專利名稱：一種新型的生成高頻dwdm光毫米波信號(hào)及波長再利用方案及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖-無線(Radio-over-Fiber，縮寫為ROF)通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，能生成高頻毫米波信號(hào)。
背景技術(shù)：
隨著人們對(duì)聲音、數(shù)據(jù)、圖像以及交互式等寬帶業(yè)務(wù)的需求，為了能使移動(dòng)通信多媒體化，通信系統(tǒng)必須能高速地傳送數(shù)據(jù)和圖像。但目前所用的無線頻帶帶寬比較窄，還不能進(jìn)行大容量傳送，且無線通信易受大氣環(huán)境的影響，不能實(shí)現(xiàn)長距離的傳輸。
如果將無線通信與寬帶通信兩者的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，充分利用光纖的巨大帶寬以降低成本并結(jié)合無線通信技術(shù)的靈活性，用光纖代替大氣作為傳輸媒質(zhì)來傳輸信號(hào)，將使目前的移動(dòng)通信系統(tǒng)達(dá)到更高的傳輸容量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)超長距離的傳輸。這無疑既能增加接入網(wǎng)容量和移動(dòng)性，又能降低運(yùn)營成本，是通信發(fā)展的方向。
通過光纖傳輸高頻射頻信號(hào)，特別是毫米波段信號(hào)，國際上普遍稱為Radio over fiber(簡稱為ROF)技術(shù)，近幾年來受到世界各國的高度重視。ROF的概念融合了兩種常規(guī)技術(shù)——無線射頻技術(shù)和光纖有線傳輸技術(shù)。ROF系統(tǒng)具備大容量、低成本、低功耗、易于安裝與維護(hù)等多種優(yōu)勢，可以滿足未來移動(dòng)通信的寬帶業(yè)務(wù)要求。這種技術(shù)可以在對(duì)無線信號(hào)屏蔽的地方，如地下隧道、商業(yè)大廈、機(jī)場候車室等場所通過ROF技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線寬帶接入，讓用戶切實(shí)享受所謂的3A(any time，anywhere，anything)體驗(yàn)。ROF技術(shù)可以將無線接入的靈活性與光纖提供的大容量與低成本優(yōu)勢有機(jī)結(jié)合在一起，無疑將在未來寬帶無線接入技術(shù)中扮演重要的角色。
典型的ROF系統(tǒng)包括中心站(Central Station，縮寫為CS)，光纖網(wǎng)以及功能簡單的基站(Base Station，縮寫為BS)。在中心站主要進(jìn)行多路交換，頻率上下傳和執(zhí)行頻率管理。在中心站中產(chǎn)生毫米波光載波即將射頻率信號(hào)上傳至光載波上，并由光纖傳輸至基站，在基站進(jìn)行簡單的光電變換后變成無線信號(hào)發(fā)送至移動(dòng)終端。ROF系統(tǒng)中的中心站的信號(hào)經(jīng)由基站傳送至用戶終端稱為下行鏈路，無線移動(dòng)終端的射頻信號(hào)經(jīng)由基站傳送至中心站稱為上行鏈路。在下行鏈路，來自中心站骨干網(wǎng)的信號(hào)加載到光纖上，并下行傳送至基站，檢波后至無線移動(dòng)終端；在上行鏈路，無線射頻(Radio-frequency，RF)攜帶著來自于終端(End station縮簡為ES)的數(shù)據(jù)在基站中進(jìn)行編碼后上行加載到光纖上，并傳送至中心站，檢波至骨干網(wǎng)。由于上行鏈路在基站中要求高速率且高價(jià)的器件，如激光光源，這樣會(huì)增加基站造價(jià)。
構(gòu)建簡單的基站(BS)和廉價(jià)生成光毫米波，是將ROF系統(tǒng)商業(yè)化的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。目前，生成的光毫米波頻率一般都只有本地振蕩的電信號(hào)的頻率的兩倍，及兩個(gè)一階邊帶之間的間隔。比如，40GHz的光毫米波的生成，其本地振蕩(LO)頻率就是20GHz，且其外部調(diào)制器(EM)的帶寬也要求是20GHz。那么，要生成高頻的光毫米波信號(hào)，尤其是要生成波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中的高頻光毫米波信號(hào)，其系統(tǒng)的成本代價(jià)和復(fù)雜度都很高。
Guohua Qi等人在“Generation and Distribution of a Wide-BandContinuously Tunable Millimeter-Wave Signal With an Optical ExternalModulation Technique”一文中提到的多倍雙頻技術(shù)，通過調(diào)整外部調(diào)制器(EM)上的直流(DC)偏置能抑制掉奇階邊帶，一階邊帶被抑制，兩個(gè)二階邊帶的頻率間隔為射頻的四倍，因而得到了四倍頻的光毫米波，但是采用了一個(gè)光柵濾波器來抑制載波，不能有效地濾出二階以上的高階邊帶，使得信號(hào)在傳輸中可能受到干擾，且該方法不能用在WDM系統(tǒng)中。
為了解決上述問題，進(jìn)一步降低對(duì)本地振蕩頻率和外部調(diào)制器帶寬的要求，而同時(shí)又減少系統(tǒng)的總體成本，簡化基站，本發(fā)明提出了一個(gè)新穎的全雙工ROF體系結(jié)構(gòu)。本發(fā)明僅采用了一個(gè)帶寬相對(duì)較窄的強(qiáng)度調(diào)制器以及頻率較低的射頻(RF)信號(hào)，并利用交叉復(fù)用器的周期性特性，生成了密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)中的高頻光毫米波，還有效地抑制了高階邊帶，提高了傳輸性能。同時(shí)在基站還可以載波重利用。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)上述情況，用一種新穎的ROF方案，通過調(diào)整外部調(diào)制器上的DC偏置，利用低頻的射頻信號(hào)和一個(gè)低帶寬的調(diào)制器生成DWDM系統(tǒng)中高頻光毫米波信號(hào)。大大減小了射頻信號(hào)源的頻率以及光調(diào)制器的帶寬，并且在基站，載波可以再調(diào)制上行鏈路數(shù)據(jù)，這樣，所有的光功率都能得到有效利用。從而使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，降低系統(tǒng)的造價(jià)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的具體方案如下在中心站，基帶信號(hào)先與射頻信號(hào)混頻進(jìn)行上變頻，然后輸入到強(qiáng)度調(diào)制器調(diào)制由多路光載波合成的載波，調(diào)制后的信號(hào)再通過交叉復(fù)用器抑制高階邊帶。在基站，用交叉復(fù)用器將二階邊帶和載波分離，載波可用于波長重利用，二階邊帶毫米波進(jìn)行檢測、解調(diào)，再通過天線發(fā)送出去。
所述的中心站，生成DWDM高頻毫米波信號(hào)的方案，其特征在于包括以下過程使用多個(gè)連續(xù)波激光器產(chǎn)生中心載波不同的多個(gè)光載波；多個(gè)載波由一個(gè)相位耦合器合成一路信號(hào)；基帶信號(hào)與本地振頻混頻，然后驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度調(diào)制器；合成的多路光載波輸入到強(qiáng)度調(diào)制器中進(jìn)行調(diào)制；將已調(diào)信號(hào)輸入到光交叉復(fù)用器，濾除高階邊帶。
與已提出的一些方案相比，本發(fā)明僅用一個(gè)帶寬較窄的強(qiáng)度調(diào)制器和頻率較低的本地射頻信號(hào)，生成了DWDM系統(tǒng)中的四倍頻的高頻信號(hào)，并且用一個(gè)交叉復(fù)用器就有效地濾除了高階邊帶，這樣不僅降低了對(duì)中心站器件的要求，簡化了中心站，降低了成本，還減小了干擾。
為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了與所述的中心站相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)簡單的基站。
所述的基站包括光交叉復(fù)用器，用來將接收到的毫米波信號(hào)中的載波和二階邊帶分離；一個(gè)摻鉺光纖放大器，將分離得到的二階邊帶信號(hào)進(jìn)行放大；一個(gè)可調(diào)光濾波器，通過調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)闹行念l率和帶寬，來選擇性的濾出想要信道的信號(hào)；一個(gè)光/電轉(zhuǎn)換器，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；一個(gè)電放大器，將轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)進(jìn)行放大；一個(gè)功率分支器，將得到的電信號(hào)功率分成兩份；一個(gè)混頻器，用來進(jìn)行自混頻；一個(gè)低通濾波器，濾出基帶信號(hào)。
本發(fā)明還提供了一種產(chǎn)生DWDM系統(tǒng)中高頻毫米波的系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)分中心站和基站兩部分。
中心站中，生成DWDM高頻毫米波的模塊包括
多個(gè)激光器，用于產(chǎn)生多個(gè)指定波長的單縱模光信號(hào)；相位耦合器，用于將多個(gè)單縱模光載波合成一路信號(hào)；射頻信號(hào)源，用于產(chǎn)生射頻正弦波信號(hào)；混頻器，用于將基帶信號(hào)和射頻信號(hào)混頻，進(jìn)行上變頻；強(qiáng)度調(diào)制器，用于將上變頻的信號(hào)調(diào)制到光載波上；光交叉復(fù)用器，用來將已調(diào)信號(hào)中的高階邊帶濾除。
中心站中生成DWDM高頻毫米波模塊其特征在于包括以下工作過程由多個(gè)連續(xù)波激光器產(chǎn)生的多個(gè)不同中心頻率的單縱模光載波信號(hào)，進(jìn)入相位耦合器，合成一路信號(hào)，再輸入強(qiáng)度調(diào)制器受到調(diào)制?；鶐盘?hào)和射頻信號(hào)進(jìn)入混頻器混頻，進(jìn)行上變頻，再驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度調(diào)制器。通過適當(dāng)選擇強(qiáng)度調(diào)制器的DC偏置，可抑制已調(diào)信號(hào)中的奇邊帶，得到的已調(diào)信號(hào)一階邊帶被抑制，兩個(gè)二階邊帶間的頻率間隔為射頻信號(hào)的四倍頻，得到高頻的毫米波信號(hào)。已調(diào)信號(hào)再輸入到光交叉復(fù)用器中，濾除二階以上的高階邊帶，然后進(jìn)入下行鏈路的光纖鏈路傳輸至基站。
基站中包括光交叉復(fù)用器、摻鉺光纖放大器、可調(diào)光濾波器、光/電轉(zhuǎn)換器、電放大器、功率分支器、混頻器、低通濾波器。
本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)簡單的基站，其工作過程如下將接收到的毫米波信號(hào)中的光載波和二階邊帶用光交叉復(fù)用器分離。分離后的光載波可用于基站波長重利用，作為上行鏈路的載波；而二階邊帶毫米波信號(hào)，先經(jīng)摻鉺光纖放大器放大，再由可調(diào)光濾波器濾出想要的信道的信號(hào)，得到的單信道信號(hào)由光/電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)由電放大器放大，然后通過功率分支器等分成兩份，兩路信號(hào)在混頻器中自混頻，進(jìn)行下變頻，最后通過低通濾波器，濾出得到所要信道的基帶信號(hào)。
本發(fā)明不僅生成了DWDM系統(tǒng)中高頻毫米波，降低了對(duì)中心站器件的要求，簡化了中心站，而且在基站可以波長重利用，同樣簡化了基站，降低了整個(gè)系統(tǒng)的代價(jià)。


圖1為本發(fā)明的中心站的示意圖；圖2為本發(fā)明基站實(shí)現(xiàn)示意圖；圖3為本發(fā)明的生成DWDM系統(tǒng)中高頻毫米波信號(hào)的系統(tǒng)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例四信道的DWDM系統(tǒng)中光毫米波信號(hào)傳輸前的眼圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例四信道的DWDM系統(tǒng)中光毫米波信號(hào)傳輸后的眼圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例各信道的誤碼率圖和下變頻后電信號(hào)的眼圖。
圖中1-連續(xù)波光源11-連續(xù)波光源111-連續(xù)波光源
1111-連續(xù)波光源2-相位耦合器3-射頻信號(hào)源4-數(shù)據(jù)基帶信號(hào)5-混頻器6-強(qiáng)度調(diào)制器7-中心站光交叉復(fù)用器8-光纖9-基站光交叉復(fù)用器10-摻鉺光纖放大器11-可調(diào)光濾波器12-光/電轉(zhuǎn)換器13-電放大器14-功率分支器15-混頻器16-低通濾波器17-基站波長重利用模塊18-中心站19-基站具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)例子和附圖，對(duì)本發(fā)明作具體說明。
由圖1所示，高頻DWDM毫米波信號(hào)產(chǎn)生模塊18的各部件分別說明如下激光器1、11、111、1111，用于產(chǎn)生指定波長的單縱模光信號(hào)，均可以為DFB-LD。相位耦合器2，用于將四路光載波信號(hào)合成一路信號(hào)?；祛l器5，用于將2.5Gb/s的數(shù)據(jù)基帶信號(hào)4和射頻信號(hào)源3產(chǎn)生的10GHz的射頻信號(hào)進(jìn)行混頻，進(jìn)行上變頻。強(qiáng)度調(diào)制器6，用于調(diào)制多路光載波，可以為鈮酸鋰(LiNbO3)調(diào)制器，并通過調(diào)節(jié)調(diào)制器上的DC偏置，可將調(diào)制信號(hào)中的奇邊帶抑制，兩個(gè)一階被抑制后，得到兩個(gè)二階邊帶間的間隔為40GHz，是射頻信號(hào)的四倍頻。已調(diào)信號(hào)輸入到一個(gè)50/100GHz的光交叉復(fù)用器7中，可濾除二階以上的高階邊帶，然后輸入到傳輸光纖8中。
由圖2所示，基站19的各部分分別說明如下25/50GHz的光交叉復(fù)用器9，用于將接收到的光毫米波信號(hào)中的中心載波和二階邊帶分離。分離后的中心載波輸入到基站波長重利用模塊17中，作為上行鏈路的載波。40GHz間隔的二階邊帶先由摻鉺光纖放大器10進(jìn)行放大，再由可調(diào)光濾波器11選擇所想要的信道信號(hào)，然后通過光/電轉(zhuǎn)換器12將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，本實(shí)施例中可用60GHz帶寬的PIN光電二極管進(jìn)行直接檢測，轉(zhuǎn)換后的電毫米波信號(hào)由電放大器13放大，本實(shí)施例中用一個(gè)中心載波為40GHz帶寬為10GHz的窄帶電放大器(EA)進(jìn)行放大。放大后的電毫米波信號(hào)輸入到功率分支器14中，將功率等分成兩份。兩路信號(hào)在混頻器15中進(jìn)行自混頻，由低通濾波器16濾出想要的信道中基帶信號(hào)。
圖3為本發(fā)明傳輸系統(tǒng)示意圖，由DWDM高頻光載毫米波信號(hào)產(chǎn)生模塊18產(chǎn)生的信號(hào)通過傳輸光纖8發(fā)送至基站19，再由基站對(duì)所需信號(hào)進(jìn)行接收檢測。
圖4顯示了本實(shí)施例中測量到的四信道DWDM系統(tǒng)中光毫米波信號(hào)傳輸前的各信道眼圖；圖5顯示了本實(shí)施例中測量到的四信道DWDM系統(tǒng)中光毫米波信號(hào)傳輸后的各信道眼圖；圖6顯示了本實(shí)施例中測量到的各信道誤碼率BER與接收光功率的關(guān)系，背靠背和傳輸20km后的誤碼率圖，下變頻后的電眼圖。各個(gè)信道的誤碼率特性是相同的，因此，只給出了任意一個(gè)信道的誤碼率曲線和眼圖。
本發(fā)明中的所述的方法及裝置適合于頻率為1～40GHz單信道以及DWDM光纖傳輸無線信號(hào)系統(tǒng)。
本發(fā)明中，利用多倍雙頻技術(shù)，僅用一個(gè)強(qiáng)度調(diào)制器，通過適當(dāng)?shù)剡x擇調(diào)制器上的DC偏置，有效地抑制了已調(diào)信號(hào)中的奇邊帶，從而使得兩個(gè)二階邊帶間的間隔為射頻信號(hào)4倍頻，得到了DWDM系統(tǒng)中的高頻毫米波信號(hào)；同時(shí)利用了光交叉復(fù)用器濾波的優(yōu)勢，使用交叉復(fù)用器濾除了二階以上的高階邊帶。這樣，不僅降低了中心站對(duì)器件帶寬的要求，使得中心站的配置很簡單，降低了中心站造價(jià)，得到WDM的高頻毫米波信號(hào)，充分了利用了已有的光纖帶寬，還有效地減小了信號(hào)傳輸中的干擾，提高了系統(tǒng)的傳輸性能。本發(fā)明采用光濾波原理，使用了光交叉復(fù)用器，由于光交叉復(fù)用器具有周期性的特性，多個(gè)波長可以共享一個(gè)交叉復(fù)用器，在基站用一個(gè)交叉復(fù)用器濾除了DWDM系統(tǒng)中下行鏈路中的各路光載波，能在基站進(jìn)行波長再利用，同樣簡化了基站，降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本。然后再利用可調(diào)光濾波器，可選擇性地濾出想要信道的信號(hào)，供不同的用戶使用。
總之，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能用較低的成本，生成DWDM系統(tǒng)中的高頻毫米波信號(hào)，并且使得整個(gè)ROF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。
權(quán)利要求
1.一種生成DWDM系統(tǒng)中高頻毫米波的方法，其特征在于所述的方法包括以下步驟使用多個(gè)連續(xù)波激光器產(chǎn)生光載波；用相位耦合器合成多路光載波；數(shù)據(jù)基帶信號(hào)由混頻器與射頻信號(hào)混頻，進(jìn)行上變頻，驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度調(diào)制器；合成的多路光載波輸入到一個(gè)強(qiáng)度調(diào)制器中進(jìn)行調(diào)制；已調(diào)信號(hào)由光交叉復(fù)用器濾出二階以上的高階邊帶。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征在于采用了多倍雙頻技術(shù)。適當(dāng)?shù)剡x擇了強(qiáng)度調(diào)制器上的直流(DC)偏置，使得已調(diào)信號(hào)的各奇階邊帶被抑制，從而得到的光毫米波帶寬是兩個(gè)二階邊帶間的間隔，是射頻信號(hào)的4倍頻，用較低的射頻信號(hào)和帶寬較窄的調(diào)制器，得到了較高的DWDM毫米波信號(hào)。
3.在基站，其特征在于用光交叉復(fù)用器分離了各光載波和二階邊帶，并通過可調(diào)光濾波器，選擇性地濾出了想要信道的信號(hào)；同時(shí)分離的光載波可用于基站的波長重利用。
4.一種光纖無線通信系統(tǒng)，特征在于采用了權(quán)利1-3中所述的各種方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種屬于光纖無線(Radio－on－Fiber，縮寫為ROF)通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域中的采用一個(gè)帶寬較窄的強(qiáng)度調(diào)制器和一個(gè)頻率較低的射頻信號(hào)生成DWDM系統(tǒng)中高頻毫米波信號(hào)的方法。本發(fā)明利用多倍雙頻技術(shù)和交叉復(fù)用器的周期特性，降低了中心站對(duì)器件帶寬的要求，使得中心站的配置很簡單，易于實(shí)現(xiàn)，降低了中心站造價(jià)，得到WDM的高頻毫米波信號(hào)，充分了利用了已有的光纖帶寬，還有效地減小了信號(hào)傳輸中的干擾，提高了系統(tǒng)的傳輸性能。本發(fā)明采用光濾波原理，從下行鏈路中濾出ROF毫米波中心載波，用于上行鏈路波長再利用，簡化了基站。同時(shí)利用可調(diào)光濾波器，可選擇性地濾出想要信道的信號(hào)，供不同的用戶使用。
文檔編號(hào)H04B10/12GK101056154SQ20071003495
公開日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2007年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月21日
發(fā)明者余建軍, 陳林 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)