基于推挽和补偿算法提高直调微波光子链路线性度的方法技术

本发明专利技术属于微波光子信号传输和处理技术领域，并公开了基于推挽结构和自适应后补偿算法提高直接调制微波光子链路线性度的方法。该方法包括：(a)将初始信号分为上下两路信号；(b)上下两路信号的推挽调制；(c)平衡探测对偶数阶失真信号的抑制；(d)自适应后补偿算法对三阶交调失真信号(IMD3)的抑制。通过本发明专利技术，实现大宽带高线性度直接调制微波光子链路，其中所有的偶数阶的失真信号和三阶交调失真信号均被抑制，该方法具备成本低、结构紧凑和性价比高等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微波光子信号传输和处理
，更具体地，涉及基于推挽结构和后补偿算法提高直调微波光子链路线性度的方法。
技术介绍
微波光子学是一门结合微波领域与光子学领域的交叉学科，微波光子学技术是将微波信号调制到光信号上经过光纤实现远距离传输，它有效的结合了光纤通信与无线电通信两者的优势，具有低损耗、大容量、抗电磁干扰、使用方便等优点，因此被广泛的应用到光载无线(ROF)系统，电子战系统，阵列雷达，有线电视等应用领域。无杂散动态范围(SFDR)是描述微波光子链路性能最重要的指标之一，它是一个综合考虑交调失真(IMD)与噪声系数(NF)的评估指标。由于微波光子链路的非线性传输特性，导致微波信号产生交调失真，其中，二阶交调失真信号IMD2和三阶交调失真信号IMD3最为严重，它们的存在会严重限制系统的SFDR。微波光子学链路的调制方式可以分为直接调制和外调制，其中关于如何提高外调制微波光子学链路线性度的研究已经比较成熟，而对如何提升直接调制微波光子链路线性度的研究却很少，但是与外调制相比，直接调制具有成本低、结构简单、体积小等优点，因此，在一些特殊的场合，比如大型阵列结构、多基站ROF系统等，直接调制系统比外调制系统更加合适。为了抑制IMD2提高线性度，荷兰温特大学David博士2011利用推挽结构很好地抑制了IMD2，在输入射频功率较小的条件下，获得了大宽带高线性度的微波光子链路。但是随着输入的射频信号功率的增大，系统的IMD3变得十分明显，成为限制系统线性度最主要的因素，而推挽结构没办法抑制奇数阶交调失真信号(包括IMD3)。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了基于推挽联合自适应后补偿算法提高直调微波光子链路线性度的方法，通过使用推挽结构和自适应后补偿算法解决抑制三阶和偶数阶的交调失真信号的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了基于推挽结构和自适应后补偿算法提高直调微波光子链路线性度的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)任意波形发生器(S101)产生初始射频电信号，经过电放大器(S102)放大，再被功分器(S103)分为强度相等、相位相反的上下两路电信号x1和x2；(b)所述x1和x2分别直接调制两个DFB激光器(S104，S105)得到两路光信号Ec1和Ec2，实现推挽调制；(c)调节可变光衰减器(S107)和可调光延时器(S106)使得所述光信号Ec1和Ec2的振幅相等和相位相反，分别采用探测器(S108，S109)将光信号转化成射频电信号E1和E2，其中，所述E1和E2两路射频电信号相减实现平衡探测，从而实现对所有偶数阶失真信号的抑制，得到只含有奇数阶失真的射频电信号y；(d)采用自适应后补偿算法实现对经过平衡探测器后的所述射频电信号y的三阶交调失真信号进行抑制，其中，所述自适应后补偿算法按照下列步骤进行：(d1)将所述射频电信号y分为两路信号y1和y2，并分别做一次方和立方处理得到y11和y23；(d2)测试所述y11和y23各自所含三阶交调失真信号的大小，并对y23进行线性补偿放大得到y3，其中，所述y11和y3中所含三阶交调失真信号振幅大小相等，方向相反，二者相互抵消，从而实现三阶交调失真信号的抑制。优选地，在步骤(a)中，所述两路射频电信号x1和x2优选按照下列表达式进行，其中，A是指所述初始射频信号中每个子载波的振幅，N是子载波的个数，t是指时间,ωi是第N个子载波的角频率，j虚数单位，优选地，在步骤(b)中，所述光信号Ec1和Ec2优选采用下列表达式，其中m,n为任意整数，η为调制深度，ωc为所述DFB激光器产生的激光的角频率，ωj为第j个子载波的角频率，f1(m,n,η),f2(m,n,η)为所述Ec1和Ec2的振幅大小，优选地，在步骤(c)中，所述射频电信号E1和E2优选采用下列表达式，其中，I0为单路输出射频电信号强度，Iout为经过平衡探测后的输出射频电信号强度，当|m±n|＝2k+1,(k∈N)时，Iout＝4I0，即奇数阶交调失真信号强度变为原来4倍；当|m±n|＝2k+1,(k∈N)时，Iout＝0，即偶数阶交调失真信号强度均为0，被完全抑制。优选地，在步骤(d1)中，所述射频信号y优选采用下列表达式，其中x是指所述初始射频电信号，f1(x)是指利用推挽结构和平衡探测之后系统的非线性传递函数，a1,a3,a5为非线性系数，y＝f1(x)＝a1x+a3x3+a5x5。优选地，在步骤(d2)中，测试所述y11和y23各自所含三阶交调失真信号的大小优选按照下列步骤：(I)对所述y11和y23进行傅里叶变换得到各自的频谱图；(II)确定初始射频信号的中心频率和带宽，根据所述频谱图和所述中心频率和带宽确定所述y11和y23中三阶交调失真信号的频率范围；(III)在所述频率范围中测试所述y11和y23各自所含三阶交调失真信号的大小。优选地，在步骤(d2)中，所述补偿信号y3优选采用下列表达式，其中，b是通过循环迭代算法计算出的补偿系数，总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益的效果:1、本专利技术通过采用推挽和自适应后补偿算法结合的方式，与仅利用推挽结构实现高线性度的直接调制微波光子链路相比，本专利技术不仅可以抑制偶数阶失真而且能够同时抑制三阶交调失真信号IMD3，此外，与仅利用数字信号后处理算法实现高线性度的直接调制微波光子链路技术相比，本专利技术利用了推挽结构使得自适应DSP补偿算法复杂度低，易于用现场可编程门阵列(FPGA)实现；2、本专利技术通过推挽结构消除所有偶数阶失真，与现有利用预失真电路实现高线性度的直接调制微波光子链路相比，本专利技术考虑了偶数阶失真信号，在射频信号频率较大时链路仍然可以获得较大的带宽和容量；3、本专利技术通过采用迭代循环算法实时的寻找补偿系数b，仅需知道输入信号的中心频率和带宽就可以使输出信号得到非线性补偿，使得该算法不仅具有自适应功能而且复杂度低；4、本专利技术通过采用商用的分布式反馈半导体激光器,与利用特殊结构的激光器获得高线性度技术相比，本专利技术具有复杂度低，对工艺水平要求低，易于推广的优点；5、本专利技术通过采用直接调制的方式，与现有的外调制方式相比，本专利技术具有成本低，结构紧凑，性价比高的优点。附图说明图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的流程图；图2是按照本专利技术的优选实施例所构建的系统原理图；图3是按照本专利技术的优选实施例所构建的采用推挽结构前后OFDM信号的偶数阶失真信号(例如IMD2和HD2)被抑制情况的频谱图；图4是按照本专利技术的优选实施例所构建的采用自适应后补偿算法前后OFDM信号的IMD3被抑制情况的频谱图；图5是按照本专利技术的优选实施例所构建的采用推挽结构和联合自适应后补偿算法前后在1.6GHz附近误差向量幅度(EVM)性能的改善图。图6是按照本专利技术的优选实施例所构建的采用推挽结构和联合自适应后补偿算法前后系统的SFDR2和SFDR3性能提升图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：S101-任意波形发生器(AWG)，S102-电放大器S103-1:2的180°功分器S104、S105-DFB激光器，S106-可调光延时器S107-可变光衰减器，S108、S本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于推挽结构和自适应后补偿算法提高直调微波光子链路线性度的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)任意波形发生器(S101)产生初始射频电信号，经过电放大器(S102)放大，再被功分器(S103)分为强度相等、相位相反的上下两路射频电信号x1和x2；(b)所述x1和x2分别直接调制两个DFB激光器(S104，S105)得到两路光信号Ec1和Ec2，从而实现推挽调制；(c)调节可变光衰减器(S107)和可调光延时器(S106)使得所述光信号Ec1和Ec2的振幅相等和相位相反，分别采用探测器(S108，S109)将光信号转化成射频电信号E1和E2，其中，所述E1和E2相减实现平衡探测，从而实现对所有偶数阶失真信号的抑制，得到只含有奇数阶失真的射频电信号y；(d)采用自适应后补偿算法实现对经过平衡探测器后的所述射频电信号y中的三阶交调失真信号进行抑制，其中，所述自适应后补偿算法按照下列步骤进行：(d1)将所述射频电信号y分为两路信号y1和y2，分别做一次方和立方处理得到y11和y23；(d2)测试所述y11和y23各自所含三阶交调失真信号的大小，并对y23进行线性补偿放大得到y3，其中，所述y11和y3中所含三阶交调失真信号振幅相等，方向相反，二者相互抵消，从而实现三阶交调失真信号的抑制。...

【技术特征摘要】
1.基于推挽结构和自适应后补偿算法提高直调微波光子链路线性度的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)任意波形发生器(S101)产生初始射频电信号，经过电放大器(S102)放大，再被功分器(S103)分为强度相等、相位相反的上下两路射频电信号x1和x2；(b)所述x1和x2分别直接调制两个DFB激光器(S104，S105)得到两路光信号Ec1和Ec2，从而实现推挽调制；(c)调节可变光衰减器(S107)和可调光延时器(S106)使得所述光信号Ec1和Ec2的振幅相等和相位相反，分别采用探测器(S108，S109)将光信号转化成射频电信号E1和E2，其中，所述E1和E2相减实现平衡探测，从而实现对所有偶数阶失真信号的抑制，得到只含有奇数阶失真的射频电信号y；(d)采用自适应后补偿算法实现对经过平衡探测器后的所述射频电信号y中的三阶交调失真信号进行抑制，其中，所述自适应后补偿算法按照下列步骤进行：(d1)将所述射频电信号y分为两路信号y1和y2，分别做一次方和立方处理得到y11和y23；(d2)测试所述y11和y23各自所含三阶交调失真信号的大小，并对y23进行线性补偿放大得到y3，其中，所述y11和y3中所含三阶交调...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓磊，叶尧，陈世超，陈晓曼，付松年，唐明，刘德明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42