第一章绪论
1.1光载无线电概述
1.1.1无线通信系统
无线通信技术随着用户需求的增高实现了飞速的发展,具体体现在无线通信在网络技术、移动通信以及家庭娱乐多媒体中的应用。事实上,如图1-1所示移动电话的用户数量在2002年就超过了固定电话的用户数量,而且从图1-1中还可以看到世界范围内使用移动电话的用户数量在2010年已经超过了17亿,除了移动电话通信,无线局域网(Wireless Local Area Networks)从1997年之后也经历了显著的增长。依靠于有线接入调制解调器与无线局域网接入点的结合,无线局域网的使用已经遍及千家万户,因此无线网络的用户数在2005年之后就大大超过了有线网络接入的用户数量
1.2超宽带信号及超宽带光载无线电'
1.2.1超宽带信号的定义和特性
正如大多数无线通信的技术发展一样,超宽带(UWB)技术的研究最先起源于军事领域,而在军事领域应用最广泛的就是UWB雷达,文献[7]中包含了很多UWB雷达的具体应用。UWB雷达的一大特色就是带宽很宽,可以穿越树林、墙壁等一些障碍物[8],普通雷达一般工作在某一波段,一些隐身兵器可以避免被此类雷达探测,而UWB雷达因为波带宽,隐身兵器很有可能会被波带中的某一频率的电磁波探测到。而如今UWB技术已经用于民用,UWB技术的应用也已经是近些年来的研究热点,它非常适合应用在低成本的短距离范围内进行数据的高速传输,理想的UWB系统需要满足功率低,损耗小,高数据传输速率,定位能力准确,低干扰的特性[9'iG]。采用UWB技术可以将传统的短距离有线连接转换为无线连接,在家庭以及工作场所构成一个小型的局域网,也就是一个数字化的家庭或者数字化的办公室的概念,这使得同一生活、
1.3半导体激光器动力学特性及应用
在某些情况下我们能用著名的洛伦兹方程进行模拟来对激光器的动力学特性给出一个不是特别完整的描述[2w 。通过模拟我们就可以在激光器中预见一些非常有趣的非线性现象,如非常有名的奇异吸引子。可是很多常见的激光器相比于整套的洛伦兹方程会少一些自由度,这也就限制了我们能观察到非线性现象的范围[21'221。
第二章利用光反馈半导体激光器产生混沌超宽带微波信号
2.1引言
在光域中直接产生超宽带微波信号是实现UWB radio-over-fiber技术的核心问题。直接在光域产生UWB不但可以省去额外的光电、电光转换装置从而简化系统装置,而且光域直接产生的UWB信号因为不用受到一些电子处理手段的限制,产生出的UWB信号某些性能要比在电域产生的UWB信号性能好。如可以产生"任意"要求的UWB信号,即可以控制UWB信号的频谱特性等。近些年来,有许多的研究机构针对光学方法产生、分布UWB信号投入了很多的研究,也取得了十分多的研究成果,研究方向分为三大类,
大致总结如下:
1.光子学脉冲整形技术。我们知道改变脉冲在时域上的形状,此脉冲对应的频谱也会发生变化。那么也就是说我需要产生一个频域满足FCC频谱模板要求的UWB信号,改变脉冲在时域上的形状是一个行之有效的方法。脉冲无线电是UWB通信系统传统、经典的实现方式,利用脉冲宽度极窄(一般在纳秒或者亚纳秒级)且具有极低占空比的脉冲携带信息通信。因为FCC没有规定脉冲的形状,只要符合FCC频谱模板的脉冲都可以应用于UWB通信,所以现存很多适用于UWB通信系统的脉冲,如最常见的高斯(Gaussian)脉冲[32],拉普拉斯算子(Laplacian)脉冲,三次方(cubic)脉冲[33]和厄米特(Hermitian)脉冲[34]。
第三章混沌超宽带光载无线电通信链路的传输………………………………23
3. 混沌 ………………………………23
3.2混沌UWB光载无线电通信链路实验………………………………24
3.3本章小结……………………………… 30
第四章总结与展望………………………………31
4.1总结 ………………………………31
4.2展望 ………………………………32
于是我们尝试利用光反馈半导体激光器的非线性动态特性来产生频谱可控的混沌UWB信号。首先我们基于激光器的速率方程构建了一个理论模型并针对模拟结果进行分析,最终实验通过改变半导体激光器的偏置电流和反馈强度成功得到了频谱可控的混沌UWB信号。通过这种方式产生的UWB信号便于控制而且能很好的填充FCC频谱模板。随后我们构建了一个基于信号频谱可控的光生混沌UWB信号的混沌超宽带光载无线电链路,实验装置中使用的混沌源为第二章中提出的频谱可控的光反馈半导体激光器混沌源。实验观察了混沌信号在分别经过码速率为360, 720Mbit/s和1.44Gbit/s驱动下的MZM调制后的时序和频谱。在360, 720Mbit/s和1.44Gbit/s三种不同调制速率下产生的UWB信号的频谱轮廓与原混沌激光的频谱轮廓基本一致。随后为了分析UWB混沌信号的传输特性,我们将MZM的调制速率固定在1.44Gbit/s时,观察和比较混沌UWB信号频谱在不同传输方式情况的变化。在未经过任何色散补偿模块下,1.44Gbit/s的混? 沌UWB信号经lOkmSMF和0.6m的无线链路传输后,最终完成接收和解调。数据传输的误码率通过数字信号处理算法将原始数据列和解调出的数据列的每个码进行比较获得。最终,我们实现了105个码的零误码传输。更重要的是,由于混沌UWB信号本身的随机性,使得信号的频谱上未出现任何离散的频率谱线。