CN101001126A

CN101001126A - 全双工通信Radio－Over－Fiber中光毫米波产生和波长重用方法和系统

Info

Publication number: CN101001126A
Application number: CNA2006100320452A
Authority: CN
Inventors: 余建军; 陈林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2026-08-03
Also published as: CN101001126B

Abstract

本发明公开了一种属于光纤传输无线信号(Radio－on－Fiber，缩写为ROF)通信系统技术领域中的全双工通信光毫米波产生和波长重用方法和系统。采用双电极调制器载波抑制调制方法和光滤波器进行滤波，将载波抑制信号的二个纵模进行分离，其中一个纵模调制基带信号后与另一个未调制基带信号的纵模进行耦合产生光毫米波，使得中心站结构简单、高稳定性和造价便宜，产生的光毫米波传输距离长；同时在基站中采用光滤波器将未调制信号的纵模滤波分离出来作为上行链路的光载波，实现了下行链路中的波长在上行链路中重复利用，使得基站中不再需要使用光源，而结构简单、造价便宜。另外还提供了一种实现光毫米波产生和上行链路波长再利用的ROF系统，可以利用所述的方法产生光毫米波及实现上行链路的波长重用技术。

Description

全双工通信Radio-Over-Fiber中光毫米波产生和波长重用方法和系统

(一)技术领域

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

(二)背景技术

目前无线电频谱资源已非常紧张，适合无线移动网络的频率其实已分割完毕，要进一步发展其他无线新技术，增强现有技术的频谱越来越困难，而我们对信息的需求在不断加强，现存的无线技术难以满足人们对带宽的要求。第四代无线接入系统将会延伸到毫米波段。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，将无线和光网络的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。由于毫米波覆盖范围小，基站变得很密集，降低基站的代价和简化基站的结构犹为重要。

ROF系统中的中心站的信号经由基站传送至用户终端称为下行链路，无线移动终端的射频信号经由基站传送至中心站称为上行链路。在下行链路，来自中心站骨干网的信号加载到光纤上，并下行传送至基站，检波后至无线移动终端；在上行链路，无线射频(Radio-frequency，RF)携带着来自于终端(End station：缩简为ES)的数据在基站中进行编码后上行加载到光纤上，并传送至中心站，检波至骨干网。

由于上行链路的信号在基站中进行调制，因而需要高速率且高价的激光光源，这样会增加基站造价。

为了解决上行链路所带来的问题，如果下行链路的载波在上行链路能够得到再利用，这样在基站中就可以省去激光光源。

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种：直接强度调制，外部强度调制和远程外差。迄今为止，基于外部强度调制器的光毫米波产生方案具有较高的可靠性和较低价特性。已提出三种不同的外部调制方案来产生光毫米波，如：双边带调制(Double side-band，缩写为DSB)，单边带(Single side band，缩写为SSB)，及光载波抑制(Optical carrier suppression，缩写为OCS)技术。其中基于光OCS调制产生光毫米波的技术结构简单、节约电子器件和光器件的带宽。

以上所述的光毫米的产生和上行链路的波长重用的问题，已有的技术方案是采用双边带调制[A.Kaszubowska，L.Hu，L.P.Barry，“RemoteDownconversion with wavelength reuse for the radio/fiber uplinkconnection”IEEE Photonics Technology Letters，Vol.18，No.4，2006，Page(s)：562-564.]，然而并没有解决双边带调制所带来的信号的衰退效应，最终传输距离很短(仅达到12公里)而且传输信号速率低(仅能达到150Mb/s)。

因此，简单而有效的光毫米波产生及波长重用技术，仍然是降低ROF系统的造价、简化ROF系统结构的主要问题。

(三)发明内容

本发明针对上述情况，解决了上行链路中波长重用和下行链路中的毫米波产生所存在的问题，延长了传输距离，同时又使得系统结构简单，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：

在中心站中采用OCS调制技术产生下行链路的光毫米波；在基站中上行链路利用了下行链路的光载波。

所述的用于全双工通信的中心站包括：

一个连续波激光器，用于产生光载波；一个双电极调制器，用于产生光载波抑制信号；一个光滤波器，用于将光载波抑制信号的一阶边带进行分离；一个光外部强度调制器，用于将基带信号调制到光载波抑制信号的一阶边带的一个纵模上；一个光耦合器，用于将分离的光载波抑制信号的一阶边带耦合成调制基带信号的光毫米波；一个上行链路的光接收机，用于接收上行链路的光信号。

所述的光毫米波产生方案，其特征在于包括以下步骤：

使用连续波激光器产生光载波；

光载波信号进入双电极强度调制器并由RF信号驱动产生光载波抑制调制信号。

将产生的光载波抑制信号的一阶边带的二个纵模进行有效的分离；

分离后的其中一个纵模通过外部调制器加载基带信号，然后再跟另一个纵模进行耦合从而产生双倍于RF频率的光毫米波。光毫米波进入长距离光纤线路，传输至基站。

所述的基站包括：

光滤波器，用于将接收到的下行链路的光毫米波的二个纵模进行分离，其中一个携带基带数据的纵模进入下行链路的光接收机；一个下行链路的光接收机，主要完成将光信号变成电信号；一个全双工天线收发转换开关用于接收来自于天线的电信号输入至上行链路，以及将下行链路的信号传送至天线发射出去。一个天线，其作用是接收空气中来自于客户端上行链路的信号和将下行链路的信号发射至空气中，一个上变频器，用于将上行链路中来自于天线的数据检测出来，一个外部调制器用于将上行链路的数据调制到光载波上。

所述的上行链路波长重用的方法，其特征在于包括以下步骤：

基站接收来自于中心站传送过来的带有下行链路数据的毫米波信号，通过滤波器将没有调制数据的光载波分离出来作为上行链路的光载波，通过外部调制器将上行链路的数据加载到光载波上，再通过上行链路光线传输至中心站，在中心站中由上行链路接收机接收并进行数据处理。

本发明还提供了一种全双工通信Radio-Over-Fiber中光毫米波产生和波长重用系统。如图1所示。所述的系统包括光毫米波产生模块和上行链路波长再利用模块。

所述的光毫米波产生模块包括：

激光器1，用于产生指定波长的单纵模光信号；双电极调制器2，用于产生光载波抑制信号；光交叉复用器4，用作光滤波器；光强度调制器22，用于加载基带数据信号；光功率耦合器7，用于将加载数据的光毫米波的一个纵模和另外一个未加载数据的纯净的纵模耦合在一起进入下行链路的光纤中传输。

所述的光毫米波产生模块其特征在于包括以下工作过程：

由连续波激光器1产生的单纵横光载波信号，进入双电极调制器2受到无线射频波3的调制，调制后输出的光信号为载波抑制光信号，包括二个光纵模成分，通过交叉复用器4将二个光纵模进行有效分离，分离后一个纵模进入外部调制器22将下行链路的基带数据加载到该纵模上，分离后的另一个纵模由交叉复用器4的另一出口通过光功率耦合器7与经过数据加载后的光纵模混合产生光毫米波信号，携带下行链路数据的光毫米波进入下行链路的光纤链路8传输至基站14。

所述的基站14，包括：交叉复用器444，高速光电检测器9，全双工天线收发转换开关10，天线11，上变率器12，调制器222。

基站的功能之一是通过光交叉复用器444将毫米的调制了基带信号的光纵模分离出来，经过高速检测器9变成电信号由天线11发射出去。另一功能是从下行链路的光毫米波中通过滤波器取出纯净光载波用作上行链路的光载波，实现下行链路的光载波在上行链路中得到重用。

所述的上行链路光载波波长重用模块，由交叉复用器444，上变频器12，以及外部调制器222组成。

所述的上行链路光载波波长重用模块是包含在基站中，其特征在于包括以下工作过程：

从光纤8接收到的来自于中心站的光载波和携带数据的光毫米波首先通过光交叉复用器444将从光毫米中分离出未经调制的光纵模作为上行链路的光载波，进入调制器222；同时，来自于天线11所接收到的客户端上行链路的数据信号通过上变频率器12进行频率下传后，驱动调制器222，将上行链路的数据信号加载至光载波上，进入上行链路的光纤88中传输至中心站。

本发明利用载波抑制原理和光滤波器原理，利用了双电极强度调制器产生光毫米波所具有较高可靠性和廉价特性，结构简单、易于实现。本发明采用光滤波原理，从下行链路中的滤出光载波，在上行链路中重复利用，这样在基站中不需要激光器，使基站变得简单，也降低了的成本。本发明采用光交叉复用器作为光滤波器，由于光交叉复用器具有周期性的特性，如果是波分复用系统，多个波长可以共享一个交叉复用器，因此本发明所述的光毫米波的产生和上行链路中波长重用方法和系统不但能用于单信道ROF系统，同样适用于波分复用ROF系统。

(四)附图说明

图1为本发明的光毫米波产生和上行链路中光波长重用系统结构示意图。

图2为本发明产生的载波抑制信号的频谱；

图3为本发明产生的载波抑制信号分离后上边带的频谱；

图4为本发明产生的载波抑制信号分离后的下边带并加载2.5Gbit/s数据的频谱；

图5为本发明产生的光毫米波频谱；

图6为本发明波长重用方法产生的用于上行链路的光载波；

图7为本发明为实现光载波抑制的双电极调制器2的连接方式；

图中：

1-连续波光源

2-双电极调制器

22-外调制器

222-外调制器

3-射频信号源

4-交叉复用器

444-交叉复用器

5-基带信号

6-上行链路接收机

7-功率耦合器

8-下行链路传输光纤

88-上行链路传输光纤

9-下行链路光接收机O/E(光电转换)

10-全双工天线收发转换开关

11-发射、接收天线

12-上变频器

13-中心站

14-基站

15-相移器

16-分支器

(五)具体实施方式

下面结合实验例子和附图，对本发明作具体说明。

由图1所示，光毫米波产生模块的各部件分别说明如下：

激光器1，用于产生指定波长的单纵模光信号，可以为DFB-LD；双电极调制器2，用于产生载波抑制调制信号，可以为双电极铌酸锂(D-LN-MOD)调制器，也可以为双电吸收强度调制器；本实施例子双电极调制器2的驱动信号是由RF信号源3所产生的重复频率为20GHZ的RF信号，也可以为更高的频率。

本实施例中产生的载波抑制信号的频谱如图2所示。

光交叉复用器4，其作用是将产生的载波抑制信号的二个纵模分开，其二输出端口的频率间隔根据RF的频率而定，本实施例为25/50GHZ，分离后上边带的频谱如图3所示，用于下行链路中基带信号的光载波；

光强度调制器22，用于加载基带信号，可以为铌酸锂(LiNbO₃)调制器，也可以为电吸收强度调制器；图4为加载2.5Gbit/s数据后信号的频谱；

光功率耦合器7，用于将载波抑制信号的加载数据信号的和未加载数据信号的二个纵模耦合一起，产生光毫米波，再进入下行链路的光纤中。图5为产生的光毫米波频谱。

本实施例中光载波抑制双电极调制器2的连接方式，如图7所示。

数据信号源3的输出端与分支器16相连接，分支的信号一路通过相移器13产生180度相移，连接到双电极调制器2，另一路直接与双电极调制器2的另一个输入端相连接。

本实施例的双电极调制器2的偏置电压等于调制器的半波电压。

所述的光毫米波产生模块的具体连结方式为：激光器1与双电极调制器2的光接入端相连，双电极调制器2的电接入端与射频信号源3的输出端相连，射频信号源的频率可以为1～30GHz及以上。外部强度调制器3的输出端与光交叉复用器4的输入端相连，其输出端之一与强度调制器22的光输入端相连，强度调制器的电输入端与数据信号源5相连，强度调制器的输出端与光功率耦合器7的输入端相连；交叉复用器4的另一输出端与光功率耦合器7相连；光功率耦合器7的输出端与下行链路的光纤8相连。传输光纤为单模光纤SMF-28，本实施例中所述的光毫米波产生模块产生的光毫米波及加载数据后，可传输40公里。

所述的上行链路波长重用模块，具体连接方式如下：

光交叉复用器444的输入端与下行链路的长距离光纤线路8相连，其输出端之一的偶数波长输出端与下行光接收机9的输入端相连，接收来自下行链路的光毫米波及加载的数据信号，通过全双工天线收发转换开关10送入天线11中进行发射；

交叉复用器444的奇数波长输出端与光调制器222的光输入端相连，滤波输出的光纵模作为上行链路的光载波。

本实施例中产生的波长重用的光载波频谱如图6所示；

强度调制器222的电输入端与上变频器12相连；上变频器12的输入端与全双工天线收发转换开关10相连；全双工天线收发转换开关10的另一输入端与接收天线11相连，天线接收来自于客户端的移动终端发出的信号。上变频器12的输出端与强度调制器222的电输入端相连接，上行链路中的强度调制器222的光输入端与交叉复用器444的输出端相连，上行链路的强度调制器222的光输出端与上行链路传输光纤88相连；上行链路的传输光纤88与中心站的上行链路的接收机6相连。上行链路的接收机6为常规的光接收机。

本发明中的所述的方法及系统适合于频率为1～40GHZ以及其它频率的WDM光纤传输无线信号系统。

本发明采用外部调制器产生载波抑制调制方式和光交叉复用器进行滤波产生光毫米波，使得中心站结构简单、高稳定性和造价便宜，产生的光毫米波传输距离长；同时采用光交叉复用器实现了下行链路中的波长在上行链路中再利用，使得基站结构简单、造价便宜。

总之，本发明的优点是能用较低的成本产生高性能光毫米波，延长了传输距离，且使上行链路中的光载波得到重复利用，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。

Claims

1、一种光毫米波的产生方法，用于为ROF系统的下行链路产生可以携带信号的毫米波，其特征在于所述的方法包括以下步骤：

使用连续波激光器产生光载波；

光载波信号进入双电极调制器并由RF信号驱动产生载波抑制信号。将载波抑制信号的一阶边带的二个纵模进行分离；

通过外部调制器将下行链路的数据加载到载波抑制信号的其中一个分离的纵模上；

分离的一个未加载数据的纵模和经过数据加载后的纵模再次耦合产生光毫米波进行入长距离光纤线路，传输至基站。

2、根据权利1所述的光毫米产生方法，其特征在于：采用了双电极调制器和光滤波器。

3、根据权利1所述的光毫米波的产生方法，其特征在于：双电极调制器处于载波抑制调制方式。

4、根据权利1所述的光毫米波的产生方法，其特征在于使用光滤波器将产生载波抑制信号的二个纵模进行分离。

5、根据权利1所述的光毫米波的产生方法，其特征在于使用光耦合器将将调制了基带数据的纵模和未调制基带数据的纵模进行耦合形成光毫米波。

6、一种光毫米产生和上行链路波长重用方法，其特征在于，在基站中使用光滤波器将未调制数据的纵模滤出作为上行链路中的光载波。

7、根据权利6所述的波长再重用的方法，其特征在于，将上行链路的数据通过外部调制器加载到从下行链路中得到的光载波上，并通过上行链路光纤传输至中心站。

8、一种光毫米产生和上行链路波长再利用系统，其特征在于：采用了权利1-7中所述的各种方法。