專利名稱：在光載無線通信系統(tǒng)中產(chǎn)生和傳輸多波段信號的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光通信技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體的說，是一種在光載無線通信系統(tǒng)中產(chǎn)生和傳輸多波段信號的方法。
背景技術(shù)：
光載無線通信是一種新興的技術(shù)，它主要結(jié)合光纖和無線通信兩大技術(shù)，利用光纖的低損耗、高帶寬特性，提升無線接入網(wǎng)的帶寬和移動性，為用戶提供“隨時，隨地，任何業(yè)務(wù)”的無線接入服務(wù)。與傳統(tǒng)的無線系統(tǒng)相比，光載無線通信系統(tǒng)有著更廣的蜂窩覆蓋，更高的帶寬，較低的配置成本，較低的功耗和易安裝等優(yōu)點(diǎn)。同時，在未來的光通信中，也需要利用光纖技術(shù)傳輸寬帶有線信號，即提供光纖到戶的有線接入服務(wù)。因此，服務(wù)提供商迫切需要一個集成的傳輸平臺，將無線和有線業(yè)務(wù)集中整合到同一個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，減少配置成本，滿足用戶的個性化需求?；诠廨d無線通信系統(tǒng)的多波段傳輸技術(shù)能夠在同樣的光纖基礎(chǔ)設(shè)施中同時傳輸基帶、微波和毫米波信號，為不同的終端用戶提供多樣化的業(yè)務(wù)，它在將來的有線和無線混合光接入服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中顯示出巨大的成本優(yōu)勢和靈活的應(yīng)用潛能。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，K.Ikeda等人發(fā)表在學(xué)術(shù)出版物《IEEEJournal of lightwave technology》(《IEEE光波技術(shù)期刊》)2003年第21卷，“Simultaneous Three-Band Modulation and Fiber-Optic Transmission of2.5-Gb/s Baseband，Microwave-，and 60-GHz-Band Signals on a SingleWavelength(在單個波長中同時三波段調(diào)制和光傳輸2.5-Gb/s基帶、微波和60-GHz-波段信號)”中，提及使用單個波長同時傳輸2.5-Gb/s的基帶、微波和60-GHz的毫米波信號，這個方案首先采用兩個電相加電路在電域上疊加三個波段的電信號，然后用疊加的多波段電信號驅(qū)動高速電吸收調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)在光載無線系統(tǒng)中同時傳輸多波段信號。但是這個方案電域上的信號處理比較復(fù)雜，電阻噪聲較大，且調(diào)制的過程中多波段信號會相互影響，從而衰落了系統(tǒng)的性能。而且在這個方案中，需要用到高頻毫米波信號源和高速調(diào)制器，導(dǎo)致系統(tǒng)的配置成本大大提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種在光載無線通信系統(tǒng)中產(chǎn)生和傳輸多波段信號的方法，采用一個低速的雙平行馬赫曾德調(diào)制器和一個低速的單臂馬赫曾德調(diào)制器，通過光載波抑制和靈活的頻率搬移技術(shù)，使其同時產(chǎn)生基帶信號、微波信號和高頻毫米波信號。本發(fā)明具有很強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)展性，如果采用高速器件，可以很容易的提升到100-GHz以上的頻段。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟步驟一、在發(fā)射端，用一個標(biāo)準(zhǔn)的雙平行馬赫曾德調(diào)制器調(diào)制由激光器發(fā)出的連續(xù)光波，連續(xù)光波在雙平行馬赫曾德調(diào)制器中分成兩路，分別進(jìn)入到雙平行馬赫曾德調(diào)制器中的第一子調(diào)制器和第二子調(diào)制器。
步驟二、用數(shù)據(jù)源提供基帶數(shù)據(jù)及射頻信號，由基帶數(shù)據(jù)和射頻信號混頻得到副載波信號，該副載波信號驅(qū)動第一子調(diào)制器，第一子調(diào)制器被偏置在第一子調(diào)制器的最低點(diǎn)，得到一個光載波抑制的光副載波信號，它的重復(fù)頻率為兩倍射頻信號頻率。然后用數(shù)據(jù)源提供的另一個基帶數(shù)據(jù)驅(qū)動第二子調(diào)制器，偏置點(diǎn)設(shè)置在第二子調(diào)制器峰值點(diǎn)和最低點(diǎn)的中間部分，得到調(diào)制在光載波上的振幅鍵控信號。
所述副載波信號，由數(shù)據(jù)源提供的基帶數(shù)據(jù)和射頻信號通過一個電混頻器混頻得到。
步驟三、設(shè)置雙平行馬赫曾德調(diào)制器的主馬赫曾德調(diào)制器的偏置電壓等于主馬赫曾德調(diào)制器的轉(zhuǎn)換電壓，使得兩個子調(diào)制器的輸出保持相同的相位，這樣它們的輸出結(jié)果相加。相加后的信號輸入到一個標(biāo)準(zhǔn)的單臂馬赫曾德調(diào)制器，這個單臂馬赫曾德調(diào)制器用同樣的射頻信號驅(qū)動，也偏置在最低點(diǎn)。第一子調(diào)制器的輸出經(jīng)過頻譜搬移后，得到基帶數(shù)據(jù)和四倍射頻信號頻率的光毫米波信號，第二子調(diào)制器的輸出經(jīng)過的頻譜搬移后，產(chǎn)生兩倍射頻信號頻率的光微波信號。因此，得到光域上的多波段信號。
所述驅(qū)動單臂馬赫曾德調(diào)制器的射頻信號，其頻率與混頻得到的副載波信號中的射頻信號頻率相同，通過采用光載波抑制的雙邊帶調(diào)制技術(shù)后，第一子調(diào)制器輸出信號的頻譜被搬移到載波和四次邊帶上，第二子調(diào)制器輸出信號的頻譜被搬移到二次邊帶上。
所述的光載波抑制的雙邊帶調(diào)制技術(shù)，是指用射頻信號調(diào)制光載波后，射頻信號搬移到光載波的兩邊，但是光載波被抑制，這樣得到重復(fù)頻率為兩倍射頻信號頻率的光信號。
所述第一子調(diào)制器的輸出被單臂馬赫曾德調(diào)制器調(diào)制后，得到的位于光載波上的基帶數(shù)據(jù)和光毫米波上的數(shù)據(jù)是同樣的，因此有線和無線用戶能夠分享同樣的數(shù)據(jù)服務(wù)。而光微波上的數(shù)據(jù)信號和基帶數(shù)據(jù)信號以及光毫米波上的數(shù)據(jù)信號是不同的。
所述第一子調(diào)制器得到的是光載波抑制的信號，而第二子調(diào)制器得到的是光載波上的信號，所以兩個子調(diào)制器的輸出信號在主馬赫曾德調(diào)制器端結(jié)合相加后所得的信號位于各自相應(yīng)的頻段，它們之間相互獨(dú)立。
步驟四、在接收端，用光濾波器分離光域上多波段信號，分離的信號經(jīng)過各自的光接收機(jī)檢測后，最終分別得到電域上的基帶、微波和毫米波。
所述光濾波器，由環(huán)行器結(jié)合光纖布拉格光柵實(shí)現(xiàn)。首先用一個環(huán)行器和一個光纖布拉格光柵組成的第一級光濾波器從多波段信號中分離出基帶信號。分離出基帶信號后的多波段信號輸入到第二個環(huán)行器和第二個光纖布拉格光柵中組成的第二級光濾波器中，分離出光微波和光毫米波信號。
本發(fā)明通過以上步驟，采用低速的信號源和低速的調(diào)制器，基于光載波抑制的雙邊帶調(diào)制和頻率搬移技術(shù)，就可以產(chǎn)生包括基帶、兩倍射頻信號頻率的微波信號和四倍射頻信號頻率的毫米波信號，不需要昂貴的高速調(diào)制器和高速毫米波信號源，因此大大降低了系統(tǒng)的配置成本。例如，如果光載傳輸120-GHz的毫米波，以前的方案需要120-GHz的高速調(diào)制器和高速毫米波信號源，這個代價是非常昂貴的，而我們的方案只需要30-GHz的調(diào)制器和信號源就可以產(chǎn)生120-GHz的光載毫米波。而且多波段信號采用全光產(chǎn)生的方法，電域上不需要采用多個電相加電路疊加電信號，因此電域上的信號處理簡單，且在調(diào)制的過程中，多波段信號相互獨(dú)立，有效避免了信號間的相互干擾。另外多波段信號通過調(diào)制單個的波長得到，更易于進(jìn)行多波段信號的波長集中管理。


圖1為本發(fā)明原理圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，是本發(fā)明原理圖，一個副載波信號和一個基帶數(shù)據(jù)信號分別驅(qū)動一個標(biāo)準(zhǔn)雙平行馬赫曾德調(diào)制器的兩個射頻輸入端，雙平行馬赫曾德調(diào)制器是由主馬赫曾德調(diào)制器及其兩臂上的兩個平行的且相同的第一子調(diào)制器和第二子調(diào)制器組成。其中第一子調(diào)制器偏置在第一子調(diào)制器的最低點(diǎn)，產(chǎn)生光載波抑制的光副載波信號；第二子調(diào)制器偏置在第二子調(diào)制器的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)的中間處，產(chǎn)生位于光載波上的振幅鍵控信號。然后用一個單臂馬赫曾德調(diào)制器調(diào)制雙平行馬赫曾德調(diào)制器的輸出信號，單臂馬赫曾德調(diào)制器也偏置在最低點(diǎn)。通過采用光載波被抑制和頻譜搬移技術(shù)，第一子調(diào)制器的輸出經(jīng)過頻譜搬移后，得到基帶信號和四倍射頻信號頻率的光毫米波信號；第二子調(diào)制器經(jīng)過同樣方式的頻譜搬移，得到兩倍射頻信號頻率的光微波信號。利用這種簡單的設(shè)計，在光載無線通信系統(tǒng)中可以很靈活的產(chǎn)生光域上的多波段信號。最后，用光濾波器分離光域上的多波段信號，通過各自的接收機(jī)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，就可以得到電域上的基帶信號、微波信號和毫米波信號。電域上的基帶信號通過有線接入網(wǎng)絡(luò)送達(dá)終端用戶，電域上的微波和毫米波信號通過天線，以無線接入網(wǎng)絡(luò)的方式送達(dá)終端用戶。
如圖2所示，是本發(fā)明的具體實(shí)施例。激光器提供波長為1548.86-nm的連續(xù)光波，這個連續(xù)光波輸入到雙平行馬赫曾德調(diào)制器。在雙平行馬赫曾德調(diào)制器中連續(xù)光波分成兩路，分別進(jìn)入到第一子調(diào)制器和第二子調(diào)制器中。其中副載波信號由1.25-Gbps的非歸零的長度達(dá)27-1的偽隨機(jī)比特序列PRBS1和10-GHz射頻信號混頻得到，用來驅(qū)動第一子調(diào)制器，并偏置在第一子調(diào)制器的最低點(diǎn)，產(chǎn)生20-GHz的載波抑制的光副載波信號；用1.25-Gbps的非歸零的長度達(dá)27-1的偽隨機(jī)比特序列PRBS2驅(qū)動第二子調(diào)制器，并偏置在第二子調(diào)制器最低點(diǎn)和最高點(diǎn)的中間處，產(chǎn)生光載波上的振幅鍵控信號。然后調(diào)節(jié)主馬赫曾德調(diào)制器的偏置，使雙平行馬赫曾德調(diào)制器的輸出是兩個子調(diào)制器輸出信號的相加，雙平行馬赫曾德調(diào)制器的輸出信號進(jìn)入到一個級聯(lián)的單臂馬赫曾德調(diào)制器，這個調(diào)制器被10-GHz的射頻信號驅(qū)動，也偏置在最低點(diǎn)，對雙平行馬赫曾德調(diào)制器的輸出進(jìn)行光載波抑制調(diào)制和頻譜搬移后，得到光域上的基帶、20-GHz微波、40-GHz毫米波信號。產(chǎn)生的多波段信號經(jīng)過摻鉺光纖放大器后，得到6.5-dBm的光功率，并用一個可調(diào)帶通光濾波器濾除摻鉺光纖放大器的自發(fā)輻射噪聲。經(jīng)過25公里的光纖傳輸后，到達(dá)接收端。在接收端，光信號進(jìn)入到由第一個環(huán)行器和第一個光纖布拉格光柵(3-dB帶寬為0.1-nm，反射率為90％)組成的第一級光濾波器，將載波上的基帶信號從多波段信號中分離出來，分離出基帶信號后的多波段信號再通過由第二個環(huán)行器和第二個光纖布拉格光柵(3-dB帶寬是0.2-nm，反射率是90％)組成的第二級光濾波器，將20-GHz的微波信號和40-GHz的毫米波信號分開。分離的多波段信號經(jīng)過各自的光接收機(jī)檢測后，最終分別得到電域上的基帶，20-GHZ的微波和40-GHz的毫米波。
如圖3所示，是本實(shí)施例的結(jié)果。圖3(a)是1.25-Gbps基帶數(shù)據(jù)和10-GHz射頻信號混頻后得到的副載波信號的波形，由于混頻過程中基帶數(shù)據(jù)中直流和低頻成分的影響，0電平上有一定的幅度；(b-i)-(b-iii)分別是用副載波信號驅(qū)動第一子調(diào)制器，采用光載波抑制技術(shù)得到的光信號的波形、眼圖和光譜。光副載波的波形和電域上的副載波波形完全對應(yīng)，從眼圖可以看出得到的是重復(fù)頻率為兩倍射頻信號頻率的光信號，從光譜上可以看出，光載波抑制超過10-db，得到載波被抑制的雙邊帶信號；(c)是用另一個1.25-Gbps數(shù)據(jù)驅(qū)動第二子調(diào)制器，得到的光信號的光譜；(d)是雙平行馬赫曾德調(diào)制器的輸出信號的光譜，從光譜上可以看出，它是兩個子調(diào)制器輸出的疊加，載波的上幅度和邊帶的幅度大約差3db；(e-i)和(e-ii)分別是用單臂馬赫曾德調(diào)制器調(diào)制第二子調(diào)制器的輸出，得到的20-GHz光微波信號的光譜和眼圖，從光譜上可以看出，光載波抑制超過10-db，；(f)是用單臂馬赫曾德調(diào)制器調(diào)制第一子調(diào)制器的輸出，得到的基帶和40-GHz光毫米波信號的光譜，從光譜上可以看出，經(jīng)過頻譜搬移后，重復(fù)頻率為20GHz的信號邊帶被抑制超過10-db；(g)是用10-GHz射頻信號驅(qū)動單臂馬赫曾德調(diào)制器，得到的多波段信號經(jīng)過放大后的光譜，從光譜上可以看出，載波的幅度最高，而40-GHz光毫米波信號與載波相差5db左右。這是由于通過光載波抑制和頻譜搬移后，載波上的信號發(fā)生了疊加；(h)是從多波段信號中分離出的基帶信號的光譜，從光譜上可以看出，有殘留的光微波和毫米波邊帶，這是由于濾波器不是理想的濾波器，，無法完全濾除不想要的信號；(i)是分離出基帶信號后的信號光譜，從光譜上可以看出，40-GHz光毫米波信號的左右邊帶不是完全對稱的，這是由于濾波器對溫度和波長敏感引起的；(j-i)和(j-ii)是分離出的20-GHz光微波信號的光譜和眼圖；同樣，不完善的濾波器使得有殘留的其它邊帶成分存在(k)是分離出的40-GHz光毫米波信號的光譜，從光譜上可以看出，對其它邊帶的抑制也超過了10-db；(l)是基帶信號的電眼圖，雖然受到殘留其它邊帶成分的干擾，但是由于基帶信號對光纖傳輸中的非線性效應(yīng)不敏感，所以眼圖最好；(m)是微波信號的電眼圖；(n)是毫米波信號的電眼圖。由于微波和毫米波信號在光纖傳輸中易受到非線性效應(yīng)的影響，以及殘留的其它邊帶成分的干擾，眼圖質(zhì)量雖然稍差，但是仍然可以得到無誤碼的傳輸。
權(quán)利要求
1.一種在光載無線通信系統(tǒng)中產(chǎn)生和傳輸多波段信號的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一、在發(fā)射端，用一個標(biāo)準(zhǔn)雙平行馬赫曾德調(diào)制器調(diào)制由激光器提供的連續(xù)光波，連續(xù)光波在雙平行馬赫曾德調(diào)制器中分成兩路，分別進(jìn)入到雙平行馬赫曾德調(diào)制器中的第一子調(diào)制器和第二子調(diào)制器；步驟二、用數(shù)據(jù)源提供的基帶數(shù)據(jù)和射頻信號混頻得到副載波信號，用該副載波信號驅(qū)動第一子調(diào)制器，第一子調(diào)制器被偏置其最低點(diǎn)，得到一個光載波抑制的光副載波信號，該光副載波信號的重復(fù)頻率為兩倍射頻信號頻率，然后用數(shù)據(jù)源提供的另一個基帶數(shù)據(jù)驅(qū)動第二子調(diào)制器，第二子調(diào)制器偏置點(diǎn)設(shè)置其峰值點(diǎn)和最低點(diǎn)的中間部分，得到調(diào)制在光載波上的振幅鍵控信號；步驟三、設(shè)置雙平行馬赫曾德調(diào)制器的主馬赫曾德調(diào)制器的偏置電壓等于主馬赫曾德調(diào)制器的轉(zhuǎn)換電壓，使得兩個子調(diào)制器的輸出相加，相加后的信號輸入到一個標(biāo)準(zhǔn)的單臂馬赫曾德調(diào)制器，這個單臂馬赫曾德調(diào)制器用射頻信號驅(qū)動，也偏置在最低點(diǎn)，第一子調(diào)制器的輸出經(jīng)過頻譜搬移后，得到基帶和四倍射頻信號頻率的光毫米波信號，第二子調(diào)制器的輸出經(jīng)過同樣方法的頻譜搬移后，產(chǎn)生兩倍射頻信號頻率的光微波信號，得到光域上的多波段信號；步驟四、在接收端，用光濾波器分離光域上多波段信號，分離的信號經(jīng)過各自的光接收機(jī)檢測后，最終分別得到電域上的基帶、微波和毫米波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在光載無線通信系統(tǒng)中產(chǎn)生和傳輸多波段信號的方法，其特征是，所述第一子調(diào)制器和第二子調(diào)制器完全相同，并平行地設(shè)置在雙平行馬赫曾德調(diào)制器的主馬赫曾德調(diào)制器兩臂上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在光載無線通信系統(tǒng)中產(chǎn)生和傳輸多波段信號的方法，其特征是，所述第一子調(diào)制器和第二子調(diào)制器的輸出相加所得的信號位于各自相應(yīng)的頻段，它們之間相互獨(dú)立。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在光載無線通信系統(tǒng)中產(chǎn)生和傳輸多波段信號的方法，其特征是，所述副載波信號由數(shù)據(jù)源提供的基帶數(shù)據(jù)和射頻信號通過一個電混頻器混頻得到。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在光載無線通信系統(tǒng)中產(chǎn)生和傳輸多波段信號的方法，其特征是，所述驅(qū)動單臂馬赫曾德調(diào)制器的射頻信號，其頻率與混頻得到的副載波信號中的射頻信號頻率相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在光載無線通信系統(tǒng)中產(chǎn)生和傳輸多波段信號的方法，其特征是，所述頻譜搬移，是指采用光載波抑制的雙邊帶調(diào)制技術(shù)后，第一子調(diào)制器和第二子調(diào)制器的輸出被分別搬移到載波、二次邊帶和四次邊帶的位置上，因而得到多波段信號，多波段信號分別位于各自相應(yīng)的頻段，各頻段之間相互獨(dú)立。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的在光載無線通信系統(tǒng)中產(chǎn)生和傳輸多波段信號的方法，其特征是，所述光載波抑制的雙邊帶調(diào)制技術(shù)，是指用射頻信號調(diào)制光載波后，射頻信號搬移到光載波的兩邊，但是光載波被抑制，這樣得到重復(fù)頻率為兩倍射頻信號頻率的光信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在光載無線通信系統(tǒng)中產(chǎn)生和傳輸多波段信號的方法，其特征是，第一子調(diào)制器的輸出被單臂馬赫曾德調(diào)制器調(diào)制后，得到的位于光載波上的基帶數(shù)據(jù)和光毫米波上的數(shù)據(jù)是同樣的，有線和無線用戶能夠分享同樣的數(shù)據(jù)服務(wù)，而光微波上的數(shù)據(jù)信號和基帶以及光毫米波上的數(shù)據(jù)信號是不同的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在光載無線通信系統(tǒng)中產(chǎn)生和傳輸多波段信號的方法，其特征是，所述光濾波器由環(huán)行器結(jié)合光纖布拉格光柵實(shí)現(xiàn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的在光載無線通信系統(tǒng)中產(chǎn)生和傳輸多波段信號的方法，其特征是，所述環(huán)行器和一個光纖布拉格光柵組成第一級光濾波器，該第一級光濾波器從多波段信號中分離出基帶信號，分離出基帶信號后的多波段信號輸入到由第二個環(huán)行器和第二個光纖布拉格光柵組成的第二級光濾波器中，分離出光微波和光毫米波信號。
全文摘要
一種光通信技術(shù)領(lǐng)域的在光載無線通信系統(tǒng)中產(chǎn)生和傳輸多波段信號的方法。方法為用一個標(biāo)準(zhǔn)的雙平行馬赫曾德調(diào)制器和一個標(biāo)準(zhǔn)的單臂馬赫曾德調(diào)制器，其中，雙平行馬赫曾德調(diào)制器分別用副載波和基帶數(shù)據(jù)驅(qū)動，單臂馬赫曾德調(diào)制器用射頻信號驅(qū)動，采用光載波抑制技術(shù)，通過靈活的頻譜搬移，得到位于光載波上的基帶數(shù)據(jù)、光微波信號和光毫米波信號。得到的多波段光信號用光濾波器分離后，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換，分別得到電域上的基帶、微波和毫米波信號。本發(fā)明不需昂貴的高速調(diào)制器和高速毫米波信號源，結(jié)構(gòu)緊湊，且只用單個的波長，降低了硬件成本，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
文檔編號H04B7/00GK101090300SQ200710043738
公開日2007年12月19日 申請日期2007年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月12日
發(fā)明者昌慶江, 蘇翼凱 申請人:上海交通大學(xué)