CN105450305B - 具有光注入锁定源的通信装置和相关方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及具有光注入锁定源的通信装置和相关方法。一种通信装置可以包括远程装置、光波导和本地装置，远程装置具有对光载波信号用具有第一频率的输入信号进行调制的第一E/O调制器，光波导耦合到远程装置，本地装置耦合到所述光波导。所述本地装置可以包括光源、第二E/O调制器、OIL源以及O/E转换器，光源产生光载波信号，第二E/O调制器对光载波信号用参考信号进行调制以产生调制参考信号，OIL源耦合到第二E/O调制器并且放大调制参考信号，O/E转换器耦合到所述OIL源，并且基于所述参考信号产生第二频率的包括所述输入信号的复本的输出信号。

Description

具有光注入锁定源的通信装置和相关方法
政府权利
本公开是在美国政府支持下根据政府合同第FA8650-10-C-7003号进行的。美国政府对本公开具有某些权利。
技术领域
本公开涉及通信领域，并且更具体地，涉及射频(RF)通信和相关方法。
背景技术
典型的无线通信系统包括彼此交换数据的多个无线通信装置。在一些无线通信系统(例如，基础设施网络)中，该系统还可以包括用于管理无线通信装置之间的通信的无线基站。换句话说，每个系统内通信信息将经由无线基站交换。在其它无线通信系统(例如，网状网络和自组织无线网络)中，可以省略无线基站，即，无线通信装置可以彼此直接通信。
在这个频带下工作的典型的极高频(EHF)(即，30至300GHz)通信系统可能具有一些缺点。例如，通过同轴电缆传输信号可能引发大的衰减效应。而且，在使用RF装置的应用中，部件的大小、重量和功率(SWaP)可能增大到不可取的水平。而且，下游接收器处理(诸如，下变频)和信号处理可能很困难。
对于EHF通信系统中这些缺点的一种方法可以包括对于处理部件使用光部件。这样的系统的优点是在不使RF应用中现存的信号劣化的情况下从远程位置传输EHF信号的能力。
例如，如Logan,Jr.的美国专利第5,710,651号中所公开的，EHF通信系统包括远程天线站、发射机/接收机站、以及将这些站耦合在一起的光纤。这些站包括用于将传输的光信号转换为电信号的光电二极管，以及与用于将接收的EHF信号转换为光信号的光调制器配对的激光器。
然而，诸如此的光应用仍可能遭受某些缺点。例如，系统可能遭受色散诱发的信号衰落。具体地，光外差法可能受到激光源的相位噪声的限制。
也被转让给本申请的受让人的Middleton等人的美国专利申请公开案第2013/0236187号(其全部内容特此通过引用并入)在图1中公开了通信装置120，其包括：发射机装置121，发射机装置121包括产生光载波信号的光源122；第一电光(E/O)调制器123，第一E/O调制器123耦合到光源，并且对光载波信号用具有第一频率的输入信号进行调制；以及第二E/O调制器124，第二E/O调制器124耦合到光源，并且对光载波信号用参考信号进行调制。通信装置120包括接收器装置125，以及耦合在发射机装置121与接收器装置之间的光波导129。
发射机装置121包括：第一带通滤波器133，第一带通滤波器133耦合在第一E/O调制器123的下游，并且传递载波频率边带(即，选择并拒绝其它的一切)；以及第二带通滤波器134，第二带通滤波器134耦合在第二E/O调制器124的下游，并且传递参考信号频率边带。第一带通滤波器和第二带通滤波器133-134每个均包括光纤布拉格光栅149、151和相关联的循环器148、152。
接收器装置125包括：光电(O/E)转换器126，O/E转换器126包括耦合到光波导129的第一光探测器和第二光探测器146a-146b；以及组合器147，组合器147耦合到第一光探测器和第二光探测器。发射机装置包括耦合在光源122与第一E/O调制器和第二E/O调制器123-124之间的放大器127。
另外，发射机装置121还包括：分光器128，分光器128耦合在光源122与第一E/O调制器和第二E/O调制器123-124之间；以及RF输入块132(诸如，天线)，RF输入块132耦合到第一E/O调制器。发射机装置121还包括：本地振荡器(LO)131，LO 131用于产生参考信号；以及定向耦合器135，定向耦合器135耦合在所述第一带通滤波器和第二带通滤波器133-134与O/E转换器126之间。LO 131被调整以控制输出信号的频率转换。
发明内容
鉴于前述背景，因此本公开的目标是提供一种高效的而且鲁棒的通信装置。
根据本公开的这个和其它目标、特征和优点由一种通信装置提供，该通信装置可以包括远程装置，该远程装置包括被配置为对光载波信号用具有第一频率的输入信号进行调制的第一E/O调制器。该通信装置还可以包括耦合到远程装置的光波导，以及耦合到光波导的本地装置。该本地装置可以包括光源、第二E/O调制器、光注入锁定(OIL)源以及O/E转换器，光源产生光载波信号，第二E/O调制器被配置为对光载波信号用参考信号进行调制以产生调制参考信号，OIL源耦合到第二E/O调制器，并且被配置为放大调制参考信号，O/E转换器耦合到OIL源，并且被配置为基于参考信号产生第二频率的包括输入信号的复本的输出信号。有利地，OIL源可以放大调制参考信号的任何谐波以提高工作灵活性。
具体地，第二E/O调制器可以被配置为产生包括多个谐波的调制参考信号，并且OIL源可以被配置为放大所述多个谐波中的选定谐波。本地装置可以包括第一带通滤波器和第二带通滤波器，第一带通滤波器耦合在第一E/O调制器的下游，并且被配置为传递载波频率边带，第二带通滤波器耦合在第二E/O调制器的下游，并且被配置为传递参考信号频率边带。
在一个实施例中，第一带通滤波器可以包括分别耦合到第二E/O调制器和O/E转换器的第一输出和第二输出。在另一实施例中，通信装置还可以包括耦合在光源与第一E/O调制器和第二E/O调制器之间的分光器。
例如，第一频率可以小于第二频率，或者第一频率可以大于第二频率。O/E转换器可以包括耦合到OIL源的第一光探测器和第二光探测器，以及耦合到第一光探测器和第二光探测器的组合器。
另外，通信装置还可以包括耦合在光源与第一E/O调制器和第二E/O调制器之间的放大器。本地装置可以包括被配置为产生参考信号的本地振荡器。远程装置还可以包括耦合到第一E/O调制器的天线。
另一方面针对一种通信方法，该通信方法可以包括：用光源产生光载波信号；在远程装置中，对光载波信号用具有第一频率的输入信号进行E/O调制；以及在经由光波导耦合到远程装置的本地装置中，对光载波信号用参考信号进行E/O调制以产生调制参考信号。该通信方法可以包括用OIL源放大调制参考信号，以及在本地装置处基于参考信号产生第二频率的包括输入信号的复本的电输出信号。
附图说明
图1是根据现有技术的通信装置的示意图。
图2是根据本公开的通信装置的示意图。
图3是根据本公开的通信装置的另一实施例的示意图。
图4是根据本公开的通信装置的又一实施例的示意图。
图5A-9是示出图3的通信装置中的用于频率转换的边带滤波的示图。
图10-15是示出图4的通信装置中的用于频率转换的边带滤波的示图。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更充分地描述本公开，在附图中，示出了本公开的几个实施例。然而，本公开可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文中所阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使得本公开将是透彻的而且完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本公开的范围。相似的编号始终指代相似的元件，并且上撇号记号用于指示替代实施例中的类似元件。
一开始参照图2，现在描述根据本公开的通信装置20。通信装置20说明性地包括远程装置21，远程装置21包括被配置为对光载波信号用具有第一频率的输入信号22进行调制的第一E/O调制器23。输入信号22可以从与远程装置21搭配并且与第一E/O调制器23耦合的RF天线产生(例如，长距离RF天线远程处理应用)。
通信装置20说明性地包括耦合到远程装置21的光波导31a-31b，以及耦合到光波导的本地装置25。当然，在远程处理应用中，光波导31a-31b的长度可以为许多公里。
本地装置25说明性地包括被配置为产生光载波信号的光源24，以及被配置为对光载波信号用参考信号进行调制以产生调制参考信号的第二E/O调制器27。在其它实施例中，光源24可以在远程装置21内。例如，第一E/O调制器23和第二E/O调制器27可以包括光相位调制器或强度调制器。在一些实施例(图3-4)中，参考信号可以包括本地振荡器信号，该本地振荡器信号包括振荡器的工作频率的主要光谱分量。因此，第二E/O调制器27被配置为产生包括多个谐波的调制参考信号。具体地，调制参考信号将包括工作频率(即，基本频率)的整数值的多个谐波。
本地装置25说明性地包括OIL源28，OIL源28耦合到第二E/O调制器27并且被配置为放大调制参考信号。有利地，OIL源28可以被配置为放大调制参考信号中的多个谐波中的选定谐波(例如，由上游带通滤波器传递的谐波)。
本地装置25说明性地包括O/E转换器26，O/E转换器26耦合到OIL源28并且被配置为基于参考信号产生第二频率的包括输入信号22的复本的输出信号。例如，第一频率可以小于第二频率，或者第一频率可以大于第二频率。换句话说，通信装置20可以通过选择调制参考信号的适当的边带来作为上变频器或下变频器工作。
有利地，OIL源28可以放大调制参考信号的任何选定谐波来提高工作灵活性，而不是诸如Middleton等人的美国专利申请公开案第2013/0236187号中所公开的通信装置那样仅仅放大参考信号的工作频率。另外，选定谐波的使用可以在不降低信号强度的情况下进行，这将使得能够使用低频参考信号源来使得能够进行毫米波转换。
而且，使用OIL源28产生参考信号减小了来自参考信号源的振幅波动的影响，从而提供更均匀的输出信号。由于参考信号的光放大，使用OIL源28产生参考信号提供了比Middleton等人的美国专利申请公开案第2013/0236187号中所公开的通信装置大的转换增益。这个放大不会随其携带光放大器(诸如，掺铒光纤放大器)由于来自放大器的自发发射而将引发的噪声惩罚。这个放大益处提高了通信装置20的信号分布性能，因为信号可以被分割(例如，针对无阻塞开关函数)并且来自信号分割的损失可以通过放大参考信号而得到一些补偿。
另一方面针对一种通信方法，该通信方法可以包括：用光源24产生光载波信号；在远程装置21中，对光载波信号用具有第一频率的输入信号22进行E/O调制；以及在经由光波导耦合到远程装置的本地装置25中，对光载波信号用参考信号进行E/O调制以产生调制参考信号。该通信方法可以包括：用OIL源28放大调制参考信号；以及在本地装置25处，基于参考信号产生第二频率的包括输入信号的复本的电输出信号。
现在附加地参照图3和图5A-9，现在描述通信装置20'的另一实施例。另外，参照图5A-9所示的71'-79'来描述通信装置20'的频谱操作。在通信装置20'的这个实施例中，以上已经关于图2讨论的那些元件被给予了上撇号记号，并且大多数不需要在本文中进行进一步讨论。这个实施例与前一实施例的不同之处在于，光源24'包括在本地装置25'内，并且光载波信号经由光波导31b'被传输到远程装置21'。在其它实施例中，光源24'可以包括在远程装置21'内，但是这些实施例将要求电源在远程装置21'内。
另外，通信装置20'说明性地包括放大器32'和分光器33'，放大器32’耦合到光源24’，分光器33'耦合在光源与第一E/O调制器23'和第二E/O调制器27'之间，用于将放大的光载波信号引导到第一E/O调制器和第二E/O调制器(图5A和5B所示的71'、75')。本地装置25'说明性地包括本地振荡器41'，本地振荡器41'被配置为产生参考信号(即，本地振荡器信号)。一旦光载波信号在第一E/O调制器23'处用输入信号调制，调制输入信号就包括第一边带和第二边带51a'-51b'(图6A所示的72')。另外，一旦光载波信号在第二E/O调制器27'处用参考信号调制，调制参考信号就包括第一边带和第二边带52a'-52b'(图6B所示的76')。如将意识到的，调制参考信号的带宽集中于本地振荡器41'的工作频率处。
本地装置25'说明性地包括第一带通滤波器34'和第二带通滤波器35'，第一带通滤波器34’耦合在第一E/O调制器23’的下游，并且被配置为传递载波频率边带51b’(图7A所示的73’)，第二带通滤波器35'耦合在第二E/O调制器27'的下游并且被配置为传递参考信号频率边带52b'(图7B所示的77')。
在这个实施例中，OIL光源28'可以是OIL激光源。本地装置25'说明性地包括：光循环器36'，光循环器36'耦合到第二带通滤波器35'并且将滤波的调制参考信号52b'发送到OIL源28'；以及2×2光耦合器37'，2×2光耦合器37'耦合到光循环器和第一带通滤波器34'。OIL源28'放大滤波的调制参考信号(即，载波频率或其选定谐波)以产生放大的调制参考信号52c'(图8B所示的78')。
另外，这个实施例说明性地包括：O/E转换器26'，O/E转换器26'包括耦合到OIL源28'的第一光探测器和第二光探测器38a'-38b'；以及组合器39'，组合器39'耦合到第一光探测器和第二光探测器。在这个实施例中，第一光探测器和第二光探测器38a'-38b'是均衡的。来自第一带通滤波器34'和OIL源28'的信号路径的组合提供下变频的中频信号(图9所示的79')。如将意识到的，如果第一边带51a'与第一参考信号频率边带52b'组合，则所述组合将给予上变频。
现在附加地参照图4，现在描述通信装置20”的另一实施例。在通信装置20”的这个实施例中，以上已经关于图2-3讨论的那些元件被给予双上撇号记号，并且大多数在本文中不需要进一步讨论。另外，参照图10-15所示的81”-90”来描述通信装置20”的频谱操作。
这个实施例与前一实施例的不同之处在于，这个通信装置20”省略了来自光源24”的光载波信号的划分。在替代方案中，第一带通滤波器34”说明性地包括分别耦合到第二E/O调制器27”和O/E转换器26”的第一输出和第二输出。
具体地，光载波信号在第一E/O调制器23”处用输入信号调制，调制输入信号包括第一边带和第二边带51a”-51b”(图10所示的81”)。第一带通滤波器34”说明性地分别将第一边带51a”和第二边带51b”传递到第二E/O调制器27”和O/E转换器26”(图11A和11B所示的82”、86”)。
另外，来自第一E/O调制器23”的调制输入信号在第二E/O调制器27”处用参考信号进行调制，调制参考信号包括参考信号的第一边带和第二边带52a”-52b”以及来自输入信号的第一边带51a”(图12B所示的87”)。第二带通滤波器35”传递参考信号的第二边带52b”，第二边带52b”在OIL源28”中被放大52c”(图14B所示的89”)。放大的调制参考信号52c”在O/E转换器26”中与输入信号的第二边带51b”组合(图15所示的90”)。
本领域技术人员在得益于在前面的描述和相关联的附图中呈现的教导之后将想到本公开的许多修改和其它实施例。因此，应理解，本公开不限于所公开的特定实施例，并且修改和实施例意图包括在所附权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种通信装置，包括：
远程装置，所述远程装置包括
第一电光调制器，所述第一电光调制器被配置为对光载波信号用具有第一频率的输入信号进行调制以产生调制光载波信号，以及
光波导，所述光波导耦合到所述远程装置；以及
本地装置，所述本地装置耦合到所述光波导，并且包括
光源，所述光源被配置为产生所述光载波信号，
具有输入的第一带通滤波器，所述第一带通滤波器被配置为接收所述调制光载波信号以产生经调制且经滤波的光载波信号，
第二电光调制器，所述第二电光调制器被配置为对所述经调制且经滤波的光载波信号用参考信号进行调制以产生调制参考信号，
光注入锁定源，所述光注入锁定源耦合到所述第二电光调制器，并且被配置为放大所述调制参考信号，以及
光电转换器，所述光电转换器耦合到所述光注入锁定源，并且被配置为基于所述参考信号产生第二频率的包括所述输入信号的复本的输出信号，
所述第一带通滤波器具有第一输出和第二输出，所述第一输出和所述第二输出分别耦合到所述第二电光调制器和所述光电转换器。
2.根据权利要求1所述的通信装置，其中所述第二电光调制器被配置为产生包括多个谐波的所述调制参考信号；并且其中所述光注入锁定源被配置为放大所述多个谐波中的选定谐波。
3.根据权利要求1所述的通信装置，其中所述第一带通滤波器被配置为传递载波频率边带；且
其中所述本地装置包括第二带通滤波器，所述第二带通滤波器耦合在所述第二电光调制器的下游，并且被配置为传递参考信号频率边带。
4.根据权利要求1所述的通信装置，其中所述第一频率小于所述第二频率。
5.根据权利要求1所述的通信装置，其中所述第一频率大于所述第二频率。
6.一种通信方法，包括：
用光源产生光载波信号；
在远程装置中，使用第一电光调制器对所述光载波信号用具有第一频率的输入信号进行电光调制以产生调制光载波信号；
在经由光波导耦合到所述远程装置的本地装置中，使用具有输入的第一带通滤波器接收所述调制光载波信号以产生经调制且经滤波的光载波信号；
在所述本地装置中，使用第二电光调制器对所述经调制且经滤波的光载波信号用参考信号进行电光调制以产生调制参考信号；
用光注入锁定源放大所述调制参考信号；以及
在所述本地装置处，基于所述参考信号，使用耦合到所述光注入锁定源的光电转换器产生第二频率的包括所述输入信号的复本的电输出信号，所述第一带通滤波器具有第一输出和第二输出，所述第一输出和所述第二输出分别耦合到所述第二电光调制器和所述光电转换器。
7.根据权利要求6所述的通信方法，其中所述调制参考信号包括多个谐波；并且其中所述光注入锁定源放大所述多个谐波中的选定谐波。
8.根据权利要求6所述的通信方法，还包括：
使用所述第一带通滤波器传递载波频率边带；以及
在所述本地装置中，使用耦合在所述第二电光调制器的下游的第二带通滤波器传递参考信号频率边带。
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