CN101094038B - 光纤无线通信系统中毫米波产生及波长再利用方法和系统 - Google Patents

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光毫米波产生和上行链路中波长再利用的方法和系统。采用最简单的外部调制器双边带调制方法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，且能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。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再利用。

Description

光纤无线通信系统中毫米波产生及波长再利用方法和系统

(一)技术领域

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

(二)背景技术

最近几年，由于大量的已铺设光纤未得到充分的利用，电信业务在长距离骨干网和城域网方面的发展速度缓慢。但随着对超高速、实惠并能提供交互式多媒体服务的通信方式需求的增长，遍及全球的用户、政府部门、电缆经营商和电信服务提供商对宽带接入网的关注日益增加。

为了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，无线网络和光网络的融合理所当然的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潜在解决方案。国际上对“可移动超大容量超高速”的光纤传输无线信号(Radio-over-Fiber，缩写为ROF)通信系统的研究工作越来越给予极大的关注。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。光纤链路提供长距离的传输，终端和终端用户之间的通信由无线射频来完成。RoF系统有如下优势：简便、低成本、大的带宽、覆盖面积广、易于安装和维护。众所周知，由于较低微波频率需要经过许可，且低频带宽不足，下一代无线接入系统-包括移动的和固定的将运行在微波/毫米波波段的上界频率，这是由于高频载波能够提供的带宽很富裕。光纤低损耗和抗电磁干扰的优点使拥有高无线频率的ROF系统能够更好地覆盖到基站，无线方式仅仅用在到达终端用户的最后不到一公里的范围内。此外，ROF也因为其他潜在的应用而引起人们的广泛关注，例如卫星通信，移动宽带系统。ROF也同样用在服务于智能传输系统(ITS)、频率范围在63-64GHz和76-77GHz之间的视频通信与控制。

一般而言，典型的ROF系统包括中心站(Central Station，缩写为CS)，互连大量远程基站(Remote Station，缩写为RS)的光纤网以及功能简单的天线基站(Base Station，缩写为BS)。在中心站进行多路交换，频率上下传和执行频率管理。由于终端用户共享CS中信号处理单元，减少了昂贵的信号处理单元数量。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。

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。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)，基于DSB方案产生的光毫米波不能在光纤中传输很长的距离，然而这种方案结构最简单，与采用双电极调制器OCS和SSB方案不同的是，DSB方案仅采用单电极调制器。

以上所述的光毫米的产生和上行链路的波长再利用的问题，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，Vo1.18，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)。

(三)发明内容

本发明针对上述情况，解决了波长再利用和毫米波产生所存在的问题，从而克服了色散效应的影响，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：

在下行链路中采用最简单的双边带调制器和光滤波器共同作用产生光毫米波；在基站中上行链路利用了下行链路的光载波波长。

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；

光载波信号进入光强度调制器并由RF信号驱动产生双边带(DSB)调制信号。

将已调制信号的一阶边带与光载波以及二阶边带有效地分离；

一阶边带的二个纵模将形成频率为RF信号2倍的光毫米波；

通过另一个光强度调制器将下行链路的数据加载到光毫米波上；

分离的光载波和二阶边带将被另一个交叉复用器进一步分开，得到纯净的光载波；

光载波和数据加载的光毫米波再次耦合进行入长距离光纤线路，传输至基站。

所述的上行链路波长再利用的方法包括以下步骤：

由上述方法产生的耦合在一起的光载波和携带数据的光毫米波由下行链路光纤中传输至基站，通过光滤波将光载波和加载数据的光毫米波分离；分离后的光载波作为上行链路用于加载数据的光载波信号。

本发明还提供了一种光毫米波产生和上行链路波长再利用的系统。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；光强度调制器2，用于产生双边带调制信号；光交叉复用器4，用作光滤波器；光强度调制器22，用于加载基带信号；光交叉复用器44，用作光滤波器；光功率耦合器7，用于将加载数据的光毫米波和纯净的光载波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，进入调制器2受到射频波3的调制，调制后输出的双连带调制的光信号包括一阶和二阶边带成分，通过交叉复用器4将一阶边带和二阶连带进行有效分离，分离后一阶边带的二个纵模将形成频率为RF信号2倍的光毫米波，进入调制器22将下行链路的基带数据加载到光毫米波上，分离后的二阶边带和光载波由交叉复用器的另一出口进入交叉复用器44，由44进一步将纯净的光载波滤出，滤出后的光载波通过功率合路7与经过数据加载后的光毫米波混合，携带下行链路数据的光毫米波与光载波一同进入下行链路的光纤链路8传输至基站。

所述的上行链路光载波波长再利用模块，由交叉复用器444，电混频器，以及外部调制器222组成。

所述的上行链路光载波波长再利用模块，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将光载波和光毫米进行分离；分离后的光毫米波信号通过高速检测器9转换成电信号由天线发射出去；另一路分离的光载波信号作为上行链路的光载波信号，进入调制器222，同时，来自于天线11所接收到的客户端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。

本发明利用双边带调制和光滤波器原理，利用了外部强度调制器产生光毫米波所具有较高可靠性和廉价特性，又克服了外部调制器产生光毫米波的在光纤中传输的衰落效应，从而实现了中心站至基站的长距离光纤传输，同时，所采用的光毫米波产生方法简单、可行。本发明采用光滤波原理，将下行链路中的光载波滤出，在上行链路中重复利用，这样使基站变得简单，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再利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再利用的系统结构示意图。

图2为本发明产生的单个信道的重复频率为40GHZ的光毫米的眼图

图3为本发明产生的单个信道的重复频率为40GHZ的光毫米频谱图

图4为本发明产生的加载2.5Gbit/s数据的光毫米波眼图；

图中：

1-连续波光源

2-强度调制器

22-调制器

222-调制器

3-射频信号源

4-交叉复用器

44-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-功率合路器

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-双工机

11-发射、接收天线

12-上变频器

13-中心站

14-基站

(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；光强度调制器2，用于产生双边带调制信号，可以为铌酸锂(LiNbO₃)调制器，也可以为电吸收强度调制器；本实施例子调制器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。需要说明的是，必须确保光载波的功率和一阶、二阶边带的功率足够大，使得三阶和更高阶的边带低于光波信号的30dB，从而忽略三阶及以上高阶边带；

光交叉复用器4，其作用是将双边带信号的一阶及二阶边带分开，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，则可将双边带信号分开，分开后将产生重复频率为40GHZ的光毫米波，其眼图如图2所示，其频谱如图3所示；

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数据后的光毫米波的眼图；

光交叉复用器44，用作光滤波器，其二输出端频率间隔应为大于RF信号源3所产生的RF频率的2倍，本实施例则为50/100GHZ，用于滤除三阶及高阶边带，输出一个纯净的光载波；

光功率耦合器7，用于将光载波与数据加载后的毫米波信号耦合一起后，进入下行链路的光纤中。

所述的光毫米波产生模块的具体连结方式为：激光器1与光强度调制2的光接入端相连，光强度调制2的电接入端与射频信号源3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，其输出端的之一与强度调制器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7的另一输出端与交叉复用器44的输入端相连，交叉复用器44的输出端与光功率耦合器7相连；光功率耦合器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，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。

所述的上行链路光载波波长再利用模块，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，通过双工机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，滤波输出下行链路中的光载波；

强度调制器222的电输入端与上变频器12相连；上变频器12的输入端与全双工机10相连；全双工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。强度调制器222的输出端与上行链路的传输光纤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。

本方法适合于频率为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双边带调制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，且能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，性能稳定，容易实现。

Claims (3)

1.一种光毫米波的产生方法，用于为光纤传输无线信号(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；

光载波进入光强度调制器并由射频(RF)信号驱动所述光强度调制器产生双边带(DSB)调制信号；

将已调制信号的一阶边带与光载波以及二阶边带有效地分离；

一阶边带的二个纵模将形成频率为RF信号2倍的光毫米波；

通过另一个光强度调制器将下行链路的数据加载到光毫米波上；

分离的光载波以及二阶边带将被光交叉复用器进一步分开，得到纯净的光载波；

光载波和数据加载后的光毫米波再次耦合进行入长距离光纤线路，传输至基站。

2.一种光纤传输无线信号(ROF)系统中的上行链路波长再利用方法，其特征在于，由权利要求1所述方法产生的耦合在一起的光载波和携带数据的光毫米波由下行链路光纤传输至基站，通过光滤波将光载波和加载数据的光毫米波分离；分离后的光载波作为上行链路用于加载数据的光载波信号。

3.一种光毫米波产生和上行链路波长再利用系统，其特征在于：采用了权利要求1-2中任一项所述的方法。

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