在光载无线通信系统中产生和传输多波段信号的方法

摘要

一种光通信技术领域的在光载无线通信系统中产生和传输多波段信号的方法。方法为：用一个标准的双平行马赫曾德调制器和一个标准的单臂马赫曾德调制器，其中，双平行马赫曾德调制器分别用副载波和基带数据驱动，单臂马赫曾德调制器用射频信号驱动，采用光载波抑制技术，通过灵活的频谱搬移，得到位于光载波上的基带数据、光微波信号和光毫米波信号。得到的多波段光信号用光滤波器分离后，经过光电转换，分别得到电域上的基带、微波和毫米波信号。本发明不需昂贵的高速调制器和高速毫米波信号源，结构紧凑，且只用单个的波长，降低了硬件成本，简化了系统结构。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光通信技术领域的方法，具体的说，是一种在光载无线通信系统中产生和传输多波段信号的方法。

背景技术

光载无线通信是一种新兴的技术，它主要结合光纤和无线通信两大技术，利用光纤的低损耗、高带宽特性，提升无线接入网的带宽和移动性，为用户提供“随时，随地，任何业务”的无线接入服务。与传统的无线系统相比，光载无线通信系统有着更广的蜂窝覆盖，更高的带宽，较低的配置成本，较低的功耗和易安装等优点。同时，在未来的光通信中，也需要利用光纤技术传输宽带有线信号，即提供光纤到户的有线接入服务。因此，服务提供商迫切需要一个集成的传输平台，将无线和有线业务集中整合到同一个网络结构中，减少配置成本，满足用户的个性化需求。基于光载无线通信系统的多波段传输技术能够在同样的光纤基础设施中同时传输基带、微波和毫米波信号，为不同的终端用户提供多样化的业务，它在将来的有线和无线混合光接入服务网络中显示出巨大的成本优势和灵活的应用潜能。

经对现有技术的文献检索发现，K.Ikeda等人发表在学术出版物《IEEEJournal of lightwave technology》(《IEEE光波技术期刊》)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(在单个波长中同时三波段调制和光传输2.5-Gb/s基带、微波和60-GHz-波段信号)”中，提及使用单个波长同时传输2.5-Gb/s的基带、微波和60-GHz的毫米波信号，这个方案首先采用两个电相加电路在电域上叠加三个波段的电信号，然后用叠加的多波段电信号驱动高速电吸收调制器，实现在光载无线系统中同时传输多波段信号。但是这个方案电域上的信号处理比较复杂，电阻噪声较大，且调制的过程中多波段信号会相互影响，从而衰落了系统的性能。而且在这个方案中，需要用到高频毫米波信号源和高速调制器，导致系统的配置成本大大提高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提出一种在光载无线通信系统中产生和传输多波段信号的方法，采用一个低速的双平行马赫曾德调制器和一个低速的单臂马赫曾德调制器，通过光载波抑制和灵活的频率搬移技术，使其同时产生基带信号、微波信号和高频毫米波信号。本发明具有很强的灵活性和可扩展性，如果采用高速器件，可以很容易的提升到100-GHz以上的频段。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

步骤一、在发射端，用一个标准的双平行马赫曾德调制器调制由激光器发出的连续光波，连续光波在双平行马赫曾德调制器中分成两路，分别进入到双平行马赫曾德调制器中的第一子调制器和第二子调制器。

步骤二、用数据源提供基带数据及射频信号，由基带数据和射频信号混频得到副载波信号，该副载波信号驱动第一子调制器，第一子调制器被偏置在第一子调制器的最低点，得到一个光载波抑制的光副载波信号，它的重复频率为两倍射频信号频率。然后用数据源提供的另一个基带数据驱动第二子调制器，偏置点设置在第二子调制器峰值点和最低点的中间部分，得到调制在光载波上的振幅键控信号。

所述副载波信号，由数据源提供的基带数据和射频信号通过一个电混频器混频得到。

步骤三、设置双平行马赫曾德调制器的主马赫曾德调制器的偏置电压等于主马赫曾德调制器的转换电压，使得两个子调制器的输出保持相同的相位，这样它们的输出结果相加。相加后的信号输入到一个标准的单臂马赫曾德调制器，这个单臂马赫曾德调制器用同样的射频信号驱动，也偏置在最低点。第一子调制器的输出经过频谱搬移后，得到基带数据和四倍射频信号频率的光毫米波信号，第二子调制器的输出经过的频谱搬移后，产生两倍射频信号频率的光微波信号。因此，得到光域上的多波段信号。

所述驱动单臂马赫曾德调制器的射频信号，其频率与混频得到的副载波信号中的射频信号频率相同，通过采用光载波抑制的双边带调制技术后，第一子调制器输出信号的频谱被搬移到载波和四次边带上，第二子调制器输出信号的频谱被搬移到二次边带上。

所述的光载波抑制的双边带调制技术，是指用射频信号调制光载波后，射频信号搬移到光载波的两边，但是光载波被抑制，这样得到重复频率为两倍射频信号频率的光信号。

所述第一子调制器的输出被单臂马赫曾德调制器调制后，得到的位于光载波上的基带数据和光毫米波上的数据是同样的，因此有线和无线用户能够分享同样的数据服务。而光微波上的数据信号和基带数据信号以及光毫米波上的数据信号是不同的。

所述第一子调制器得到的是光载波抑制的信号，而第二子调制器得到的是光载波上的信号，所以两个子调制器的输出信号在主马赫曾德调制器端结合相加后所得的信号位于各自相应的频段，它们之间相互独立。

步骤四、在接收端，用光滤波器分离光域上多波段信号，分离的信号经过各自的光接收机检测后，最终分别得到电域上的基带、微波和毫米波。

所述光滤波器，由环行器结合光纤布拉格光栅实现。首先用一个环行器和一个光纤布拉格光栅组成的第一级光滤波器从多波段信号中分离出基带信号。分离出基带信号后的多波段信号输入到第二个环行器和第二个光纤布拉格光栅中组成的第二级光滤波器中，分离出光微波和光毫米波信号。

本发明通过以上步骤，采用低速的信号源和低速的调制器，基于光载波抑制的双边带调制和频率搬移技术，就可以产生包括基带、两倍射频信号频率的微波信号和四倍射频信号频率的毫米波信号，不需要昂贵的高速调制器和高速毫米波信号源，因此大大降低了系统的配置成本。例如，如果光载传输120-GHz的毫米波，以前的方案需要120-GHz的高速调制器和高速毫米波信号源，这个代价是非常昂贵的，而我们的方案只需要30-GHz的调制器和信号源就可以产生120-GHz的光载毫米波。而且多波段信号采用全光产生的方法，电域上不需要采用多个电相加电路叠加电信号，因此电域上的信号处理简单，且在调制的过程中，多波段信号相互独立，有效避免了信号间的相互干扰。另外多波段信号通过调制单个的波长得到，更易于进行多波段信号的波长集中管理。

附图说明

图1为本发明原理图；

图2为本发明实施例示意图；

图3为本发明实施例结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，是本发明原理图，一个副载波信号和一个基带数据信号分别驱动一个标准双平行马赫曾德调制器的两个射频输入端，双平行马赫曾德调制器是由主马赫曾德调制器及其两臂上的两个平行的且相同的第一子调制器和第二子调制器组成。其中第一子调制器偏置在第一子调制器的最低点，产生光载波抑制的光副载波信号；第二子调制器偏置在第二子调制器的最低点和最高点的中间处，产生位于光载波上的振幅键控信号。然后用一个单臂马赫曾德调制器调制双平行马赫曾德调制器的输出信号，单臂马赫曾德调制器也偏置在最低点。通过采用光载波被抑制和频谱搬移技术，第一子调制器的输出经过频谱搬移后，得到基带信号和四倍射频信号频率的光毫米波信号；第二子调制器经过同样方式的频谱搬移，得到两倍射频信号频率的光微波信号。利用这种简单的设计，在光载无线通信系统中可以很灵活的产生光域上的多波段信号。最后，用光滤波器分离光域上的多波段信号，通过各自的接收机进行光电转换后，就可以得到电域上的基带信号、微波信号和毫米波信号。电域上的基带信号通过有线接入网络送达终端用户，电域上的微波和毫米波信号通过天线，以无线接入网络的方式送达终端用户。

如图2所示，是本发明的具体实施例。激光器提供波长为1548.86-nm的连续光波，这个连续光波输入到双平行马赫曾德调制器。在双平行马赫曾德调制器中连续光波分成两路，分别进入到第一子调制器和第二子调制器中。其中副载波信号由1.25-Gbps的非归零的长度达2⁷-1的伪随机比特序列PRBS1和10-GHz射频信号混频得到，用来驱动第一子调制器，并偏置在第一子调制器的最低点，产生20-GHz的载波抑制的光副载波信号；用1.25-Gbps的非归零的长度达2⁷-1的伪随机比特序列PRBS2驱动第二子调制器，并偏置在第二子调制器最低点和最高点的中间处，产生光载波上的振幅键控信号。然后调节主马赫曾德调制器的偏置，使双平行马赫曾德调制器的输出是两个子调制器输出信号的相加，双平行马赫曾德调制器的输出信号进入到一个级联的单臂马赫曾德调制器，这个调制器被10-GHz的射频信号驱动，也偏置在最低点，对双平行马赫曾德调制器的输出进行光载波抑制调制和频谱搬移后，得到光域上的基带、20-GHz微波、40-GHz毫米波信号。产生的多波段信号经过掺铒光纤放大器后，得到6.5-dBm的光功率，并用一个可调带通光滤波器滤除掺铒光纤放大器的自发辐射噪声。经过25公里的光纤传输后，到达接收端。在接收端，光信号进入到由第一个环行器和第一个光纤布拉格光栅(3-dB带宽为0.1-nm，反射率为90％)组成的第一级光滤波器，将载波上的基带信号从多波段信号中分离出来，分离出基带信号后的多波段信号再通过由第二个环行器和第二个光纤布拉格光栅(3-dB带宽是0.2-nm，反射率是90％)组成的第二级光滤波器，将20-GHz的微波信号和40-GHz的毫米波信号分开。分离的多波段信号经过各自的光接收机检测后，最终分别得到电域上的基带，20-GHZ的微波和40-GHz的毫米波。

如图3所示，是本实施例的结果。图3(a)是1.25-Gbps基带数据和10-GHz射频信号混频后得到的副载波信号的波形，由于混频过程中基带数据中直流和低频成分的影响，0电平上有一定的幅度；(b-i)-(b-iii)分别是用副载波信号驱动第一子调制器，采用光载波抑制技术得到的光信号的波形、眼图和光谱。光副载波的波形和电域上的副载波波形完全对应，从眼图可以看出得到的是重复频率为两倍射频信号频率的光信号，从光谱上可以看出，光载波抑制超过10-db，得到载波被抑制的双边带信号；(c)是用另一个1.25-Gbps数据驱动第二子调制器，得到的光信号的光谱；(d)是双平行马赫曾德调制器的输出信号的光谱，从光谱上可以看出，它是两个子调制器输出的叠加，载波的上幅度和边带的幅度大约差3db；(e-i)和(e-ii)分别是用单臂马赫曾德调制器调制第二子调制器的输出，得到的20-GHz光微波信号的光谱和眼图，从光谱上可以看出，光载波抑制超过10-db，；(f)是用单臂马赫曾德调制器调制第一子调制器的输出，得到的基带和40-GHz光毫米波信号的光谱，从光谱上可以看出，经过频谱搬移后，重复频率为20GHz的信号边带被抑制超过10-db；(g)是用10-GHz射频信号驱动单臂马赫曾德调制器，得到的多波段信号经过放大后的光谱，从光谱上可以看出，载波的幅度最高，而40-GHz光毫米波信号与载波相差5db左右。这是由于通过光载波抑制和频谱搬移后，载波上的信号发生了叠加；(h)是从多波段信号中分离出的基带信号的光谱，从光谱上可以看出，有残留的光微波和毫米波边带，这是由于滤波器不是理想的滤波器，，无法完全滤除不想要的信号；(i)是分离出基带信号后的信号光谱，从光谱上可以看出，40-GHz光毫米波信号的左右边带不是完全对称的，这是由于滤波器对温度和波长敏感引起的；(j-i)和(j-ii)是分离出的20-GHz光微波信号的光谱和眼图；同样，不完善的滤波器使得有残留的其它边带成分存在(k)是分离出的40-GHz光毫米波信号的光谱，从光谱上可以看出，对其它边带的抑制也超过了10-db；(l)是基带信号的电眼图，虽然受到残留其它边带成分的干扰，但是由于基带信号对光纤传输中的非线性效应不敏感，所以眼图最好；(m)是微波信号的电眼图；(n)是毫米波信号的电眼图。由于微波和毫米波信号在光纤传输中易受到非线性效应的影响，以及残留的其它边带成分的干扰，眼图质量虽然稍差，但是仍然可以得到无误码的传输。