基于光学四波混频效应的倍频毫米波产生简化装置

摘要

本发明公开了一种属于光纤－无线(Radio－over－Fiber，缩写为ROF)通信技术中毫米波产生领域的基于光学四波混频效应的倍频毫米波产生简化装置。本发明利用光载波抑制调制、四波混频(FWM)效应和光滤波器原理，利用马赫曾德尔调制器(MZM)，将一个本地振荡信号(LO)与基带数据信号混频用于光信号的载波抑制调制，调制信号经功率放大后，再经过四波混频(FWM)单元在两个一阶边带两边分别形成一个新的混频边带。采用可调谐滤波器滤除原有的两个一阶边带，在光电检测端对两个新的混频边带进行拍频就可以形成六倍频的毫米波信号。本方案可降低使用的本振信号源的频率，降低混频器、光调制器的带宽要求，因此本发明方案在增加信号带宽，提高频谱利用率的基础上也节省了系统造价。

说明书

(一)技术领域

本发明属于光纤-无线(Radio-over-Fiber，缩写为ROF)通信系统技术中毫米波产生领域。

(二)背景技术

未来的无线接入系统无疑将会延伸到毫米波段，由于毫米波信号在空气中传输距离短，且毫米波电子器件较为昂贵，目前的无线接入方式不能适应毫米波通信的要求。光纤-无线通信系统(Radio-Over-Fiber System，简称为ROF系统)将会成为解决宽带无线接入最有前景的技术。ROF系统是在中心站中将毫米波和数据信号同时上传到光载波上，并传输至基站，在基站中只需进行光电转换和放大，因而基站的结构可变得简单。ROF系统可以以最低的价格满足光毫米波通信的要求。

光毫米波的产生是降低造价和提高ROF系统性能的关键技术之一。至今为止，已提出的光毫米波的产生的方法有三类：直接强度调制，外部强度调制和远程外差。在毫米波产生方案中，带宽和频谱利用率是技术研究最关心的问题。如何以简单的光子器件来产生高频率的光毫米波是解决问题的着重点。基于四波混频效应的倍频毫米波产生技术也有效的解决了这一问题。【QingWang，“Millimeter-wave frequency tripling based on four-wave mixing ina Semiconductor optical amplifier”，IEEE Photonics Technology LettersVol.18，No.23，2006：2460-2462，2006】，【Andreas  Wiberg，“Microwave-photonic  frequency  multiplication utilizing opticalfour-wave mixing and fiber Bragg gratings”，IEEE Photonics TechnologyLetters，Vol.24，No.1，2006：329-334，2006】。但目前所采用的这些光毫米波产生技术都是先调制光信号形成毫米波信号，然后再进行基带数据信号的调制。两个过程将采用较多的光子器件，增加了系统造价。

为了解决上述问题，我们的方案采用一个本地振荡信号(LO)与基带数据信号混频，用于直接调制光信号。调节马赫曾德尔调制器(MZM)的偏压，实现光信号的载波抑制调制，形成只含有两个一阶边带的调制信号。调制信号经掺铒光纤放大器(EDFA)进行功率放大后，再经过四波混频(FWM)单元在两个一阶边带两边分别形成一个新的混频边带。采用可调谐滤波器滤除原有的两个一阶边带，在光电检测端对两个新的混频边带进行拍频就可以形成六倍频的毫米波信号。本发明装置基于光学非线性效应如四波混频(FWM)单元产生新的混频边带(其中四波混频单元可以由高非线性光纤或半导体光放大器构成)。这样可以降低使用的本振信号源的频率，降低混频器、光调制器的带宽要求，因此本发明方案在增加信号带宽，提高频谱利用率的基础上也节省了系统造价。

(三)发明内容

本发明针对上述情况，解决了光毫米波的产生在带宽、频谱利用率方面所存在的问题，将本地振荡信号(LO)与基带数据信号混频，用于直接以载波抑制的调制方式调制光信号，经四波混频(FWM)单元在两个一阶边带两边分别形成一个新的混频边带，经滤波器滤除原有的一阶边带，新的混频边带拍频后就将形成已调制基带数据信号的毫米波信号，系统结构简单，造价低。本发明基于系统中四波混频(FWM)单元的两种不同构成器件，提供了两种倍频的毫米波产生方案。

为了达到上述目的，本发明所采用的倍频的光毫米波产生的方案如下：

利用单模激光器产生一个连续光信号；采用一个本地振荡信号(LO)与基带数据信号混频，通过马赫曾德尔调制器(MZM)直接调制光信号；调节马赫曾德尔调制器(MZM)的偏压，实现光信号的载波抑制调制，形成只含有两个一阶边带的调制信号；此调制信号已加载了基带数据信号；调制信号经掺铒光纤放大器(EDFA)进行功率放大后，再经过四波混频(FWM)单元在两个一阶边带两边分别形成一个新的混频边带；采用可调谐滤波器滤除原有的两个一阶边带在光电检测器中两个新的混频边带进行拍频就可以形成携带基带数据信号的倍频的毫米波信号。

本发明在调制端直接将基带数据信号与本地振荡信号(LO)混频用于调制光信号，与以往的先调制光信号形成毫米波信号，再调制基带数据信号的方案相比，节约光子器件的数量且降低了器件的带宽要求，因此降低了毫米波产生装置的造价。本发明基于四倍频(FWM)效应产生倍频的光毫米波信号的方案，增加了信号带宽，极大的提高频谱利用率。

(四)附图说明

图1为本发明的装置实现方案一结构示意图；

图2为本发明的装置实现方案二结构示意图。

图中：

1-单模激光器(DFB)

11-单模激光器(DFB)

2-马赫-曾德尔调制器(MZM)

22-马赫-曾德尔调制器(MZM)

3-掺铒光纤放大器(EDFA)

33-掺铒光纤放大器(EDFA)

4-可调谐光滤波器

44-可调谐光滤波器

5-高非线性光纤(HNLF)

6-半导体光放大器(SOA)

7-四波混频(FWM)单元

77-四波混频(FWM)单元

8-基带数据信号

88-基带数据信号

9-本地振荡信号(LO)

99-本地振荡信号(LO)

10-电混频器

11-基于高非线性光纤(HNLF)的倍频毫米波信号输出

12-基于半导体光放大器(SOA)的倍频毫米波信号输出

(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，倍频的毫米波产生方案一中的各部件分别说明如下：单模激光器1，用于产生指定波长的单纵模光载波；

马赫-曾德尔调制器2，用于对指定波长的单纵模光载波进行载波抑制调制；掺铒光纤放大器3，用于对调制信号的功率放大；

高非线性光纤5，用于在调制信号的两个一阶边带两边分别形成一个新的混频边带，其中两个新的混频边带的频率间隔为六倍本振(LO)频率；

可调谐光滤波器4，用于滤除调制信号的两个一阶边带；

基带数据信号8，指下行链路的数据信号；

本地振荡信号9，用于与基带数据信号混频，直接调制光载波信号；

混频器10，用于将基带数据信号与本地振荡信号进行混频；

本发明所采用的倍频的光毫米波产生方案一工作工程如下：

利用单模激光器1产生一个连续光信号；采用一个本地振荡信号9与基带数据信号8混频，通过马赫曾德尔调制器2直接调制光信号；调节马赫曾德尔调制器(MZM)的偏压，实现光信号的载波抑制调制，形成只含有两个一阶边带的调制信号；此调制信号已加载了基带数据信号；调制信号经掺铒光纤放大器3进行功率放大后，再经过高非线性光纤5在两个一阶边带两边分别形成一个新的混频边带；其中两个新的混频边带的频率间隔为六倍本振(LO)频率；采用可调谐滤波器4滤除原有的两个一阶边带；在光电检测端对剩下的两个新的混频边带进行拍频就可以形成携带基带数据信号的六倍频的毫米波信号。

由图2所示，倍频的毫米波产生方案二中的各部件分别说明如下：

单模激光器11，用于产生指定波长的单纵模光载波；

马赫-曾德尔调制器22，用于对指定波长的单纵模光载波进行载波抑制调制；

掺铒光纤放大器33，用于对调制信号的功率放大；

半导体光放大器6，用于在调制信号的两个一阶边带两边分别形成一个新的混频边带，其中两个新的混频边带的频率间隔为六倍本振(LO)频率；

可调谐光滤波器44，用于滤除调制信号的两个一阶边带；

基带数据信号88，指下行链路的数据信号；

本地振荡信号99，用于与基带数据信号混频，直接调制光载波信号；

混频器10，用于将基带数据信号与本地振荡信号进行混频；

利用单模激光器11产生一个连续光信号；采用一个本地振荡信号99与基带数据信号88混频，通过马赫曾德尔调制器22直接调制光信号；调节马赫曾德尔调制器(MZM)的偏压，实现光信号的载波抑制调制，形成只含有两个一阶边带的调制信号；此调制信号已加载了基带数据信号；调制信号经掺铒光纤放大器33进行功率放大后，再经过半导体光放大器6在两个一阶边带两边分别形成一个新的混频边带；其中两个新的混频边带的频率间隔为六倍本振(LO)频率；采用可调谐滤波器滤除原有的两个一阶边带；在光电检测端对两个新的混频边带进行拍频就可以形成携带基带数据信号的六倍频的毫米波信号。

(六)主要技术优势

本发明在调制端直接将基带数据信号与本地振荡信号(LO)混频调制光信号，与以往的先调制光信号形成毫米波信号再调制基带数据信号相比，节约光子器件，节约了毫米波产生装置的造价。基于四倍频(FWM)效应倍频的光毫米波信号产生方案，增加信号带宽，极大的提高频谱利用率。

总之，本发明的优点是能用较低的成本产生高性能倍频的光毫米波信号，尽量减少了所使用的元器件的数量，性能稳定，容易实现。