專利名稱：基于光學(xué)四波混頻效應(yīng)的倍頻毫米波產(chǎn)生簡化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖-無線(Radio-over-Fiber,縮寫為R0F)通信系統(tǒng)技術(shù)中 毫米波產(chǎn)生領(lǐng)域。(二) 背景技術(shù)未來的無線接入系統(tǒng)無疑將會延伸到毫米波段，由于毫米波信號在空氣中傳 輸距離短，且毫米波電子器件較為昂貴，目前的無線接入方式不能適應(yīng)毫米波 通信的要求。光纖-無線通信系統(tǒng)(Radio-Over-Fiber System,簡稱為ROF系統(tǒng)) 將會成為解決寬帶無線接入最有前景的技術(shù)。ROF系統(tǒng)是在中心站中將毫米波和 數(shù)據(jù)信號同時(shí)上傳到光載波上，并傳輸至基站，在基站中只需進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和 放大，因而基站的結(jié)構(gòu)可變得簡單。ROF系統(tǒng)可以以最低的價(jià)格滿足光毫米波通 信的要求。光毫米波的產(chǎn)生是降低造價(jià)和提高ROF系統(tǒng)性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。至今為 止，已提出的光毫米波的產(chǎn)生的方法有三類直接強(qiáng)度調(diào)制，外部強(qiáng)度調(diào)制和 遠(yuǎn)程外差。在毫米波產(chǎn)生方案中，帶寬和頻譜利用率是技術(shù)研究最關(guān)心的問題。 如何以簡單的光子器件來產(chǎn)生高頻率的光毫米波是解決問題的著重點(diǎn)?；谒?波混頻效應(yīng)的倍頻毫米波產(chǎn)生技術(shù)也有效的解決了這一問題。Qing Wang， "Millimeter-wave frequency tripling based on four-wave mixing in a Semiconductor optical amplifier" ，IEEE Photonics Technology Letters Vol. 18， No. 23， 2006: 2460-2462,2006，Andreas Wiberg， "Microwave-photonic frequency multiplication utilizing optical four-wave mixing and fiber Bragg gratings" ， IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 24， No. 1， 2006: 329-334,2006。但目前所采用的這些光 毫米波產(chǎn)生技術(shù)都是先調(diào)制光信號形成毫米波信號，然后再進(jìn)行基帶數(shù)據(jù)信號 的調(diào)制。兩個(gè)過程將采用較多的光子器件，增加了系統(tǒng)造價(jià)。為了解決上述問題，我們的方案采用一個(gè)本地振蕩信號(L0)與基帶數(shù)據(jù) 信號混頻，用于直接調(diào)制光信號。調(diào)節(jié)馬赫曾德爾調(diào)制器(MZM)的偏壓，實(shí)現(xiàn) 光信號的載波抑制調(diào)制，形成只含有兩個(gè)一階邊帶的調(diào)制信號。調(diào)制信號經(jīng)摻 鉺光纖放大器(EDFA)進(jìn)行功率放大后，再經(jīng)過四波混頻(F麗)單元在兩個(gè)一 階邊帶兩邊分別形成一個(gè)新的混頻邊帶。采用可調(diào)諧濾波器濾除原有的兩個(gè)一 階邊帶，在光電檢測端對兩個(gè)新的混頻邊帶進(jìn)行拍頻就可以形成六倍頻的毫米 波信號。本發(fā)明裝置基于光學(xué)非線性效應(yīng)如四波混頻(F麗)單元產(chǎn)生新的混頻 邊帶(其中四波混頻單元可以由高非線性光纖或半導(dǎo)體光放大器構(gòu)成)。這樣可以降低使用的本振信號源的頻率，降低混頻器、光調(diào)制器的帶寬要求，因此 本發(fā)明方案在增加信號帶寬，提高頻譜利用率的基礎(chǔ)上也節(jié)省了系統(tǒng)造價(jià)。(三) 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對上述情況，解決了光毫米波的產(chǎn)生在帶寬、頻譜利用率方面所存在的問題，將本地振蕩信號(L0)與基帶數(shù)據(jù)信號混頻，用于直接以載波抑 制的調(diào)制方式調(diào)制光信號，經(jīng)四波混頻(FWM)單元在兩個(gè)一階邊帶兩邊分別形 成一個(gè)新的混頻邊帶，經(jīng)濾波器濾除原有的一階邊帶，新的混頻邊帶拍頻后就 將形成已調(diào)制基帶數(shù)據(jù)信號的毫米波信號，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低。本發(fā)明基 于系統(tǒng)中四波混頻(F麗)單元的兩種不同構(gòu)成器件，提供了兩種倍頻的毫米波 產(chǎn)生方案。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的倍頻的光毫米波產(chǎn)生的方案如下 利用單模激光器產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)光信號；采用一個(gè)本地振蕩信號(L0)與基 帶數(shù)據(jù)信號混頻，通過馬赫曾德爾調(diào)制器(MZM)直接調(diào)制光信號；調(diào)節(jié)馬赫曾 德爾調(diào)制器(MZM)的偏壓，實(shí)現(xiàn)光信號的載波抑制調(diào)制，形成只含有兩個(gè)一階 邊帶的調(diào)制信號；此調(diào)制信號已加載了基帶數(shù)據(jù)信號；調(diào)制信號經(jīng)摻鉺光纖放 大器(EDFA)進(jìn)行功率放大后，再經(jīng)過四波混頻(FWM)單元在兩個(gè)一階邊帶兩 邊分別形成一個(gè)新的混頻邊帶；采用可調(diào)諧濾波器濾除原有的兩個(gè)一階邊帶； 在光電檢測器中兩個(gè)新的混頻邊帶進(jìn)行拍頻就可以形成攜帶基帶數(shù)據(jù)信號的倍 頻的毫米波信號。本發(fā)明在調(diào)制端直接將基帶數(shù)據(jù)信號與本地振蕩信號(L0)混頻用于調(diào)制 光信號，與以往的先調(diào)制光信號形成毫米波信號，再調(diào)制基帶數(shù)據(jù)信號的方案 相比，節(jié)約光子器件的數(shù)量且降低了器件的帶寬要求，因此降低了毫米波產(chǎn)生 裝置的造價(jià)。本發(fā)明基于四倍頻(FWM)效應(yīng)產(chǎn)生倍頻的光毫米波信號的方案， 增加了信號帶寬，極大的提高頻譜利用率。(四)


圖1為本發(fā)明的裝置實(shí)現(xiàn)方案一結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的裝置實(shí)現(xiàn)方案二結(jié)構(gòu)示意圖。圖中-1- 單模激光器(DFB) l卜單模激光器(DFB)2- 馬赫-曾德爾調(diào)制器(MZM) 22-馬赫-曾德爾調(diào)制器(MZM) 3_摻鉺光纖放大器(EDFA) 33-摻鉺光纖放大器(EDFA)4- 可調(diào)諧光濾波器 44-可調(diào)諧光濾波器5- 高非線性光纖(HNLF)6- 半導(dǎo)體光放大器(S0A)7- 四波混頻(F麗)單元 77-四波混頻(F簡)單元8- 基帶數(shù)據(jù)信號 88-基帶數(shù)據(jù)信號9- 本地振蕩信號(L0) 99-本地振蕩信號(L0)10- 電混頻器11- 基于高非線性光纖(HNLF)的倍頻毫米波信號輸出12- 基于半導(dǎo)體光放大器(S0A)的倍頻毫米波信號輸出具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)例子和附圖，對本發(fā)明作具體說明。由圖1所示，倍頻的毫米波產(chǎn)生方案一中的各部件分別說明如下單模激光器l，用于產(chǎn)生指定波長的單縱模光載波；馬赫-曾德爾調(diào)制器2，用于對指定波長的單縱模光載波進(jìn)行載波抑制調(diào)制； 摻鉺光纖放大器3，用于對調(diào)制信號的功率放大；高非線性光纖5，用于在調(diào)制信號的兩個(gè)一階邊帶兩邊分別形成一個(gè)新的混 頻邊帶，其中兩個(gè)新的混頻邊帶的頻率間隔為六倍本振(L0)頻率； 可調(diào)諧光濾波器4，用于濾除調(diào)制信號的兩個(gè)一階邊帶； 基帶數(shù)據(jù)信號8，指下行鏈路的數(shù)據(jù)信號；本地振蕩信號9，用于與基帶數(shù)據(jù)信號混頻，直接調(diào)制光載波信號； 混頻器10，用于將基帶數(shù)據(jù)信號與本地振蕩信號進(jìn)行混頻； 本發(fā)明所采用的倍頻的光毫米波產(chǎn)生方案一工作工程如下 利用單模激光器1產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)光信號；采用一個(gè)本地振蕩信號9與基帶數(shù) 據(jù)信號8混頻，通過馬赫曾德爾調(diào)制器2直接調(diào)制光信號；調(diào)節(jié)馬赫曾德爾調(diào) 制器(MZM)的偏壓，實(shí)現(xiàn)光信號的載波抑制調(diào)制，形成只含有兩個(gè)一階邊帶的 調(diào)制信號；此調(diào)制信號已加載了基帶數(shù)據(jù)信號；調(diào)制信號經(jīng)摻鉺光纖放大器3 進(jìn)行功率放大后，再經(jīng)過高非線性光纖5在兩個(gè)一階邊帶兩邊分別形成一個(gè)新 的混頻邊帶；其中兩個(gè)新的混頻邊帶的頻率間隔為六倍本振(L0)頻率；采用 可調(diào)諧濾波器4濾除原有的兩個(gè)一階邊帶；在光電檢測端對剩下的兩個(gè)新的混 頻邊帶進(jìn)行拍頻就可以形成攜帶基帶數(shù)據(jù)信號的六倍頻的毫米波信號。由圖2所示，倍頻的毫米波產(chǎn)生方案二中的各部件分別說明如下 單模激光器ll，用于產(chǎn)生指定波長的單縱模光載波；馬赫-曾德爾調(diào)制器22，用于對指定波長的單縱模光載波進(jìn)行載波抑制調(diào)制; 慘鉺光纖放大器33，用于對調(diào)制信號的功率放大；半導(dǎo)體光放大器6，用于在調(diào)制信號的兩個(gè)一階邊帶兩邊分別形成一個(gè)新的 混頻邊帶，其中兩個(gè)新的混頻邊帶的頻率間隔為六倍本振(L0)頻率； 可調(diào)諧光濾波器44，用于濾除調(diào)制信號的兩個(gè)一階邊帶； 基帶數(shù)據(jù)信號88，指下行鏈路的數(shù)據(jù)信號；本地振蕩信號99，用于與基帶數(shù)據(jù)信號混頻，直接調(diào)制光載波信號； 混頻器10，用于將基帶數(shù)據(jù)信號與本地振蕩信號進(jìn)行混頻； 利用單模激光器11產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)光信號；采用一個(gè)本地振蕩信號99與基帶 數(shù)據(jù)信號88混頻，通過馬赫曾德爾調(diào)制器22直接調(diào)制光信號；調(diào)節(jié)馬赫曾德 爾調(diào)制器(MZM)的偏壓，實(shí)現(xiàn)光信號的載波抑制調(diào)制，形成只含有兩個(gè)一階邊 帶的調(diào)制信號；此調(diào)制信號已加載了基帶數(shù)據(jù)信號；調(diào)制信號經(jīng)摻鉺光纖放大 器33進(jìn)行功率放大后，再經(jīng)過半導(dǎo)體光放大器6在兩個(gè)一階邊帶兩邊分別形成 一個(gè)新的混頻邊帶；其中兩個(gè)新的混頻邊帶的頻率間隔為六倍本振(L0)頻率； 采用可調(diào)諧濾波器濾除原有的兩個(gè)一階邊帶；在光電檢測端對兩個(gè)新的混頻邊 帶進(jìn)行拍頻就可以形成攜帶基帶數(shù)據(jù)信號的六倍頻的毫米波信號。(六)主要技術(shù)優(yōu)勢本發(fā)明在調(diào)制端直接將基帶數(shù)據(jù)信號與本地振蕩信號(L0)混頻調(diào)制光信號， 與以往的先調(diào)制光信號形成毫米波信號再調(diào)制基帶數(shù)據(jù)信號相比，節(jié)約光子器 件，節(jié)約了毫米波產(chǎn)生裝置的造價(jià)。基于四倍頻(F簡)效應(yīng)倍頻的光毫米波信 號產(chǎn)生方案，增加信號帶寬，極大的提高頻譜利用率?？傊景l(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能用較低的成本產(chǎn)生高性能倍頻的光毫米波信號，盡 量減少了所使用的元器件的數(shù)量，性能穩(wěn)定，容易實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1、屬于光纖-無線(Radio-over-Fiber，縮寫為ROF)通信系統(tǒng)技術(shù)中毫米波產(chǎn)生領(lǐng)域、一種基于光學(xué)四波混頻效應(yīng)的倍頻毫米波產(chǎn)生簡化裝置，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)生連續(xù)光載波；采用一個(gè)本地振蕩信號與基帶數(shù)據(jù)信號混頻；混頻信號用于通過一個(gè)馬赫-曾德爾調(diào)制器(MZM)調(diào)制連續(xù)光載波，調(diào)節(jié)調(diào)制器的偏壓，實(shí)現(xiàn)光信號的載波抑制調(diào)制，形成只含有兩個(gè)一階邊帶的調(diào)制信號，此調(diào)制信號已調(diào)制了基帶數(shù)據(jù)信號；調(diào)制信號經(jīng)摻鉺光纖放大器進(jìn)行功率放大；信號再經(jīng)過四波混頻(FWM)單元在兩個(gè)一階邊帶兩邊分別形成一個(gè)新的混頻邊帶，其中兩個(gè)新的混頻邊帶的頻率間隔為六倍本振(LO)頻率；采用可調(diào)諧濾波器濾除原有的兩個(gè)一階邊帶；在光電檢測端對剩下的兩個(gè)新的混頻邊帶進(jìn)行拍頻就可以形成攜帶基帶數(shù)據(jù)信號的六倍頻的毫米波信號。
2、 根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征在于采用一個(gè)本地振蕩信號與 基帶數(shù)據(jù)信號混頻，用于通過一個(gè)馬赫-曾德爾調(diào)制器(MZM)通過載 波抑制格式調(diào)制連續(xù)光載波。
3、 對調(diào)制信號進(jìn)行功率發(fā)大后，利用光學(xué)非線性效應(yīng)(四波混頻F麗) 在載波抑制調(diào)制的兩個(gè)一階邊帶兩邊產(chǎn)生兩個(gè)新的混頻邊帶。
4、 所利用光學(xué)非線性效應(yīng)的器件可采用高非線性光纖(HNLF)。
5、 所利用光學(xué)非線性效應(yīng)的器件可采用半導(dǎo)體光放大器(S0A)。
6、 根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征在于采用可調(diào)諧濾波器濾除原 有的兩個(gè)一階邊帶，在光電檢測端對剩下的兩個(gè)新的混頻邊帶進(jìn)行拍 頻就可以形成攜帶基帶數(shù)據(jù)信號的六倍頻的毫米波信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種屬于光纖-無線(Radio-over-Fiber，縮寫為ROF)通信技術(shù)中毫米波產(chǎn)生領(lǐng)域的基于光學(xué)四波混頻效應(yīng)的倍頻毫米波產(chǎn)生簡化裝置。本發(fā)明利用光載波抑制調(diào)制、四波混頻(FWM)效應(yīng)和光濾波器原理，利用馬赫曾德爾調(diào)制器(MZM)，將一個(gè)本地振蕩信號(LO)與基帶數(shù)據(jù)信號混頻用于光信號的載波抑制調(diào)制，調(diào)制信號經(jīng)功率放大后，再經(jīng)過四波混頻(FWM)單元在兩個(gè)一階邊帶兩邊分別形成一個(gè)新的混頻邊帶。采用可調(diào)諧濾波器濾除原有的兩個(gè)一階邊帶，在光電檢測端對兩個(gè)新的混頻邊帶進(jìn)行拍頻就可以形成六倍頻的毫米波信號。本方案可降低使用的本振信號源的頻率，降低混頻器、光調(diào)制器的帶寬要求，因此本發(fā)明方案在增加信號帶寬，提高頻譜利用率的基礎(chǔ)上也節(jié)省了系統(tǒng)造價(jià)。
文檔編號H04B10/12GK101217318SQ20081003045
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月10日
發(fā)明者余建軍, 林 陳 申請人:湖南大學(xué)