專利名稱：采用雙臂調(diào)制器同時(shí)產(chǎn)生無線和有線信號(hào)的方法及系統(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，能同時(shí)提供有線服務(wù)和無線服務(wù)業(yè)務(wù)。
背景技術(shù)：
無線化和寬帶化是當(dāng)今通信業(yè)乃至整個(gè)信息業(yè)的熱點(diǎn)。當(dāng)今信息社會(huì)對(duì)包括聲音、數(shù)據(jù)和圖像等多媒體通信的需求越來越迫切，人們希望能在任何時(shí)候向個(gè)人(無論這個(gè)人在什么地方)提供這些通信業(yè)務(wù)。無線通信使得人們能夠隨時(shí)隨地跟任何人進(jìn)行通信，而寬帶通信可以將數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、話音、視頻和多媒體應(yīng)用傳送到商業(yè)和家庭用戶，這兩者的結(jié)合無疑成為了通信的發(fā)展方向。
但最近幾年，由于大量的已鋪設(shè)光纖未得到充分的利用，電信業(yè)務(wù)在長(zhǎng)距離骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)方面的發(fā)展速度緩慢。所以隨著對(duì)超高速、實(shí)惠并能提供交互式多媒體服務(wù)的通信方式需求的增長(zhǎng)，寬帶移動(dòng)通信吸引了人們極大的研究興趣，遍及全球的用戶、政府部門、電纜經(jīng)營(yíng)商和電信服務(wù)提供商對(duì)寬帶接入網(wǎng)的關(guān)注日益增加。
為了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，無線網(wǎng)絡(luò)和光網(wǎng)絡(luò)的融合理所當(dāng)然的成為一種既能增加接入網(wǎng)容量和移動(dòng)性，又能降低運(yùn)營(yíng)成本的潛在解決方案。國(guó)際上對(duì)“可移動(dòng)超大容量超高速”的光纖傳輸無線信號(hào)(Radio-over-Fiber，縮寫為ROF)通信系統(tǒng)的研究工作越來越給予極大的關(guān)注。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)。光纖鏈路提供長(zhǎng)距離的傳輸，終端和終端用戶之間的通信由無線射頻來完成。ROF技術(shù)充分結(jié)合光纖和高頻無線電波傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)大容量、低成本的射頻信號(hào)有線傳輸和超過1Gbit/s的超寬帶無線接入，并具有覆蓋面廣、易于動(dòng)態(tài)管理和維護(hù)等特點(diǎn)，在未來泛在超寬帶蜂窩網(wǎng)絡(luò)、室內(nèi)無線局域網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信、視頻分布式系統(tǒng)、智能交通通信和控制等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。
而下一代接入網(wǎng)致力于提供有線和無線雙重服務(wù)，要在超高速寬帶中使用一種成本較低的方法，為用戶終端提供更多選擇、更多樣、方便的服務(wù)。這些都使得ROF系統(tǒng)將朝著容量增大、帶寬增加、移動(dòng)性增強(qiáng)以及降低成本的方向發(fā)展，并且要能同時(shí)服務(wù)固定終端和移動(dòng)終端。
目前，已經(jīng)提出了一些全光混頻或上轉(zhuǎn)換毫米波信號(hào)的技術(shù)，如利用高速非線性光纖(HNLF)中的交叉相位調(diào)制(XPM)[Z.Jia，et al.，“All-Optical 16×2.5Gb/s WDM Signal Simultaneous Up-Conversion Based on XPM in an NOLMin ROF System”，IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS，VOL.17，NO.12，DECEMBER2005，Page(s)2724-2726]；利用電吸收調(diào)制器(EAM)中的交叉吸收調(diào)制(XAM)[J.Yu，et al.“All-Optical Mixer Based onCross-Absorption Modulation in Electroabsorption Modulator”，IEEE PHOTONICSTECHNOLOGY LETTERS，VOL.17，NO.11，NOVEMBER2005，Page(s)2421-2423]；或是用外部調(diào)制器的光載波抑制(OCS)。上述這些方法都同時(shí)生成了兩個(gè)同樣的數(shù)據(jù)信號(hào)一個(gè)在電基帶，另一個(gè)在RF載頻。然而，這些方案都要么要求有高的輸入光功率，要么需要精確的偏置控制，并且需要級(jí)聯(lián)的調(diào)制器才能完成對(duì)基帶信號(hào)的調(diào)制和上變頻，這就在很大程度上增加系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。
為了解決上述問題，我們的方案只采用一個(gè)雙臂強(qiáng)度調(diào)制器和一個(gè)單波長(zhǎng)的光源，同時(shí)產(chǎn)生有線服務(wù)的基帶信號(hào)和無線服務(wù)的光載毫米波信號(hào)。這樣中心站無需多個(gè)寬帶電光調(diào)制器。本發(fā)明還提供了一種光纖無線通信系統(tǒng)，利用以上方法產(chǎn)生無線的光載波毫米信號(hào)和有線的基帶信號(hào)同時(shí)傳送至基站，在基站中分別處理無線信號(hào)和有線信號(hào)。

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，僅用一個(gè)雙臂的強(qiáng)度調(diào)制器同時(shí)生成和傳輸高速的有線和無線信號(hào)，提供獨(dú)立的有線和無線服務(wù)。從而降低了系統(tǒng)的造價(jià)和復(fù)雜度，用一個(gè)簡(jiǎn)單、可行的系統(tǒng)將這種混合式的光無線系統(tǒng)成功的運(yùn)用到實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)中，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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，無線信號(hào)通過副載波多路復(fù)用(SCM)進(jìn)行上變頻并載到副載波上，同時(shí)，有線信號(hào)通過強(qiáng)度調(diào)制載到原始的光載波上。在基站，用一個(gè)交叉復(fù)用器將進(jìn)來的信號(hào)分離成兩部分，然后對(duì)無線、有線信號(hào)分別進(jìn)行處理。
所述的中心站，同時(shí)產(chǎn)生和傳輸無線、有線信號(hào)的方案，其特征在于包括以下工作過程使用連續(xù)波激光器產(chǎn)生光載波；無線信號(hào)通過副載波多路復(fù)用(SCM)進(jìn)行上變頻并加載到副載波上，然后輸入到雙臂強(qiáng)度調(diào)制器的一驅(qū)動(dòng)臂；有線信號(hào)作為另一驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入雙臂調(diào)制器的另一驅(qū)動(dòng)臂；光載波信號(hào)進(jìn)入強(qiáng)度調(diào)制器產(chǎn)生雙邊帶(DSB)調(diào)制信號(hào)。
與已經(jīng)提出的一些方案相比，本發(fā)明不需要耦合器和光交叉復(fù)用器來分離載波和副載波來實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)調(diào)制，這在功率預(yù)算和系統(tǒng)的可行性上是很大的提高。
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(jiǎn)單的基站。
所述的基站包括光濾波器，用于將接收到的下行鏈路的無線和有線信號(hào)的進(jìn)行分離；二個(gè)下行鏈路的光接收機(jī)，主要完成將光信號(hào)變成電信號(hào)，其中一個(gè)高速的光接收機(jī)，將一階邊帶信號(hào)變成毫米波電信號(hào)，一個(gè)低速的光接收機(jī)，主要完成將基帶信號(hào)變成電的有線信號(hào)，用戶可以用一普通接收機(jī)來檢測(cè)有線信號(hào)；一個(gè)天線，其作用是將下行鏈路的無線信號(hào)發(fā)射至空氣中。
本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的基站，其工作過程如下將中心站產(chǎn)生的雙邊帶信號(hào)分開成為二路，一路是一階邊帶信號(hào)，形成光載毫米波信號(hào)；另一路是中心載波，其攜帶有線服務(wù)的基帶數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)入低速光接收機(jī)進(jìn)行包絡(luò)檢測(cè)，恢復(fù)有線數(shù)據(jù)信號(hào)。一階邊帶信號(hào)進(jìn)入光電檢測(cè)器，產(chǎn)生電毫米波，電毫米波經(jīng)過高頻電放大器進(jìn)行放大后，通過天線發(fā)射出去，變成無線電信號(hào)。
本發(fā)明還提供了一種同時(shí)生成無線和有線信號(hào)的系統(tǒng)。所述的系統(tǒng)分中心站和基站兩部分。
中心站中同時(shí)生成無線、有線信號(hào)模塊包括激光器，用于產(chǎn)生指定波長(zhǎng)的單縱模光信號(hào)；雙臂強(qiáng)度調(diào)制器，用于對(duì)有線信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制；射頻信號(hào)源，用于產(chǎn)生射頻正弦波信號(hào)；無線數(shù)據(jù)信號(hào)源，用于產(chǎn)生無線數(shù)據(jù)信號(hào)；混頻器，用于將無線數(shù)據(jù)信號(hào)與射頻正弦波信號(hào)進(jìn)行混頻，實(shí)現(xiàn)副載波調(diào)制。
中心站中同時(shí)生成和傳輸無線、有線信號(hào)模塊其特征在于包括以下工作過程由連續(xù)波激光器產(chǎn)生的單縱模光載波信號(hào)，進(jìn)入調(diào)制器受到調(diào)制。無線信號(hào)與一個(gè)正弦波混頻，進(jìn)行上變頻，實(shí)現(xiàn)無線信號(hào)的副載波復(fù)用，然后再用來驅(qū)動(dòng)調(diào)制器的一個(gè)電極。調(diào)制器的另一個(gè)電極由有線信號(hào)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，且有線信號(hào)在調(diào)制器中進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制。經(jīng)過調(diào)制后，光毫米波同時(shí)攜帶無線、有線信號(hào)一同進(jìn)入下行鏈路的光纖鏈路傳輸至基站。
基站包括光濾波器、高速光電檢測(cè)器和低速光電檢測(cè)器。
本發(fā)明利用雙臂調(diào)制器進(jìn)行雙邊帶調(diào)制，降低了輸入光功率，同時(shí)也降低了系統(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)明的無線和有線信號(hào)傳輸系統(tǒng)示意圖；圖4為本發(fā)明用戶移動(dòng)終端接收機(jī)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例生成的無線信號(hào)的誤碼率圖和眼圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例生成的有線信號(hào)的誤碼率圖和眼圖。
圖中1-連續(xù)波光源2-雙臂強(qiáng)度調(diào)制器3-射頻信號(hào)源4-混頻器5-有線數(shù)據(jù)信號(hào)55-無線數(shù)據(jù)信號(hào)源6-光纖7-光濾波器8-無線信號(hào)檢測(cè)模塊9-有線信號(hào)檢測(cè)模塊10-窄帶電放大器
11-發(fā)送天線12-中心站13-基站14-接收天線15-混頻器具體實(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，光載毫米波與基帶信號(hào)產(chǎn)生模塊12的各部件分別說明如下激光器1，用于產(chǎn)生指定波長(zhǎng)的單縱模光信號(hào)，可以為DFB-LD；雙臂光強(qiáng)度調(diào)制器2，用于產(chǎn)生雙邊帶調(diào)制信號(hào)，可以為鈮酸鋰(LiNbO3)調(diào)制器。本實(shí)施例子調(diào)制器2的兩驅(qū)動(dòng)信號(hào)一個(gè)是10Gb/s的有線數(shù)據(jù)信號(hào)源5產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號(hào)，另一個(gè)是由無線數(shù)據(jù)信號(hào)源55產(chǎn)生的無線數(shù)據(jù)信號(hào)與射頻正弦信號(hào)混頻，進(jìn)行上變頻載到副載波上，然后再用來驅(qū)動(dòng)調(diào)制器2?；祛l器4，用于混頻無線數(shù)據(jù)信號(hào)和射頻正弦波信號(hào)，對(duì)無線信號(hào)進(jìn)行上變頻。
由圖2所示，基站13的各部分分別說明如下光濾波器7，其作用是將雙邊帶信號(hào)中的無線信號(hào)和有線信號(hào)分開，即將光載波和副載波分離，其二輸出端口的頻率間隔根據(jù)載波與雙邊帶的頻率而定，光濾波器可以用光環(huán)型器與光纖光柵組合，也可以是光交錯(cuò)復(fù)用器，本實(shí)施例為輸入輸出頻率間隔為50/25GHz的光交錯(cuò)復(fù)用器，則可將無線信號(hào)和有線信號(hào)分開，然后根據(jù)需要分別對(duì)有線和無線信號(hào)進(jìn)行處理。無線信號(hào)檢測(cè)模塊8，用于先將分離開的無線信號(hào)進(jìn)行光電變換，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(cè)，轉(zhuǎn)換后的電毫米波信號(hào)通過窄帶的電放大器10進(jìn)行放大，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，通過天線11發(fā)射出去。對(duì)于有線信號(hào)檢測(cè)模塊9中，有線信號(hào)直接由光纖接入，通過3R再生功能的10Gb/s的接收機(jī)。
本發(fā)明中，在中心站不需要耦合器和光交叉復(fù)用器來分離載波和副載波來實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)調(diào)制，僅用一個(gè)雙臂的強(qiáng)度調(diào)制器同時(shí)生成和傳輸高速的有線和無線信號(hào)，不僅能同時(shí)提供獨(dú)立的有線和無線服務(wù)，并且使得中心站結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高穩(wěn)定性和造價(jià)便宜。
圖3為本發(fā)明傳輸系統(tǒng)示意圖，由光載毫米波與基帶信號(hào)產(chǎn)生模塊12產(chǎn)生的雙邊帶信號(hào)通過傳輸光纖6發(fā)送至基站13，在基站中將無線信號(hào)和有線信號(hào)分別進(jìn)行處理。無線信號(hào)通過毫米波天線發(fā)送，而有線信號(hào)通過低速的光電檢測(cè)器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)提供有線接入服務(wù)。
圖4為本發(fā)明的用戶移動(dòng)終端接收機(jī)示意圖，移動(dòng)用戶通過其接收天線14接收由發(fā)送天線11發(fā)送的無線信號(hào)，并通過混頻器15進(jìn)行自混頻后將無線數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。
圖5顯示了本實(shí)施例中測(cè)量到的無線信號(hào)的誤碼率BER與接收光功率的關(guān)系。背靠背和傳輸20km后的眼圖。
圖6顯示了本實(shí)施例中測(cè)量到的有線信號(hào)的誤碼率BER與接收光功率的關(guān)系。背靠背和傳輸20km后的電眼圖。
本發(fā)明中的所述的方法及裝置適合于頻率為1～40GHZ以及其它頻率的WDM光纖傳輸無線信號(hào)系統(tǒng)。
本發(fā)明利用雙邊帶調(diào)制原理和光濾波器原理，利用了雙臂調(diào)制器產(chǎn)生雙邊帶信號(hào)所具有的較高可靠性和廉價(jià)特性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明采用光濾波原理，從下行鏈路中濾出ROF毫米波與基帶數(shù)據(jù)信號(hào)，供不同的用戶使用。這樣我們中心站的配置也很簡(jiǎn)單，僅用一個(gè)雙電極的調(diào)制器，就實(shí)現(xiàn)了基帶信號(hào)與無線信號(hào)的同時(shí)產(chǎn)生與傳輸，在下行光纖傳輸鏈路中，可以僅用一個(gè)波長(zhǎng)的光波，同時(shí)傳輸兩路信號(hào)，這樣占用的頻譜帶寬窄，但傳輸?shù)臄?shù)據(jù)卻是同等情況下的兩倍，可以在一定程度上解決頻譜資源緊張問題。用這種方法，在基站中也不需要很復(fù)雜的配置，使基站變得簡(jiǎn)單，也降低了的成本。本發(fā)明可以采用光交叉復(fù)用器作為光濾波器，由于光交叉復(fù)用器具有周期性的特性，如果是波分復(fù)用系統(tǒng)，多個(gè)波長(zhǎng)可以共享一個(gè)交叉復(fù)用器，因此本發(fā)明所述的光毫米波與基帶數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)產(chǎn)生和傳輸系統(tǒng)不但能用于單信道ROF系統(tǒng)，同樣適用于波分復(fù)用ROF系統(tǒng)。
總之，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能用較低的成本，同時(shí)提供有線和無線雙重服務(wù)，并且使得整個(gè)ROF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
權(quán)利要求
1.一種同時(shí)產(chǎn)生無線信號(hào)和有線信號(hào)的方法，其特征在于所述的方法包括以下步驟使用連續(xù)波激光器產(chǎn)生光載波；使用雙臂調(diào)制器產(chǎn)生雙邊帶信號(hào)；無線信號(hào)通過副載波多路復(fù)用(SCM)進(jìn)行上變頻并載到副載波上，然后輸入到雙臂強(qiáng)度調(diào)制器的一驅(qū)動(dòng)臂；有線信號(hào)作為另一驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入雙臂調(diào)制器的另一驅(qū)動(dòng)臂；光載波信號(hào)進(jìn)入調(diào)制器進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制產(chǎn)生雙邊帶(DSB)調(diào)制信號(hào)，有線信號(hào)被載到光載波上，無線信號(hào)在副載波上。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征在于采用了副載波復(fù)用技術(shù)。
3.在基站將同時(shí)傳輸過來的無線和有線信號(hào)分離開的方法，其特征在于用光交叉復(fù)用器將光載波和副載波分開，得到有線信號(hào)和無線信號(hào)，再分別對(duì)兩種信號(hào)進(jìn)行不同的處理。
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)域中的采用雙臂調(diào)制器和單波長(zhǎng)光源同時(shí)產(chǎn)生無線信號(hào)和有線基帶的方法，以及同時(shí)在同一波長(zhǎng)上通過光纖同時(shí)傳送二種信號(hào)的系統(tǒng)。本發(fā)明利用雙邊帶調(diào)制原理和光濾波器原理，利用了雙臂M－Z調(diào)制器產(chǎn)生雙邊帶信號(hào)所具有的較高可靠性和廉價(jià)特性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明采用光濾波原理，從下行鏈路中濾出ROF毫米波與基帶數(shù)據(jù)信號(hào)，供不同的用戶使用。本發(fā)明所述的光毫米波與基帶數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)產(chǎn)生和傳輸系統(tǒng)不但能用于單信道ROF系統(tǒng)，同樣適用于波分復(fù)用ROF系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H04B10/152GK101090299SQ200710034958
公開日2007年12月19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)