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CN114978330B - 一种前馈后补偿线性化射频光发射机及其改善方法 - Google Patents

一种前馈后补偿线性化射频光发射机及其改善方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种前馈后补偿线性化射频光发射机及其改善方法，包括分束器、调制器、探测器、放大电路，利用复合调制器完成前馈光路后补偿功能，所谓前馈即激光器发出的光分成两部分，一部分进入到调制器芯片中，另一部分进入到光探测器、放大电路中进行反相处理，再进入到调制器中，两路信号中的二阶失真信号延时相同、幅度相同、相位相反以实现互相抵消，从而实现对激光器中光的二阶非线性后补偿，能够有效改善光发射机的线性度，提高光发射机的SFDR无杂散动态范围。

Description

一种前馈后补偿线性化射频光发射机及其改善方法
技术领域
本发明涉及光电通信技术领域，尤其涉及一种前馈后补偿线性化射频光发射机及其改善方法。
背景技术
随着高容量信息技术需求的快速发展，微波通信的弊端越发明显，主要由于微波传输介质对于高频微波进行长距离传输时具有很大的损耗，从而导致使用频率的高频扩展受限。而射频光纤传输具有高带宽、灵敏度高、抗干扰性能强、传输距离远、保密性能高的优点，在骨干网通信、电视广播信号传输等领域有广泛的应用。
射频信号光纤传输包含三部分，分别是电/光转换设备(光发射机)、传输介质(光纤)、光/电转换设备(光接收机)。在发射端，射频光发射机机将射频信号调制到光载波上，通过光纤输出光波；在接收端，载有射频信号的光信号进入到探测器，将射频信号解调出来，经过一系列信号处理最终输出，从而实现电/光-光/电转换。
由于射频光纤传输的显著优点，其在天线阵组网系统中也引起了广泛关注。射频信号光纤传输技术是模拟调制方式实现的，它是模拟通信技术，所以对发射机的线性、动态范围等参数有严格的要求，否则将引起微波射频信号的严重失真，所以光发射端激光器的非线性线对接收端解调出的射频信号产生很大的影响，因此在天线阵系统等领域应用的射频光纤传输系统对射频信号的谐波、杂散抑制等指标的苛刻要求成为制约射频光纤传输应用的关键因素。
现有技术中，US5132639A公开了一种用于电子和光信号线性化的预失真器，采用了预失真电路虽然对指标有所改善，但是其通过二极管器件电路对光路的二阶失真进行补偿，对应指标并不能完全的匹配，存在结构复杂、调整困难、补偿效果不理想等问题。随着应用需求的不断提高，对于二阶失真补偿的指标要求更高,现有预失真电路补偿方案已经不能满足于专业应用领域要求。为了解决该问题，需要一种简单可靠、调整方便并且补偿效果好的线性化电路。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提供一种前馈后补偿线性化射频光发射机及其改善方法，满足高线性度、高动态范围的实用要求。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种前馈后补偿线性化射频光发射机，包括激光器单元、复合调制器单元、预失真补偿单元、SBS抑制单元、偏置控制单元和分束器；激光器单元包括温度控制器和激光器；复合调制器单元包括分束器、光探测器、放大均衡电路和调制器芯片，复合调制器单元与激光器组成后补偿光路，利用调制器类余弦调制曲线的非线性，补偿激光器的二阶非线性，来自激光器的光载信号经过分束器分成两部分，一部分进入到调制器芯片中，另一部分通过光探测器进入到放大均衡电路中，被反相处理后进入到调制器中，进入到调制器芯片中的两部分光幅度相同且相位相反，调制器芯片的幅度端与偏置控制单元连接，用于调节调制器的二阶MAX点；驱动放大电路单元由前置放大电路、二阶和三阶预失真补偿电路、驱动放大电路组成，进入到放大均衡电路中的光载信号被反相处理后一部分进入到驱动放大电路中。
其中，温度控制器包括温度检测器、控制器和制冷器。调制器芯片上集成有相位调制器，与SBS抑制单元连接，用于光链路的SBS抑制。
本发明还提供了一种前馈后补偿线性化射频光改善方法，采用上述的前馈后补偿线性化射频光发射机和下述步骤：
射频输入信号U301由端口输入，经过预失真补偿单元和激光器单元使信号产生二阶互调信号U101，进入到复合调制器单元，进入到复合调制器单元的信号U101经过分束器分束后，第一分支信号U201通过复合调制器进行调制，调制后的信号产生二阶相位信号U24，另一部分信号通过光探测器进入到放大均衡电路中，输出第二分支信号U202，被反相处理后进入到调制器中，进入到调制器中的两部分光幅度相同且相位相反，调制器获得输出信号U203。
其中，射频输入信号U301表示为：
U301＝Acosω1t+Bcosω2t
二阶互调信号U101表示为：
U101＝a(Acosω1t+Bcosω2t)+b(A2cos2ω1t+B2cos2ω2t+2ABcosω1tcosω2t)
第一分支信号表示为：
U201＝C[a(Acosω1t+Bcosω2t)+b(A2cos2ω1t+B2cos2ω2t+2ABcosω1tcosω2t)]
二阶相位信号U24表示为：
U24＝cC[a(Acosω1t+Bcosω2t)+b(A2cos2ω1t+B2cos2ω2t+2ABcosω1tcosω2t)]-D(A2cos2ω1t+B2cos2ω2t+2ABcosω1tcosω2t)
第二分支信号U202表示为：U202＝(1-C)[a(Acosω1t+Bcosω2t)+b(A2cos2ω1t+B2cos2ω2t+2ABcosω1tcosω2t)]
输出信号U203表示为：
U203＝U24+U202。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的前馈后补偿线性化射频光发射机，包括分束器、调制器、探测器、放大电路，利用复合调制器完成前馈光路后补偿功能，所谓前馈即激光器发出的光分成两部分，一部分进入到调制器芯片中，另一部分进入到光探测器、放大电路中进行反相处理，再进入到调制器中，两路信号中的二阶失真信号延时相同、幅度相同、相位相反以实现互相抵消，从而实现对激光器中光的二阶非线性后补偿，能够有效改善光发射机的线性度，提高光发射机的SFDR无杂散动态范围。
本发明的前馈后补偿线性化射频光改善方法，对二阶失真、三阶失真进行先补偿，并采用复合调制器完成对激光器的前馈后补偿功能，二阶失真补偿效果明显。相比较于只采用预失真电路对激光器非线性进行补偿的方法，用光调制器对激光器进行后补偿的方案，指标匹配度更好，线性化效果更明显，应用价值更广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的前馈后补偿线性化射频光发射机的机构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细介绍。
本发明提供了一种大动态低失真、高线性度的前馈后补偿线性化射频光发射机，包含激光器单元1、复合调制器单元2、预失真补偿单元3、SBS(受激布里渊散射)抑制单元4、偏置控制单元5和分束器6。
激光器单元1包括温度控制器11和激光器12，温度控制器11包括温度检测器、控制器、制冷器，以保证在全温环境及长时间使用下激光器发光功率稳定。
复合调制器单元2包括分束器21、光探测器22、放大均衡电路23、调制器芯片24。由于调制器本身的非线性光学特性，可与激光器12组成后补偿光路，利用调制器类余弦调制曲线的非线性，补偿激光器12的二阶非线性。在调制器24上集成了相位调制器，与SBS抑制单元4连接，用于光链路的SBS抑制。
来自激光器12的光载信号经过分束器21分成两部分，一部分进入到调制器芯片24中，另一部分通过光探测器22进入到放大均衡电路23中，被反相处理后进入到调制器24中，进入到调制器芯片24中的两部分光，幅度相同、相位相反，在满足二者同时进入调制器芯片24的情况下二阶可以完全抵消，即使由于延时误差，二阶指标也可以降低15～20dB以上。调制器芯片24的幅度端与偏置控制单元5连接，用于调节调制器24的二阶MAX点(最大值)。综上，完成发射机系统前馈后补偿功能，有效降低二阶指标影响，提高发射机系统的线性度和动态范围。
驱动放大电路单元3由前置放大电路31、二阶和三阶预失真补偿电路32、驱动放大电路33组成。进入到放大均衡电路23中的光载信号被反相处理后一部分进入到驱动放大电路33中。
激光器的非线性失真主要是二阶互调产物，这也是本方案主要解决的问题。
二阶项：K2(Acosω1t+Bcosω2t)2将此式展开为：
＝K2[A2/2+B2/2+A2/2cos2ω1t+B2/2cos2ω2t+ABcos(ω1±ω2)t]
式中A2/2、B2/2是直流项(低频项)，可通过电容去滤除，第三、第四项是二次谐波项(称二次谐波产物)，第五、六项是差拍项(称差拍产物)。总的来看，后面四项都是新产生的频率项，只要它们落入正常信号频率范围之内就形成互调干扰。这些频率分量称为二阶互调产物，把几种产物的总和通称为组合二阶失真，简称IMD2。
另一方面，本发明还提供了采用上述射频光发射机的前馈后补偿线性化射频光改善方法，在本方案中，射频输入信号U301用U301＝Acosω1t+Bcosω2t表示，由端口301输入，经过预失真补偿单元3和激光器单元1会使信号产生二阶互调信号U101，进入到复合调制器单元2的信号101可以表示为：
U101＝a(Acosω1t+Bcosω2t)+b(A2cos2ω1t+B2cos2ω2t+2ABcosω1tcosω2t)；
经过分束器21分束后，第一分支信号201处信号可以表示为：
U201＝C[a(Acosω1t+Bcosω2t)+b(A2cos2ω1t+B2cos2ω2t+2ABcosω1tcosω2t)]；
第一分支信号U201通过复合调制器24进行调制，调制后的信号产生相位相反的二阶相信号：
U24＝cC[a(Acosω1t+Bcosω2t)+b(A2cos2ω1t+B2cos2ω2t+2ABcosω1tcosω2t)]-D(A2cos2ω1t+B2cos2ω2t+2ABcosω1tcosω2t)；
另一部分信号通过光探测器22进入到放大均衡电路23中，输出第二分支信号U202，U202处信号表示为：U202＝(1-C)[a(Acosω1t+Bcosω2t)+b(A2cos2ω1t+B2cos2ω2t+2ABcosω1tcosω2t)]；
使202处的信号具有和U24处信号具有相同幅度，但相位差180度的信号。
在203处的输出信号即可表示为：
U203＝U24+U202。
由于C的值一般很小，U24中cCb(A2cos2ω1t+B2cos2ω2t+2ABcosω1tcosω2t)此二阶项对信号影响不大，可以忽略。即当D＝b(1-C)时，输出信号U203中的二阶项可被消除，达到调制器后补偿的目的。
在实际测试本发明时，使用DFB激光器，其自身IMD2指标为-43.3dBm，经过本发明调制器后补偿电路补偿后系统IMD2指标达到-62.6dBm，达到了优良的校正效果。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种前馈后补偿线性化射频光发射机，其特征在于，包括激光器单元（1）、复合调制器单元（2）、预失真补偿单元（3）、SBS抑制单元（4）、偏置控制单元（5）和分束器（6）；激光器单元（1）包括温度控制器（11）和激光器（12）；复合调制器单元（2）包括分束器（21）、光探测器（22）、放大均衡电路（23）和调制器芯片（24），复合调制器单元（2）与激光器（12）组成后补偿光路，利用调制器类余弦调制曲线的非线性，补偿激光器（12）的二阶非线性，来自激光器（12）的光载信号经过分束器（21）分成两部分，一部分进入到调制器芯片（24）中，另一部分通过光探测器（22）进入到放大均衡电路（23）中，被反相处理后进入到调制器芯片（24）中，进入到调制器芯片（24）中的两部分光幅度相同且相位相反，调制器芯片（24）的幅度端与偏置控制单元（5）连接，用于调节调制器芯片（24）的二阶MAX点；预失真补偿单元（3）由前置放大电路（31）、二阶和三阶预失真补偿电路（32）、驱动放大电路（33）组成，进入到放大均衡电路（23）中的光载信号被反相处理后一部分进入到驱动放大电路（33）中。
2.根据权利要求1所述的前馈后补偿线性化射频光发射机，其特征在于，温度控制器（11）包括温度检测器、控制器和制冷器。
3.根据权利要求1所述的前馈后补偿线性化射频光发射机，其特征在于，调制器芯片（24）上集成有相位调制器，与SBS抑制单元（4）连接，用于光链路的SBS抑制。
4.一种前馈后补偿线性化射频光改善方法，其特征在于，采用权利要求1~3任一项所述的前馈后补偿线性化射频光发射机和下述步骤：
射频输入信号U301由端口（301）输入，经过预失真补偿单元（3）和激光器单元（1）使信号产生二阶互调信号U101，进入到复合调制器单元（2），进入到复合调制器单元（2）的信号U101经过分束器（21）分束后，第一分支信号U201通过调制器芯片（24）进行调制，调制后的信号产生二阶相位信号U24，另一部分信号通过光探测器（22）进入到放大均衡电路（23）中，输出第二分支信号U202，被反相处理后进入到调制器芯片（24）中，进入到调制器芯片（24）中的两部分光幅度相同且相位相反，调制器芯片（24）获得输出信号U203。
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