毫米波光纤无线电上行链路的全光副载波解调装置及方法

摘要

毫米波光纤无线电上行链路的全光副载波解调装置及方法属于光通讯技术领域。现有的方法对于每一个毫米波副载波信道都需要大量的电域毫米波器件以及子系统，且系统带宽受到毫米波器件的电瓶颈限制。本发明解调装置，包括基站和中心站，其特征在于：毫米波光纤无线电上行链路的基站包括激光器和调制器；中心站包括光学滤波器和光处理模块；对于2ASK调制信号：光解调模块包括光探测器、低通滤波器件；对于DPSK调制信号的边带，光解调模块包括一个1比特差分延时模块，光电转换器件、低通滤波器。本发明在毫米波信号的产生与传输中，避免了高频信号发生器、高频宽带混频器、高频宽带合路器、滤波器等毫米波电器件的使用，结构简单、性能可靠、成本低廉。

说明书

技术领域：

一种全光毫米波副载波解调技术，属于光通讯技术领域，特别涉及毫米波光纤无线电接入系统中上行链路的毫米波副载波光域下变频、解调及信号处理。

背景技术：

近些年来无线通信快速发展，无线用户逐年递增，业务更加多样化，数据业务急剧攀升，使得宽带无线信号和载波频率向高频毫米波扩展的需求日益迫切。电子器件的电子瓶颈使其远远不能满足未来需求的增长，而毫米波光纤无线电技术正是利用光纤技术的宽带低损特性，为综合传送各种无线业务信息提供了必要的巨大带宽和传输质量，能有效解决了宽带无线通信网络发展所面临的难点问题。高频无线宽带信号的毫米波光纤无线电系统具有体积小、重量轻、成本低、损耗小、抗电磁干扰、宽带、低色散以及高容量等优点，解决了传统微波传输系统在毫米波段存在损耗大、抗干扰能力弱等问题。此外，它将光纤网络的巨大容量和无线接入网络的适应性与移动性有机结合，为无线网络提供了“最后一公里”无缝接入，实现了真正意义的“任何人、任何时间，于任何地点，以任何形式的通信”需求。

目前，在现有的毫米波光纤无线电上行链路中，光域的毫米波副载波信号在中心站通过直接探测得到电域的毫米波载波信号，再通过电域的下变频以及信号解调技术，得到载波中数字信号。这种方法对于每一个毫米波副载波信道，都需要大量的电域毫米波器件以及子系统，价格昂贵，系统带宽受到毫米波器件的电瓶颈限制，难以进一步提升。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题，提出一种全光的信号处理技术，在光域直接处理多路毫米波副载波，将光域毫米波附载波下变频和解调，直接得到基带数字信号。

本发明提供的一种毫米波光纤无线电上行链路的全光副载波解调装置，包括基站和中心站，其特征在于：

毫米波光纤无线电上行链路的基站包括激光器和光调制器；

毫米波光纤无线电上行链路的中心站包括光学滤波器和光解调模块；

对于2ASK调制信号的边带：光解调模块包括光探测器、低通滤波器件；

对于DPSK调制信号的边带，光解调模块包括一个1比特差分延时模块，光电转换器件、低通滤波器。

本发明提供的一种毫米波光纤无线电上行链路的全光副载波解调方法，其特征在于，包括以下步骤：

无线终端发射来的信号是毫米波信号；该毫米波信号的频谱如图2(a)所示；

在毫米波光纤无线电上行链路的基站通过光调制器将这个信号调制到由激光器产生的直流光上获得光信号。直流光用(δ_vopt+δ_-vopt)表示；调制信号用(F(ω)+F(-ω))表示；m为强度调制的调制深度；经过调制器的强度调制后获得的光谱F_opt(ω)如图2(b)所示，可表示为：

F_opt(ω)＝(1+mF(ω)+mF(-ω))*(δ_vOPT+δ_-vOPT)

＝δ_vOPT+δ_-vOPT+mF(v_OPT+ω)+mF(-_vOPT-ω)+mF(-_vOPT+ω)+mF(v_OPT-ω)

将上述光谱信号传送到中心站后，通过光学滤波器，滤除边带δ_-vOPT，δ_vOPT，mF(-ω+v_OPT)和mF(ω+v_OPT)，剩下边带的光谱F_residual(ω)如图2(c)所示：F_residual(ω)＝mF(ω-v_OPT)+mF(-ω-v_OPT)

光解调模块根据待解调的信号格式解调：

对2ASK调制信号的边带，通过现有的光探测器完成光电转换、低通滤波就可以得到基带数据信号；

如果是DPSK调制信号的边带，则可通过图4的系统完成光解调；滤出的DPSK子边带通过一个1比特差分延时模块，然后进行光电转换，输出点信号经过低通滤波，即可得到基带数据信号。

本发明提出的毫米波光纤无线电上行链路全光副载波解调技术基本原理如图1。

在毫米波光纤无线电上行链路的基站部分，无线终端发射来得毫米波信号的频谱FRF包括正频率分量部分F(ω)和负频率分两部分F(-ω)，表示为F_RF＝F(ω)+F(-ω)，如图2(a)所示。

通过光调制器将这个信号调制到由激光器产生的直流光上，获得已调光信号。直流光用(δ_vopt+δ_-vopt)表示，调制信号用(F(ω)+F(-ω))表示，经过光调制器的强度调制后所获得的光谱F_opt(ω)可表示为：

F_opt(ω)＝(1+mF(ω)+mF(-ω))*(δ_vOPT+δ_-vOPT)

＝δ_vOPT+δ_-vOPT+mF(v_OPT+ω)+mF(-_vOPT-ω)+mF(-_vOPT+ω)+mF(_vOPT-ω)

式中“*”为卷积运算，m为强度调制的调制深度；所得光谱如图2(b)所示。

将上述光谱信号传送到中心站后，通过光学滤波器，滤除边带δ_-vOPT,δ_vOPT，mF(-ω+v_OPT)和mF(ω+v_OPT)，剩下边带的光谱F_residual(ω)如图2(c)所示，表示为：

F_residual(ω)＝mF(ω-v_OPT)+mF(-ω-v_OPT)

可以看出：F_RF(ω)的中心频率是ω_RF，而滤波后的残留边带F_residual(ω)的中心频率是ω_RF+v_OPT，而且F_residual(ω)也包含了F_RF(ω)所包含的所有频谱信息。F_RF(ω)和F_residual(ω)的不同仅仅在于其中心频率的不同：F_RF(ω)在毫米波频段而F_residual(ω)在光频频段。所以我们可以利用光学的方法在光频频段对F_residual(ω)进行处理，以替代在电域对F_RF(ω)进行处理的方法来获得需要的基带信号。

在本申请提出的方案中，由移动终端发射的毫米波信号被基站天线接收后不需要任何电域处理，直接通过激光器和光调制器将信号转移到了光域，由光纤传输到中心站。在中心站，频带提取和光解调模块也是全光的方式在光域进行信号处理，通过光学的方法同时实现多路毫米波信号的下变频和解调。在整个毫米波信号的产生与传输过程中，避免了高频信号发生器、高频宽带混频器、高频宽带合路器、滤波器等毫米波电器件的使用，结构简单、性能可靠、成本低廉。

附图说明

图1毫米波信号的全光下变频及解调基本示意图。

图2毫米波信号的全光解调频谱演变图。(a)待解调的毫米波信号频谱(b)调制了毫米波信号的光谱(c)经过光滤波器后的光谱

图3多路毫米波副载波全光解调技术

图4 DPSK边带的光解调模块

图51.5Gbps伪随机序列信号经过本发明提供的解调装置后的误码率曲线及眼图(图中的子图)

具体实施方式

具体实现方案，可以使用如图3的系统用上面提到的方法同时对多路毫米波附载波信道进行全光解调。

输入伪随机序列为PRBS9，速率为1.5Gbps。输出眼图及误码率曲线如图5所示。

方案中，中心站的光源激光器采用现有的商用DFB激光器，其波段在国际电信联盟规定的DWDM系统波段范围内。调制天线接受来的毫末波所用到的光调制器，使用的是现有的商用马赫曾德40GHz-60GHz光调制器，它能将接受到的40GHz-60GHz波段的毫米波信号调制到激光器产生的直流光上。方案中的边带提取模块，使用现有的商用DWDM解复用器。其波道间隔为50GHz左右，正好和毫米波副载波中中心载波与边带之间的40GHz-60GHz间隔相对应，它可以分离出毫米波副载波中的边带信号。

方案中的光解调模块，需要根据待解调的信号格式主要包括两种，对2ASK调制信号的边带，直接通过现有的商用40GHz-60GHz光探测器完成光电转换、低通滤波就可以得到基带数据信号。如果是DPSK调制信号的边带，则可通过图4的系统完成光解调。滤出的DPSK子边带通过一个1bit差分延时模块(即差分延时量等于基带信号的周期)，然后进行光电转换。输出点信号经过低通滤波，即可得到基带数据信号。