Ukrainian Journal of Physical Optics
2024 Volume 25, Issue 1
A NEW FILTERLESS W-BAND MILLIMETER WAVE SIGNALS GENERATION SCHEME WITH FREQUENCY OCTUPLING BASED ON CASCADED MACH–ZEHNDER MODULATORS
1,2,3,*Dongfei Wang, 4,5Yu Zhang, 1Zufang Yang, 1Lan Zhang, 1Baohong Wu, 2Xiaokun Yang, 6Shuxia Yan and 1,7Xiangqing Wang
1School of Artificial Intelligence, Wuhan Technology and Business University, Wuhan, 430065, China, wdfchina@126.com 2School of Electronics and Information, Nanchang Institute of Technology, Nanchang, Jiangxi Province, 330044, China 3School of Information Engineering, Beijing Institute of Graphic Communication, Beijing 102600 China 4Jincheng Research Institute of Opto-mechatronics Industry, Jincheng 048000, China 5Shanxi Key Laboratory of Advanced Semiconductor Optoelectronic Devices and Integrated Systems, Jincheng 048000, China 6Tianjin Key Laboratory of Optoelectronic Detection Technology and System, Tianjin 300387 China 7Henan Key Laboratory of Visible Light Communications, Zhengzhou, China *wdfchina@126.com
Ukr. J. Phys. Opt.
Vol. 25
,
Issue 1 , pp. 01085 - 01093 (2024).
doi:10.3116/16091833/Ukr.J.Phys.Opt.2024.01085
ABSTRACT
Keywords:
W-band, mm-wave signal generation, frequency octupling, Mach-Zehnder modulator
UDC:
535.8
- Dahiya, S. (2023). Performance analysis of millimeter wave-based radio over fiber system for next generation networks. Journal of Optics, 1-9. doi:10.1007/s12596-023-01472-8
- Zheng, K., Yang, H., Ying, Z., Wang, P., & Hanzo, L. (2023). Vision-assisted millimeter-wave beam management for next-generation wireless systems: Concepts, solutions, and open challenges. IEEE Vehicular Technology Magazine. PP(99), 2-12. doi:10.1109/MVT.2023.3262907
- Song, H., Huang, C., Li, H., Dai, L., Liu, Z., Yang, Y., Cheng, M., Yang, Q., Tang, M., Liu, D., & Deng, L. (2021). Asymmetric dual-SSB modulation for photonic co-frequency mm-wave signals generation and DSP-free receiver. Optics Letters, 46(17), 4366-4369. doi:10.1364/OL.437746
- Li, J. L., Zhao, F., & Yu, J. (2020). D-band millimeter wave generation and transmission though radio-over-fiber system. IEEE Photonics Journal, 12(2), 1-8. doi:10.1109/JPHOT.2020.2983011
- Wang, D., Wang, X., Yang, X., Gao, F., Zhang, L., Yang, Z., & Wu, B. (2023). Photonic filter-free adjustable frequency sextupling scheme for V-band vector mm-wave signal generation based on a DP-MZM with precoding. Optics Communications, 129633. doi:10.1016/j.optcom.2023.129633
- Liu, C., Zhou, W., & Yu, J. (2022). Photonics aided vector millimeter-wave signal generation without DAC at W-band. Optical Fiber Technology, 70, 102883. doi:10.1016/j.yofte.2022.102883
- Zhao, L., Zhang, R., Zhou, W., Shen, S., Xiao, J., Chang, G. K., & Yu, J. (2021). Probabilistic shaping with pre-equalization in W-band mm-wave communication system with heterodyne coherent detection. Optical Fiber Technology, 61, 102345. doi:10.1016/j.yofte.2020.102345
- Althuwayb, A. A., Alibakhshikenari, M., Virdee, B. S., Benetatos, H., Rashid, N., Kaaniche, K., Atitallah, A. B. & Elhamrawy, O. I. (2023). Design technique to mitigate unwanted coupling in densely packed radiating elements of an antenna array for electronic devices and wireless communication systems operating in the millimeter-wave band. AEU-International Journal of Electronics and Communications, 159, 154464. doi:10.1016/j.aeue.2022.154464
- Oyerinde, O. O., Flizikowski, A., & Marciniak, T. (2022). Compressive sensing-based channel estimation schemes for wideband millimeter wave wireless communication systems. Computers and Electrical Engineering, 104, 108452. doi:10.1016/j.compeleceng.2022.108452
- Arsalan, M., Santra, A., & Issakov, V. (2022). RadarSNN: A resource efficient gesture sensing system based on mm-wave radar. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 70(4), 2451-2461. doi:10.1109/TMTT.2022.3148403
- Ma, Z., Choi, J., & Sohn, H. (2023). Continuous bridge displacement estimation using millimeter-wave radar, strain gauge and accelerometer. Mechanical Systems and Signal Processing, 197, 110408. doi:10.1016/j.ymssp.2023.110408
- Gillani, N., Arslan, T., & Mead, G. (2023). An Unobtrusive Method for Remote Quantification of Parkinson's and Essential Tremor using mm-Wave Sensing. IEEE Sensors Journal. 23(9), 10118-10131. doi:10.1109/JSEN.2023.3261111
- Ni, Z., & Huang, B. (2022). Gait-based person identification and intruder detection using mm-wave sensing in multi-person scenario. IEEE Sensors Journal, 22(10), 9713-9723. doi:10.1109/JSEN.2022.3165207
- Murphy, K. S. J., Appleby, R., Sinclair, G., McClumpha, A., Tatlock, K., Doney, R., & Hutcheson, I. (2002, October). Millimetre wave aviation security scanner. In Proceedings. 36th Annual 2002 International Carnahan Conference on Security Technology (pp. 162-166). IEEE.
- Tajdini, M. M., & Rappaport, C. M. (2021). Nominal body contour reconstruction for millimeter-wave characterization of suicide bomber explosives. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 70(4), 2960-2968. doi:10.1109/TAP.2021.3118805
- Li, B., Zhang, L., Zhang, Q., Xin, X., Pan, X., Zhang, W., Tian, Q., Tao, Y., Liu, N., Wang, Y. & Tian, F. (2019). Flexible photonic generation of frequency multiplication millimeter-wave vector signal based on dynamic pre-coding algorithm with dispersion compensation. Optics Communications, 435, 232-238. doi:10.1016/j.optcom.2018.11.043
- Chen, H., Ning, T., Li, J., Pei, L., Yuan, J., Zheng, J., & Liu, L. (2018). Optical millimeter-wave generation with tunable multiplication factors and reduced power fluctuation by using cascaded modulators. Optics & Laser Technology, 103, 206-211. doi:10.1016/j.optlastec.2018.01.031
- Baskaran, M., Prabakaran, R., & Gayathri, T. S. (2019). Photonic generation of frequency 16-tupling Millimeter wave signal using polarization property without an optical filter. Optik, 184, 348-355. doi:10.1016/j.ijleo.2019.04.077
- Wang, D., Tang, X., Xi, L., Zhang, X., & Fan, Y. (2019). A filterless scheme of generating frequency 16-tupling millimeter-wave based on only two MZMs. Optics & Laser Technology, 116, 7-12. doi:10.1016/j.optlastec.2019.03.009
- Chen, X., Xia, L., & Huang, D. (2017). A filterless 24-tupling optical millimeter-wave generation and RoF distribution. Optik, 147, 22-26. doi:10.1016/j.ijleo.2017.08.065
- Ramos, R. T., & Seeds, A. J. (1992). Fast heterodyne optical phase-lock loop using double quantum well laser diodes. Electronics letters, 1(28), 82-83. doi:10.1049/el:19920050
- Cliché, J. F., Shillue, B., Tetu, M., & Poulin, M. (2007, June). A 100-GHz-tunable photonic millimeter wave synthesizer for the Atacama Large Millimeter Array radiotelescope. In 2007 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium (pp. 349-352). IEEE. doi:10.1109/MWSYM.2007.380442
- Baskaran, M., & Madhan, M. G. (2014). A novel approach for simultaneous millimeter wave generation and high bit rate data transmission for Radio over Fiber (RoF) systems. Optik, 125(21), 6347-6351. doi:10.1016/j.ijleo.2014.07.012
- Zheng, H., Liu, S., Li, X., Wang, W., & Tian, Z. (2009). Generation and transmission simulation of 60 G millimeter-wave by using semiconductor optical amplifiers for radio-over-fiber systems. Optics Communications, 282(22), 4440-4444. doi:10.1016/j.optcom.2009.08.023
- Han, S. H., & Park, C. S. (2011, July). Photonic millimeter-wave carrier generation using stimulated Brillouin scattering and four wave mixing for MMW-over-fiber system. In 16th Opto-Electronics and Communications Conference (pp. 539-540). IEEE.
- Wang, D., Xi, L., Tang, X., Zhang, X., & Gao, N. (2020). A simple photonic precoding-less scheme for vector millimeter-wave signal generation based on a single phase modulator. Results in Physics, 19, 103412. doi:10.1016/j.rinp.2020.103412
- Li, X., Xu, Y., Xiao, J., & Yu, J. (2016). W-band millimeter-wave vector signal generation based on precoding-assisted random photonic frequency tripling scheme enabled by phase modulator. IEEE Photonics Journal, 8(2), 1-10. doi:10.1109/JPHOT.2016.2550320
- Zhou, W., & Qin, C. (2017). Simultaneous generation of 40, 80 and 120 GHz optical millimeter-wave from one Mach-Zehnder modulator and demonstration of millimeter-wave transmission and down-conversion. Optics Communications, 398, 101-106. doi:10.1016/j.optcom.2017.04.043
- Wang, Y., Liu, C., & Yu, J. (2020). Dispersion-tolerant millimeter-wave signal generation by a single modulator. Optics Communications, 475, 126204. doi:10.1016/j.optcom.2020.126204
- Zhu, Z., Zhao, S., Yao, Z., Tan, Q., Li, Y., Chu, X., Shi, L. & Zhang, X. (2012). Optical millimeter-wave signal generation by frequency quadrupling using one dual-drive Mach-Zehnder modulator to overcome chromatic dispersion. Optics Communications, 285(13-14), 3021-3026. doi:10.1016/j.optcom.2012.01.078
- Li, X., Yu, J., Zhang, Z., Xiao, J., & Chang, G. K. (2015). Photonic vector signal generation at W-band employing an optical frequency octupling scheme enabled by a single MZM. Optics Communications, 349, 6-10.. doi:10.1016/j.optcom.2015.03.044
- Zhu, Z., Zhao, S., Zheng, W., Wang, W., & Lin, B. (2015). Filterless frequency 12-tupling optical millimeter-wave generation using two cascaded dual-parallel Mach-Zehnder modulators. Applied optics, 54(32), 9432-9440. doi:10.1364/AO.54.009432
- Shang, Y., Feng, Z., Cao, C., Huang, Z., Wu, Z., Xu, X., & Geng, J. (2022). A using remodulation filterless scheme of generating frequency 32-tupling millimeter-wave based on two DPMZMs. Optics & Laser Technology, 148, 107793. doi:10.1016/j.optlastec.2021.107793
- Zhang, W., Wen, A., Gao, Y., Shang, S., Zheng, H., & He, H. (2017). Filterless frequency-octupling mm-wave generation by cascading Sagnac loop and DPMZM. Optics & Laser Technology, 97, 229-233. doi:10.1016/j.optlastec.2017.07.007
- Chen, X., Li, Z., Ba, W., Dai, S., Liang, J., & Xiao, H. (2023). A novel method to generate and transmit 40-tupling frequency millimeter wave over fiber based on remodulation of MZMs. Heliyon, 9(3), e14221. doi:10.1016/j.heliyon.2023.e14221
- Wang, C., Song, K., Li, M., Yi, Y., Zhou, M., & Wu, J. Generation of frequency 16-tupling millimeter wave without filtering based on cascaded Mach-Zehnder modulator. Microwave and Optical Technology Letters.
- Shanmugapriya, G. (2017). Frequency16-tupled optical millimeter wave generation using dual cascaded MZMs and 2.5 Gbps RoF transmission. Optik, 140, 338-346. doi:10.1016/j.ijleo.2017.04.074
- Chen, X., Li, Z., Liu, X., Ba, W., & Dai, S. (2022). Research on 32-tupling frequency terahertz wave generation based on Mach-Zehnder modulators cascaded. Optik, 270, 170027. doi:10.1016/j.ijleo.2022.170027
- Li, Y., Zhu, R., Xu, E., & Zhang, Z. (2023). Frequency-Doubling Brillouin Optoelectronic Oscillator with Variable Optical Attenuator. IEEE Photonics Technology Letters. doi:10.1109/LPT.2023.3319949
- Ma, J., Wen, A., & Tu, Z. (2019). Filter-free photonic microwave upconverter with frequency quadrupling. Applied Optics, 58(28), 7915-7920. doi:10.1364/AO.58.007915
- Zhang, W., Wen, A., Gao, Y., Shang, S., Zheng, H., & He, H. (2017). Filterless frequency-octupling mm-wave generation by cascading Sagnac loop and DPMZM. Optics & Laser Technology, 97, 229-233. doi:10.1016/j.optlastec.2017.07.007
- Chen, Y., Wen, A., & Shang, L. (2010). Analysis of an optical mm-wave generation scheme with frequency octupling using two cascaded Mach-Zehnder modulators. Optics Communications, 283(24), 4933-4941. doi:10.1016/j.optcom.2010.07.046
-
Існуючі діапазони частот, такі як C-діапазон і L-діапазон, стають все більш переповненими і не можуть задовольнити зростаючий попит на високошвидкісні послуги передачі даних. Щоб подолати перевантаження спектру та задовольнити майбутні потреби, а також подолати вузькі місця традиційних електронних методів, ми модифікували підхід для генерації сигналів мм-хвиль W-діапазону з восьмикратним збільшенням частоти без використання оптичного фільтра. Для генерації сигналу W-діапазону використовується один вбудований модулятор, що складається з двох послідовно з’єднаних двотактних модуляторів Маха-Цендера (ММЦ). Генерація сигналу з восьмикратним помноженням частоти залежить від ±4 оптичних бічних смуг і смуги частот биття фотодетектора. Для захоплення ±4-ї оптичної бічної смуги точка зміщення двох двотактних ММЦ повинна відповідати піковій точці, а індекс модуляції двох МMЦ має бути одночасно встановлений на 2,4. Ми провели детальний математичний аналіз та комп’ютерне моделювання запропонованої схеми і продемонстрували її коректність. Показано, що коефіцієнт оптичного пригнічення бокової смуги становить не менше 45,73 дБ, а коефіцієнт пригнічення бокової радіочастотної смуги може досягати 37,64 дБ.
Ключові слова: W-діапазон, генерація сигналу міліметрового діапазону, восьмикратне збільшення частоти, модулятор Маха–Цендера
© Ukrainian Journal of Physical Optics ©