无光源和调制器的全双工光纤无线通信基站及相应的系统

摘要

本发明公开了一种属于光纤无线(Radio－on－Fiber，缩写为ROF)通信系统技术领域中的能提供全双工光纤无线通信的基站和系统，在基站中上行链路利用了下行链路的光载波，节约了光源，上行链路信号采用半导体光放大器调制到光载波上，并进行放大，将光调制器和光放大器的功能集中为一体，节约了光器件的数量。另外还提供了一种实现全双工通信功能的光纤无线通信系统。本发明所述的全双工光纤无线通信的基站和系统，减少了使用的光器件的数量，节约了系统的代价。

说明书

(一)技术领域

本发明属于混合光纤-无线通信(Radio-over-Fiber，缩写为ROF)通信系统技术领域。

(二)背景技术

由于快速增长的无线通信对带宽的要求，第四代无线接入系统将会延伸到毫米波段，为了克服无线通信例如传输距离方面的限制，满足无线通信中宽带要求，需要与现有宽带有线通信网络建立联系。光纤-无线系统(Radio-Over-Fiber，简称为ROF)将会成为解决宽带无线接入最有前景的技术。ROF系统充分利用光纤的巨大带宽以降低成本并结合无线通信技术的灵活性，将无线和光网络融合成为一种既能增加接入网容量和移动性，又能降低运营成本的新型的接入网络。ROF系统的基本思想是将复杂的信号处理单元置于中心站，(Central Station，缩写为CS)，而基站(Base Station，简写为BS)只包含简单廉价的接收器件。各基站共享中心站的信号处理单元，减少了昂贵的信号处理单元数量，从而简化了基站的复杂性和结构。

由于毫米波在大气中传输距离短，要实现信号的完全覆盖，机站的的分布势必很密，因此，结构简单、价格便宜的毫米波通信的基站便成了光纤无线通信系统所必须解决的关键性的问题。

ROF基站的主要功能是接收来自于中心站的下行链路光毫米波信号，进行光电转换后变成电毫米波信号，并通过天线发射出去，同时接收来自于客户移动终端的上行链路的数据信息，并调制成光信号发送到中心站进行处理。目前所研制的ROF系统基站，已提出了将下行链路的光载波提出来作为上行链路的光载波，这样在基站中不用使用激光器，但是，上行链路数据的调制还得使用一个光调制器，这样的基站仍然不是最简单的。

为了解决上述问题，我们的方案采用半导体光放大器来调制上行链路的数据信息，同时，也对光信号进行了放大。这样降低了基站的成本，使基站的结构简单，容易实现且价格便宜。

(三)发明内容

本发明针对上述情况，解决了简化基站结构，降低基站造价的问题。在基站中不使用任何光源和光调制器，将光源和调制器集中在中心站，使得基站结构简单，同时，还提出了一种相应的全双工通信ROF系统结构，在上行链路中利用了上行链路的光载波，简化了系统的结构，降低系统的造价。

为了达到上述目的，本发明所采用的具体方案如下：

利用光滤波方式将下行链路的光载波提取出来，进入半导体光放大器(SOA)，来自于客户端的上行链路的数据信号驱动半导体光放大器，将下行链路的信号调制到光载波上，同时进行放大，通过上行链路的光纤传输至中心站。

所述的全双工光纤无线通信基站如图1，包括：

光环型器，用于将来自于中心站的下行链路的光毫米波及光载波进行分离；光纤光栅，用于反射下行链路传送过来的载波，并让光毫米波通过；光放大器，用于放大光毫米波；光带通滤波器，用于滤掉高频边带；光检测器，用于将光毫米波转化为电毫米波；射频电放大器，用于对电毫米波进行放大；射频天线，用于将毫米波发射至大气中。半导体光放大器，用于将上行链路信号调制到光载波上，并进行放大。

所述的全双工光纤无线通信基站，其特征在于包括以下工作步骤：

在下行链路中，使用光滤波方式将来自于下行链路的光毫米波和光载波进行分离；分离的光毫米波通过光放大器放大后，再进行滤波；滤波后的光毫米波通过射频天线发送至大气中；

在上行链路中，使用光滤波方式得到的下行链路的光载波，以此作为上行链路的光载波进入半导体光放大器，来自于客户端的上行链路数据信号驱动半导体光放大器，对光载波进行调制，调制后的光信号波发送至上行链路的光纤中，并送到中心站。

本发明所述的光滤波方式是通过光环型器和光纤光栅来实现，其原理是，光毫米波和光载波一起通过光环型器以后，先输出至光纤光栅，光纤光栅反射光载波，而透射光毫米波。光毫米波从光纤光栅中输出，而光载波从光环型器的另一个端口输出，这样实现了将光载波和光毫米波分离。这种功能也可通过光交叉利用器来实现。

本发明还提供了一种可利用本发明所述的基站进行全双工光纤无线通信的系统，如图2所示。主要包括：

中心站20，其主要作用是产生光毫米波和光载波，并传送至基站，同时也接收来于基站的上行链路信号。

所述的中心站包括光源11，相位调制12，射频正弦波发生器13，光交叉复用器14，掺铒光纤放大器15，光强度调制器16，基带数据信号源17，光功率耦合器18，以及上行链路接收机19。

所述的中心站，其特征在于包括以下工作过程：

由光源11产生指定频率的光载波进入光相位调制器12，受到射频正弦波发生器13产生的射频信号的驱动，从而产生双边带调制的信号，再通过光交叉复用器14将中心光载波和一阶边带进行有效分离，分离后的一阶双模边带信号通过光放大器15放大后，再进入光强度调制器16将基带信号调制到双模边带上，产生光毫米波信号，光毫米波信号进入光耦合器18与来自于光交叉复用器14的光载波进行耦合发送到下行链路传输光纤21，传输至基站10。中心站20的光接收机19接收来自于基站、通过上行链路传输光纤22传送过来的上行链路信号。

本发明利用光滤波方式实现上行链路波长重用，节约光子器件，并利用了半导体光放大器将上行链路数据信息调制到光载波上，并同时进行放大，使得ROF系统的基站结构简单、易于实现。

(四)附图说明

图1为本发明的基本站结构示意图。

图2为本发明基站构成的全双工光纤无线通信系统示意图；

图中：

1-光环型器

2-光纤光栅

3-光放大器

4-光带通滤波器

5-光检测器

6-射频电放大器

7-RF天线

8-半导体光放大器

9-上行链路数据信号

10-基站

11-光源

12-光相位调制器

13-射频正弦波发生器

14-光交叉复用器

15-光放大器

16-光强度调制器

17-基带数据信号源

18-光功率耦合器

19-光接收机

20-中心站

21-下行链路传输光纤

22-上行链路传输光纤

(五)具体实施方式

下面结合具体实验例子和附图，对本发明作具体说明。

由图1所示，全双工光纤无线通信基站的各部件分别说明如下：

光环型器1，用于将来自于中心站的下行链路的光毫米波及光载波进行分离；光纤光栅2，用于反射下行链路传送过来的载波，并让光毫米波通过；光放大器3，用于放大光毫米波；光带通滤波器4，用于滤掉高频边带；光检测器5，用于将光毫米波转化为电毫米波；射频电放大器6，用于对电毫米波进行放大；射频天线7，用于将毫米波发射至大气中。半导体光放大器8，用于将上行链路信号9调制到光载波上，并同时进行放大。

本实施例中全双工光纤无线通信基站中的光环型器和光纤光栅的功能也可采用光交叉利用器来实现。光放大器3为掺铒光纤放大器，也可为其它光放大器。

由本发明所述的基站构成的全双工光纤无线通信系统如图2所示。

所述的全双工光纤无线通信系统包括中心站20，基站10和传输光纤21，22。

本发明所述的中心站，主要作用是产生下行链路光毫米波及接收下行链路的数据信号。

所述的全双工光纤无线通信系统的具体连接方式如下：

下行链路中，光源11，用于产生指定波长的单纵模激光，与光相位调制器12的光接入端相连，光相位调制器12的电接入端与射频正弦波发生器13的输出端相连，射频信号源的频率可以为1～30GHz及以上。相位调制器12输出端与光交叉复用器14的输入端相连，光交叉复用器14输出端之一与掺铒光纤放大器15相连接，掺铒光纤放大器15的输出端与光强度调制器16的光输入端相连，光强度调制器16的电输入端与基带数据信号源17相连，光强度调制器16的输出端与光功率耦合器18的输入端相连；光交叉复用器14的另一输出端直接与光功率耦合器18相连；光功率耦合器18的输出端输出毫米波，并与下行链路传输光纤21相连。传输光纤21与基站10中的光环型器1的输入端相连，传输光纤为单模光纤SMF-28。

上行链路中，由基站中的半导体光放大器8接收来自于光环型器1的光载波，并与来自客户端的上行链路数据信号9相连，将上行链路的数据信号调制到光载波上，并输出上行链路光信号。半导体光放大器8的输出端与上行链路传输光纤22相连，通过传输光纤22将上行链路光信号传送至上行链路的接收机19进行检测。

所述的中心站产生的光毫米波的频率为射频正弦波发生器13产生的射频信号的频率的2倍。

所述的全双工光纤无线通信系统的中心站的光毫米波也可由其它方式产生。

本发明中的所述的基站适合于频率为1～40GHZ以及其它频率的WDM光纤传输无线信号。

本发明采用光滤波方式得到下行链路的光载波，并通过半导体光放大器将上行链路的数据信号调制到光载波上，无需使用光源，使得基站结构简单、高稳定性和造价便宜。

总之，本发明的优点是能降低光纤无线通信系统的成本，使得ROF系统整体结构简单，尽量减少所使用的元器件的数量，性能稳定，容易实现。