一种高速率光毫米波产生与无中继长跨距传输方法与装置

摘要

本发明提出了一种高速率光毫米波产生与无中继长跨距传输方法与装置，载频40GHz，数据10Gbit／s，无中继长跨距122.79km。10Gbit／s NRZ电数据信号经由SHF803P放大后进入40G强度调制器，DFB激光90％的部分经偏振控制器同时进入该调制器，激光被电数据强度调制产生高速率调制光；该光谱90％部分经掺铒光纤放大器放大、XTM50滤波得到40GHz多倍时钟光谱，该时钟光谱与高速率调制光10％部分由VOA调整幅度后合路得到高速率光毫米波；光毫米波经KPS掺铒光纤放大器放大后进入近色散平坦光纤组传输，在远程基站拍频后形成电毫米波；采用了后向拉曼放大器以提高信号传输质量。本方法可拓展研究载频20GHz、30GHz、50GHz的高比特率光毫米波系统，可应用于微波光子学等领域。

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种高速率光毫米波产生与无中继长跨距传输方法与装置，可应用于微波光 子学、光纤通信、无线光纤接入等领域。

背景技术

近年来，大数据、移动话务、宽带流媒体等各种业务不断剧增，高速率大容量无线通信 需求日益增加。为了实现无线宽带通信，提高其工作频率，将光纤通信技术和高频无线接入 融合起来的光毫米波通信技术Radio-over-Fiber(RoF)应需而生。目前，光毫米波产生、传输 与接收技术作为一种新兴发展起来的通信技术已经成为实现超宽带接入的研究热点。

鉴于光毫米波系统对器件性能参量、光纤参量等要求苛刻，目前光毫米波产生实验技术 中，大多采用数据较低速率、传输单跨距短情况，如NRZ光毫米波信号60GHz、2.5Gbit／s、 50km[1Hongiun Zheng，Shanliang Liu，Xin Li，Weitao Wang，Zhen Tian.Generation and  transmission simulation of 60G millimeter-wave by using semiconductor optical amplifiers for  radio-over-fiber systems.Optics Communications.282(22)：4440-4444(2009)]，DPSK光毫米波 信号20GHz、1.25Gbps、25km[2Q.Chang，T.Ye，and Y.Su，″Generation of optical carrier  suppressed-differential phase shift keying(OCS-DPSK)format using one dual-parallel  Mach-Zehnder modulator in radio over fiber systems，″Opt.Express16，10421-10426(2008)]， OFDM格式光毫米波信号19GHz、4Gbps、50km[3C.Lin，Y.Lin，J.(J.)Chen，S.Dai，P.T. Shih，P.Peng，and S.Chi，″Optical direct-detection OFDM signal generation for radio-over-fiber  link using frequency doubling scheme with carrier suppression，″Opt.Express16，6056-6063 (2008)]，QPSK光载毫米波信号60GHz、2Gbps、20km，ASK光毫米波60GHz，3Gbps、20km [Anthony Ng′oma，Davide Fortusini，Devang Parekh，Weijian Yang，Michael Sauer，Seldon  Benjamin，Wemer Hofrnann，Markus C.Amann，and Connie J.Chang-Hasnain，″Performance of a  Multi-Gb／s60GHz Radio Over Fiber System Employing a Directly Modulated Optically  Injection-Locked VCSEL，″J.Lightwave Technol.28(16)，2436-2444(2010)]，OOK光毫米波 60GHz与56GHz，1Gbps、50km[5Liang Zhang，Ming Zhu，Chenhui Ye，Shu-Hao Fan，Cheng Liu， Xiaofeng Hu，Pan Cao，Qingjiang Chang，Yikai Su，and Gee-Kung Chang，″Generation and  transmission of multiband and multi-gigabit60-GHz MMW signals in an RoF system with  frequency quintupling technique，″Opt.Express21，9899-9905(2013)]，OFDM光毫米波60GHz， 4.65Gbps×8channels、40km[6Li Tao，Jianjun Yu，Qi Yang，Yufeng Shao，Junwen Zhang，and  Nan Chi，″A novel transform domain processing based channel estimation method for OFDM  radio-over-fiber systems，″Opt.Express21，7478-7487(2013)]。然而，我国幅员辽阔、人口众多， 信息通信需求迅猛增长，高比特率光毫米波产生与无中继长跨距传输的需求变得日益迫切。 专利申请内容

在光毫米波高速率、无中继长跨距需求日益迫切情况下，本发明提出了一种高速率光毫 米波产生与无中继长跨距传输方法与装置，系统载频40GHz，数据高速率10Gbit／s，无中继 长跨距122.79km；调整系统参数，载频可拓展到20GHz、30GHz、50GHz。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

针对40GHz、10Gbit／s高速率光毫米波系统，本发明提出了一种高速率光毫米波产生与 无中继长跨距传输方法与装置，拟采用的技术方案：安捷伦43Gbit／s误码仪81250输出的10 Gbit／s高速率NRZ伪随机脉冲序列电数据信号经由宽带电放大器SHF803P放大后进入40G 高速宽带强度调制器MOD；窄线宽DFB激光器产生的激光经10∶90分路器OC1分路后， 其中10％的激光可用于产生远程光本振源，此处不讨论；其中90％的激光经光偏振控制器PC 同时进入40G高速宽带强度调制器MOD；窄线宽激光被电数据强度调制产生高速率宽带调 制光，这里产生的高速率宽带调制光可分路作为下行光毫米波信号的部分即此系统同时产生 光毫米波与远程光振荡源，但我们这里仅讨论产生光毫米波情况；高速率宽带调制光由10∶ 90分路器OC2分路后，其中90％的光波经掺铒光纤放大器EDFA1放大后进入光滤波器 XTM50，滤波后得到40GHz多倍时钟光谱，该时钟光谱与分路器OC2分出的10％的激光光 谱由可调光衰减器VOA调整后经50∶50合路器OC3合路后得到高速率光毫米波；光毫米波 经KPS掺铒光纤放大器放大后进入近色散平坦光纤组Fiber传输，无中继单跨距传输光纤组 长度122.79km(由G655光纤8.47km和色散平坦光纤114.32km连接组成)；光毫米波到达远 程基站拍频后形成的电毫米波信号。为了保证信号传输质量、延长无中继传输跨距，采用了 后向拉曼放大器Raman对信号进行了放大。采用光谱仪AQ6319对信号传输特性进行光谱检 测分析处理；连接光谱仪AQ6319输入端口的光纤跳线拔下后可直接接到示波器DSA8300去 测量眼图等特性；其他光路环节也可跳线接入进行测量光谱、眼图信息。

本发明的有益效果是：

在40GHz、10Gbit／s高速率光毫米波系统中，本发明提出了一种新型高速率光毫米波产 生与无中继长跨距传输方法与装置；采用同一个DFB激光光源同时产生高速率光毫米波与远 程光本振源，可有效抑制相位噪声；采用的激光器具有窄线宽、高边模抑制比等性能，能有 效抑制强度噪声；采用10Gbit／s高速率数据通过一个宽带强度调制器去强度调制DFB激光可 提高数据速率。采用G655和色散平坦光纤组成的近色散平坦光纤组进行传输，能有效提高 信号输入功率和减小全跨距色散，提高传输性能；采用后向拉曼放大器对信号进行了放大， 提高了信号传输质量，延长了无中继传输跨距；与采用射频和基带信号分别调制相位和强度 的两种产生光毫米波方法相比，本发明能够同时产生高速率光毫米波与远程光本振源，光毫 米波产生与传输方案新颖、无中继跨距长。本专利方法与装置可作为探索研究高比特率光毫 米波系统的重要参考，可应用于微波光子学、光纤通信等领域。

附图说明

图1是一种新型高速率光毫米波产生与无中继长跨距传输装置图。1是安捷伦43Gbi t／s 误码仪81250，2是宽带电放大器SHF803P，3是40G高速宽带强度调制器MOD，4是窄线 宽DFB激光器，5是1O∶90分路器OC1，6是光偏振控制器PC，7是是10∶90分路器OC2， 8是掺铒光纤放大器EDFA1，9是光滤波器XTM50，10是可调光衰减器VOA，11是50∶50 合路器OC3，12是KPS掺铒光纤放大器，13是近色散平坦光纤组Fiber，14是后向拉曼放大 器Raman，15是光谱仪AQ6319，16是示波器DSA8300。

图2是得到的高速率宽带调制光谱(a)及其眼图(b)。

图3是KPS掺铒光纤放大器放大后(KPS泵浦电流I_P=0.4A)的光毫米波。

图4是高速率宽带调制光在近色散平坦光纤传输122.79km后的眼图，图4(a)是仅有 KPS掺铒光纤放大器放大的情况(I_P=0.4A)，图4(b)是有KPS掺铒光纤放大器和拉曼放 大器(27dBm)均衡放大的情况。

图5是光毫米波在近色散平坦光纤传输122.79km后的光谱，图5(a)是仅有KPS掺铒 光纤放大器放大的情况(I_p=0.4A)，图5(b)是有KPS掺铒光纤放大器和拉曼放大器(27dBm) 均衡放大的情况。

具体实施方式

下面结合附图和实施对本发明进一步说明。

图1所示，安捷伦43Gbit／s误码仪81250(1)输出的10Gbit／s高速率NRZ伪随机脉冲 序列电数据信号经由宽带电放大器SHF803P(2)放大后进入40G高速宽带强度调制器MOD (3)；窄线宽DFB激光器(4)产生的激光经10∶90分路器OC1(5)分路后，其中10％的 激光可用于产生远程光本振源，此处不讨论；其中90％的激光经光偏振控制器PC(6)同时 进入40G高速宽带强度调制器MOD；窄线宽激光被电数据强度调制产生高速率宽带调制光， 这里产生的高速率宽带调制光可分路作为下行光毫米波信号的部分即此系统同时产生光毫米 波与远程光振荡源，但我们这里仅讨论产生光毫米波情况；高速率宽带调制光由10∶90分路 器OC2(7)分路后，其中90％的光波经掺铒光纤放大器EDFA1(8)放大后进入光滤波器 XTM50(9)，滤波后得到40GHz多倍时钟光谱，该时钟光谱与分路器OC2分出的10％的激 光光谱由可调光衰减器VOA(10)调整后经50∶50合路器OC3(11)合路后得到高速率光毫 米波；光毫米波经KPS掺铒光纤放大器(12)放大后进入近色散平坦光纤组Fiber(13)传 输，无中继单跨距传输光纤组长度122.79km(由G655光纤8.47km和色散平坦光纤114.32km 连接组成)；光毫米波到达远程基站拍频后形成的电毫米波信号。为了保证信号传输质量，采 用了后向拉曼放大器Raman(14)对信号进行了放大。采用光谱仪AQ6319(15)对信号传 输特性进行光谱检测分析处理；连接光谱仪AQ6319输入端口的光纤跳线拔下后可直接接到 示波器DSA8300(16)去测量眼图等特性；其他光路环节也可跳线接入进行测量光谱、眼图 信息。

图2是得到的高速率宽带调制光谱(a)及其眼图(b)。图2(a)中虚线椭圆标示的是40GHz 的时钟谱，对它放大、滤波以及与主波合波等处理可得到光毫米波；图2(b)可见，眼图清 晰、眼皮薄、张开度好。

图3是KPS掺铒光纤放大器放大后(KPS泵浦电流I_p=0.4A)的光毫米波。可见，光毫 米波光谱清晰，数据中心光谱与时钟光谱间隔稳定在40GHZ(0.319nm)，两谱拍频后即为 电毫米波，载波频率40GHz，数据速率10Gbps；两光谱峰值差为3.9dBm；可以通过调节滤 波器XTM50的通带中心波长，两光谱间隔可拓展到20GHz、30GHz、50GHz；调节掺铒光 纤放大器EDFA1、滤波器XTM50带宽、可调衰减器可实现两光谱峰值的调节变化。

图4是高速率宽带调制光在近色散平坦光纤传输122.79km后的眼图，图4(a)是仅有 KPS掺铒光纤放大器放大的情况(I_p=0.4A)，图4(b)是有KPS掺铒光纤放大器和拉曼放 大器(27dBm)均衡放大的情况。图4(a)可见，仅在传输前放大时，传输后的眼图基本关 闭；图4(b)可见，在KPS掺铒光纤放大器和拉曼放大器(27dBm)均衡放大的情况下，传 输后眼图与传输前图2(b)比较，上眼皮变厚、抖动变大、图张开度变小；与图4(a)比较， 均衡放大能有效提高传输性能、使眼图张开度变好。

图5是光毫米波在近色散平坦光纤传输122.79km后的光谱，图5(a)是仅有KPS掺铒 光纤放大器放大的情况(I_P=0.4A)，图5(b)是有KPS掺铒光纤放大器和拉曼放大器(27dBm) 均衡放大的情况。图5(a)可见，仅在传输前放大时，由于长跨距光纤的损耗，传输后的光 谱有很大一部分淹没在背景噪声中，光谱变差，性能下降；图5(b)可见，在KPS掺铒光纤 放大器和拉曼放大器(27dBm)均衡放大的情况下，能使传输后光谱变好、有效提高传输性 能。两光谱间隔仍然保持在40GHz。