CN101056154A - 一种新型的生成高频dwdm光毫米波信号及波长再利用方案及系统 - Google Patents

Abstract

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采用一个带宽较窄的强度调制器和一个频率较低的射频信号生成DWDM系统中高频毫米波信号的方法。本发明利用多倍双频技术和交叉复用器的周期特性，降低了中心站对器件带宽的要求，使得中心站的配置很简单，易于实现，降低了中心站造价，得到WDM的高频毫米波信号，充分了利用了已有的光纤带宽，还有效地减小了信号传输中的干扰，提高了系统的传输性能。本发明采用光滤波原理，从下行链路中滤出ROF毫米波中心载波，用于上行链路波长再利用，简化了基站。同时利用可调光滤波器，可选择性地滤出想要信道的信号，供不同的用户使用。

Description

一种新型的生成高频DWDM光毫米波信号及波长再利用方案及系统

(一)技术领域

本发明属于光纤-无线(Radio-over-Fiber，缩写为ROF)通信系统技术领域，能生成高频毫米波信号。

(二)背景技术

随着人们对声音、数据、图像以及交互式等宽带业务的需求，为了能使移动通信多媒体化，通信系统必须能高速地传送数据和图像。但目前所用的无线频带带宽比较窄，还不能进行大容量传送，且无线通信易受大气环境的影响，不能实现长距离的传输。

如果将无线通信与宽带通信两者的优点相结合，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，用光纤代替大气作为传输媒质来传输信号，将使目前的移动通信系统达到更高的传输容量，同时实现超长距离的传输。这无疑既能增加接入网容量和移动性，又能降低运营成本，是通信发展的方向。

通过光纤传输高频射频信号，特别是毫米波段信号，国际上普遍称为Radio over fiber(简称为ROF)技术，近几年来受到世界各国的高度重视。ROF的概念融合了两种常规技术——无线射频技术和光纤有线传输技术。ROF系统具备大容量、低成本、低功耗、易于安装与维护等多种优势，可以满足未来移动通信的宽带业务要求。这种技术可以在对无线信号屏蔽的地方，如地下隧道、商业大厦、机场候车室等场所通过ROF技术实现无线宽带接入，让用户切实享受所谓的3A(any time，anywhere，anything)体验。ROF技术可以将无线接入的灵活性与光纤提供的大容量与低成本优势有机结合在一起，无疑将在未来宽带无线接入技术中扮演重要的角色。

典型的ROF系统包括中心站(Central Station，缩写为CS)，光纤网以及功能简单的基站(Base Station，缩写为BS)。在中心站主要进行多路交换，频率上下传和执行频率管理。在中心站中产生毫米波光载波即将射频率信号上传至光载波上，并由光纤传输至基站，在基站进行简单的光电变换后变成无线信号发送至移动终端。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。由于上行链路在基站中要求高速率且高价的器件，如激光光源，这样会增加基站造价。

构建简单的基站(BS)和廉价生成光毫米波，是将ROF系统商业化的两个关键技术。目前，生成的光毫米波频率一般都只有本地振荡的电信号的频率的两倍，及两个一阶边带之间的间隔。比如，40GHz的光毫米波的生成，其本地振荡(LO)频率就是20GHz，且其外部调制器(EM)的带宽也要求是20GHz。那么，要生成高频的光毫米波信号，尤其是要生成波分复用(WDM)系统中的高频光毫米波信号，其系统的成本代价和复杂度都很高。

Guohua Qi等人在“Generation and Distribution of a Wide-BandContinuously Tunable Millimeter-Wave Signal With an Optical ExternalModulation Technique”一文中提到的多倍双频技术，通过调整外部调制器(EM)上的直流(DC)偏置能抑制掉奇阶边带，一阶边带被抑制，两个二阶边带的频率间隔为射频的四倍，因而得到了四倍频的光毫米波，但是采用了一个光栅滤波器来抑制载波，不能有效地滤出二阶以上的高阶边带，使得信号在传输中可能受到干扰，且该方法不能用在WDM系统中。

为了解决上述问题，进一步降低对本地振荡频率和外部调制器带宽的要求，而同时又减少系统的总体成本，简化基站，本发明提出了一个新颖的全双工ROF体系结构。本发明仅采用了一个带宽相对较窄的强度调制器以及频率较低的射频(RF)信号，并利用交叉复用器的周期性特性，生成了密集波分复用(DWDM)系统中的高频光毫米波，还有效地抑制了高阶边带，提高了传输性能。同时在基站还可以载波重利用。

(三)发明内容

本发明针对上述情况，用一种新颖的ROF方案，通过调整外部调制器上的DC偏置，利用低频的射频信号和一个低带宽的调制器生成DWDM系统中高频光毫米波信号。大大减小了射频信号源的频率以及光调制器的带宽，并且在基站，载波可以再调制上行链路数据，这样，所有的光功率都能得到有效利用。从而使得系统结构简单，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，基带信号先与射频信号混频进行上变频，然后输入到强度调制器调制由多路光载波合成的载波，调制后的信号再通过交叉复用器抑制高阶边带。在基站，用交叉复用器将二阶边带和载波分离，载波可用于波长重利用，二阶边带毫米波进行检测、解调，再通过天线发送出去。

所述的中心站，生成DWDM高频毫米波信号的方案，其特征在于包括以下过程：

使用多个连续波激光器产生中心载波不同的多个光载波；

多个载波由一个相位耦合器合成一路信号；

基带信号与本地振频混频，然后驱动强度调制器；

合成的多路光载波输入到强度调制器中进行调制；

将已调信号输入到光交叉复用器，滤除高阶边带。

与已提出的一些方案相比，本发明仅用一个带宽较窄的强度调制器和频率较低的本地射频信号，生成了DWDM系统中的四倍频的高频信号，并且用一个交叉复用器就有效地滤除了高阶边带，这样不仅降低了对中心站器件的要求，简化了中心站，降低了成本，还减小了干扰。

为了进一步实现上述目的，本发明还提供了与所述的中心站相适应的结构简单的基站。

所述的基站包括：

光交叉复用器，用来将接收到的毫米波信号中的载波和二阶边带分离；一个掺铒光纤放大器，将分离得到的二阶边带信号进行放大；一个可调光滤波器，通过调节适当的中心频率和带宽，来选择性的滤出想要信道的信号；一个光/电转换器，将光信号转换成电信号；一个电放大器，将转换后的电信号进行放大；一个功率分支器，将得到的电信号功率分成两份；一个混频器，用来进行自混频；一个低通滤波器，滤出基带信号。

本发明还提供了一种产生DWDM系统中高频毫米波的系统，所述的系统分中心站和基站两部分。

中心站中，生成DWDM高频毫米波的模块包括：

多个激光器，用于产生多个指定波长的单纵模光信号；相位耦合器，用于将多个单纵模光载波合成一路信号；射频信号源，用于产生射频正弦波信号；混频器，用于将基带信号和射频信号混频，进行上变频；强度调制器，用于将上变频的信号调制到光载波上；光交叉复用器，用来将已调信号中的高阶边带滤除。

中心站中生成DWDM高频毫米波模块其特征在于包括以下工作过程：

由多个连续波激光器产生的多个不同中心频率的单纵模光载波信号，进入相位耦合器，合成一路信号，再输入强度调制器受到调制。基带信号和射频信号进入混频器混频，进行上变频，再驱动强度调制器。通过适当选择强度调制器的DC偏置，可抑制已调信号中的奇边带，得到的已调信号一阶边带被抑制，两个二阶边带间的频率间隔为射频信号的四倍频，得到高频的毫米波信号。已调信号再输入到光交叉复用器中，滤除二阶以上的高阶边带，然后进入下行链路的光纤链路传输至基站。

基站中包括：光交叉复用器、掺铒光纤放大器、可调光滤波器、光/电转换器、电放大器、功率分支器、混频器、低通滤波器。

本发明所述的结构简单的基站，其工作过程如下：

将接收到的毫米波信号中的光载波和二阶边带用光交叉复用器分离。分离后的光载波可用于基站波长重利用，作为上行链路的载波；而二阶边带毫米波信号，先经掺铒光纤放大器放大，再由可调光滤波器滤出想要的信道的信号，得到的单信道信号由光/电转换器转换成电信号，经由电放大器放大，然后通过功率分支器等分成两份，两路信号在混频器中自混频，进行下变频，最后通过低通滤波器，滤出得到所要信道的基带信号。

本发明不仅生成了DWDM系统中高频毫米波，降低了对中心站器件的要求，简化了中心站，而且在基站可以波长重利用，同样简化了基站，降低了整个系统的代价。

(四)附图说明

图1为本发明的中心站的示意图；

图2为本发明基站实现示意图；

图3为本发明的生成DWDM系统中高频毫米波信号的系统示意图；

图4为本发明实施例四信道的DWDM系统中光毫米波信号传输前的眼图；

图5为本发明实施例四信道的DWDM系统中光毫米波信号传输后的眼图；

图6为本发明实施例各信道的误码率图和下变频后电信号的

眼图。

图中：

1-连续波光源

11-连续波光源

111-连续波光源

1111-连续波光源

2-相位耦合器

3-射频信号源

4-数据基带信号

5-混频器

6-强度调制器

7-中心站光交叉复用器

8-光纤

9-基站光交叉复用器

10-掺铒光纤放大器

11-可调光滤波器

12-光/电转换器

13-电放大器

14-功率分支器

15-混频器

16-低通滤波器

17-基站波长重利用模块

18-中心站

19-基站

(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，高频DWDM毫米波信号产生模块18的各部件分别说明如下：

激光器1、11、111、1111，用于产生指定波长的单纵模光信号，均可以为DFB-LD。相位耦合器2，用于将四路光载波信号合成一路信号。混频器5，用于将2.5Gb/s的数据基带信号4和射频信号源3产生的10GHz的射频信号进行混频，进行上变频。强度调制器6，用于调制多路光载波，可以为铌酸锂(LiNbO₃)调制器，并通过调节调制器上的DC偏置，可将调制信号中的奇边带抑制，两个一阶被抑制后，得到两个二阶边带间的间隔为40GHz，是射频信号的四倍频。已调信号输入到一个50/100GHz的光交叉复用器7中，可滤除二阶以上的高阶边带，然后输入到传输光纤8中。

由图2所示，基站19的各部分分别说明如下：

25/50GHz的光交叉复用器9，用于将接收到的光毫米波信号中的中心载波和二阶边带分离。分离后的中心载波输入到基站波长重利用模块17中，作为上行链路的载波。40GHz间隔的二阶边带先由掺铒光纤放大器10进行放大，再由可调光滤波器11选择所想要的信道信号，然后通过光/电转换器12将光信号转换成电信号，本实施例中可用60GHz带宽的PIN光电二极管进行直接检测，转换后的电毫米波信号由电放大器13放大，本实施例中用一个中心载波为40GHz带宽为10GHz的窄带电放大器(EA)进行放大。放大后的电毫米波信号输入到功率分支器14中，将功率等分成两份。两路信号在混频器15中进行自混频，由低通滤波器16滤出想要的信道中基带信号。

图3为本发明传输系统示意图，由DWDM高频光载毫米波信号产生模块18产生的信号通过传输光纤8发送至基站19，再由基站对所需信号进行接收检测。

图4显示了本实施例中测量到的四信道DWDM系统中光毫米波信号传输前的各信道眼图；

图5显示了本实施例中测量到的四信道DWDM系统中光毫米波信号传输后的各信道眼图；

图6显示了本实施例中测量到的各信道误码率BER与接收光功率的关系，背靠背和传输20km后的误码率图，下变频后的电眼图。各个信道的误码率特性是相同的，因此，只给出了任意一个信道的误码率曲线和眼图。

本发明中的所述的方法及装置适合于频率为1～40GHz单信道以及DWDM光纤传输无线信号系统。

本发明中，利用多倍双频技术，仅用一个强度调制器，通过适当地选择调制器上的DC偏置，有效地抑制了已调信号中的奇边带，从而使得两个二阶边带间的间隔为射频信号4倍频，得到了DWDM系统中的高频毫米波信号；同时利用了光交叉复用器滤波的优势，使用交叉复用器滤除了二阶以上的高阶边带。这样，不仅降低了中心站对器件带宽的要求，使得中心站的配置很简单，降低了中心站造价，得到WDM的高频毫米波信号，充分了利用了已有的光纤带宽，还有效地减小了信号传输中的干扰，提高了系统的传输性能。本发明采用光滤波原理，使用了光交叉复用器，由于光交叉复用器具有周期性的特性，多个波长可以共享一个交叉复用器，在基站用一个交叉复用器滤除了DWDM系统中下行链路中的各路光载波，能在基站进行波长再利用，同样简化了基站，降低了整个系统的成本。然后再利用可调光滤波器，可选择性地滤出想要信道的信号，供不同的用户使用。

总之，本发明的优点是能用较低的成本，生成DWDM系统中的高频毫米波信号，并且使得整个ROF系统结构简单。

Claims (4)

1、一种生成DWDM系统中高频毫米波的方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：

使用多个连续波激光器产生光载波；

用相位耦合器合成多路光载波；

数据基带信号由混频器与射频信号混频，进行上变频，驱动强度调制器；

合成的多路光载波输入到一个强度调制器中进行调制；

已调信号由光交叉复用器滤出二阶以上的高阶边带。

2、根据权利1所述的方法，其特征在于：采用了多倍双频技术。适当地选择了强度调制器上的直流(DC)偏置，使得已调信号的各奇阶边带被抑制，从而得到的光毫米波带宽是两个二阶边带间的间隔，是射频信号的4倍频，用较低的射频信号和带宽较窄的调制器，得到了较高的DWDM毫米波信号。

3、在基站，其特征在于：用光交叉复用器分离了各光载波和二阶边带，并通过可调光滤波器，选择性地滤出了想要信道的信号；同时分离的光载波可用于基站的波长重利用。

4、一种光纤无线通信系统，特征在于：采用了权利1-3中所述的各种方法。

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