代毫米波超宽带探测及雷达系统中谱段覆盖不足的问题,文中提出一款W 波段宽带波 导双工器的设计,能实现两个宽带谱段信号的分离和合并。首先提出基于波导混合网络原理的波导型双工器架 构设计;其次,结合高通滤波器结构,提出全W 波段波导双工器的优化设计;最后,基于数控CNC 技术对该W 波 段双工器进行制备。该双工器不仅能够实现宽带频分/ 频合和通道间高隔离性能,且具有高频段、易工艺实现的 简单结构。实际测试结果表明该双工器能够将W 波段划分为75~94 GHz 和94~110 GHz 两个频段(3 dB 相对带 宽分别为22.6%和15.7%),两通道内插入损耗分别约为-0. 5 dB 和-0. 6 dB,通道间隔离度基本优于-15 dB,且 实测性能均与仿真数据一致。此外,该W 波段波导双工器易被扩展至太赫兹频段应用。