[发明专利]高线性度多通道光载无线通信链路系统及线性度优化方法

权利要求书

1.高线性度多通道光载无线通信链路系统，其特征在于，包括激光器、射频前端、二阶谐波失真抑制单元、光纤、三阶交调失真抑制单元、光电探测器和天线；

激光器输出端口连接二阶谐波失真抑制单元的输入端口，射频前端与二阶谐波失真抑制单元相连接，二阶谐波失真抑制单元输出端口通过光纤连接多组三阶交调失真抑制单元的输入端口，三阶交调失真抑制单元输出端口连接光电探测器的输入端口，光电探测器输出端口连接天线进行信号发射；

其中所述二阶谐波失真抑制单元包括一个偏振复用马曾调制器，所述的偏振复用马曾调制器中包括两个子调制器MZMX和MZMY，射频前端产生的两路双音信号分别馈入PDM-MZM的两个射频端口，调整PDM-MZM的两个子调制器MZMX和MZMY的直流偏置电压，使其分别工作于斜率相反的正交偏置点，从而实现二阶谐波失真抑制；

所述三阶交调失真抑制单元由一个偏振控制器和一个起偏器构成，所述偏振控制器连接二阶谐波失真抑制单元的输出端口，偏振控制器对二阶谐波失真抑制单元输出的正交偏振光信号进行偏振态调整，使正交偏振光信号以一定的偏振入射角映射到起偏器，产生互补的三阶交调失真分量，从而实现三阶交调失真抑制，所述的起偏器的输出端与光电探测器输入端口相连接。

2.根据权利要求1所述的高线性度多通道光载无线通信链路系统，其特征在于，所述的偏振复用马曾调制器还包括光耦合器，所述的光耦合器一端与激光器的输出端相连接，另一端与两个子调制器MZMX和MZMY输入端相连接，还包括偏振合束器，所述的偏振合束器的输入端与两个子调制器MZMX和MZMY输出端相连接，偏振合束器的输入端连接光纤。

3.根据权利要求2所述的高线性度多通道光载无线通信链路系统，其特征在于，所述的子调制器MZMY与偏振合束器之间连接一90°偏振旋转器。

4.采用上述高线性度多通道光载无线通信链路系统的线性度优化方法，其特征在于，二阶谐波失真抑制单元的输出端口标记为a点，三阶交调失真抑制单元的输出端口标记为b点，光电探测器的输出端口标记为c点，其线性度优化方法的步骤如下：

步骤1：激光器输出的线偏振光表示为：射频前端产生的功率比为γ的双音信号可分别表示为和其中，E_c和ω_c分别是光载波的电场强度和角频率，ω₁和ω₂是双音信号的角频率；

步骤2：双音信号经二阶谐波失真抑制单元进行电光调制后，输出端口a点的光信号表示为：

其中，E_X和E_Y分别表示光信号的两个偏振态，φ₁和φ₂分别表示子调制器MZMX和MZMY的直流偏置角,该偏置角由直流偏置电压控制，V_π表示调制器的半波电压，为了抑制二阶谐波失真，直流偏置角φ₁和φ₂分别设置为-π/2和π/2两个斜率相反的正交点。

步骤3：二阶谐波失真抑制单元的输出的正交偏振复用信号经过光纤传输后输入到三阶交调失真抑制单元的输入端口，使用偏振控制器控制正交偏振光信号的一个主轴，使其与起偏器的主轴成一定的夹角，该夹角定义为偏振入射角，用α表示，b点输出光信号为：

E_Pol.(t)＝E_X(t)cos(α)+[E_Y(t)sin(α)]e^jφ (2)

其中，φ表示两个正交偏振态间的相位差；由于光电探测的平方律特性，TE和TM模光信号经过PD后将产生交叉项，从而增加了非线性失真和计算复杂度。为了解决这一问题，将φ设置为π/2，产生的交叉项可相互抵消；

步骤4：三阶交调失真抑制单元输出的光信号注入到光电探测器进行光电转换，c点输出光电流为：

其中，f(γ,α)和g(γ,α)分别是射频输出功率和三阶条件交调失真功率关于射频功率比γ和偏振入射角α的函数，可表示为：

步骤5：为了消除三阶交调失真，条件g(γ,α)＝0和f(γ,α)≠0必须满足。由函数f(γ,α)的表达式可知，抑制三阶交调失真必然会使射频输出功率发生损耗。为了在消除三阶交调失真的基础上，使射频输出功率最大，根据拉格朗日乘子法理论建立等式约束条件下的最优化模型，结果表示为：

L(γ,α,λ)＝f(γ,α)-λg(γ,α) (5)

其中，λ表示拉格朗日乘子，f(γ,α)和g(γ,α)为最优化模型的目标函数和约束函数。对公式(5)取一阶偏导数，并令梯度矢量▽L为0，则可得到下面的表达式：

求解公式(6)，可得：

因此，由拉格朗日最优化结果可知，当射频功率比为任意值时，偏振入射角为0.34弧度时，射频输出功率可以达到最大值。