CN101197619B

CN101197619B - 一种光载多频带-超宽带mb-uwb脉冲的产生系统

Info

Publication number: CN101197619B
Application number: CN2007103037440A
Authority: CN
Inventors: 陈宏伟; 陈明华; 谢世钟
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: CN101197619A

Abstract

一种光载多频带-超宽带MB-UWB脉冲的产生系统，属于超宽带脉冲技术领域，其特征在于，含有：电延时装置，输入是包括微波在内的电信号；偏振调制器把输入的已延时的电信号调制到所接收的多束不同波长的连续光上，形成相位调制后的多频带偏振光信号；双折射器件，在器件时延和调制脉冲周期相等条件下对相位调制后的偏振光进行第一次时延；色散器件，按电延时的比特周期对双折射器件输出的经延时的偏振光进行第二次时延；光电转换器件，对经过二次时延后的偏振光信号进行光电转换后输出，形成多频带-超宽带脉冲。本发明具有结构简单，易于实施的优点。

Description

一种光载多频带-超宽带MB-UWB脉冲的产生系统

技术领域

本发明涉及光通信与微波通信领域，进一步涉及利用光学器件产生超宽带(UWB)脉冲的方法。

背景技术

超宽带(Ultra-Wide-Band)无线通信技术越来越成为实现未来宽带无线个人网络的重要技术。相比传统的无线通信技术，UWB具有低功耗、高比特率及消弱多径干扰等优点。在超宽带系统中，无载波脉冲调制是非常有吸引力的，因为它不仅避免了使用复杂的混频器，中频载波和滤波电路，而且基带传输还具有较好的穿越特征。利用光纤微波技术，光载超宽带技术成为未来宽带接入网络的主要候选技术之一。目前已经有报道的很多工作是基于一阶和二阶高斯脉冲的光学产生和分配方法，这些脉冲只能用于单频带的UWB系统中。事实上，与单频带UWB系统相应的还有一种多频带UWB系统(MB-UWB)。这种系统利用的是多频带UWB脉冲进行通信，整个UWB频带被分成多个子频带，其中每个子频带都满足美国联邦通信委员会(FCC)对于超宽带的定义，并且每个子频带都互不相交。多频带UWB系统为宽带无线通信提供了更大的灵活性，但是多频带UWB脉冲的产生需要复杂多系数的数字滤波器，电路设计复杂而难以实现。最近，利用光学微波滤波的方法处理高频微波信号成为研究的热点问题。然而，到目前为止，还没有光学微波滤波器在多频带UWB脉冲产生方面的应用。

发明内容

在发明中，提出了一种新型的利用混合光学微波滤波器实现多频带UWB脉冲的产生方法。电域和光域上的延时都被用在这种微波滤波器之中，并且利用光学的偏振调制和光纤色散作用实现了具有正负系数的微波滤波器。所产生的多频带UWB脉冲具有不小于1.8GHz的带宽，可以被用于多频带UWB系统当中。

本发明的特征在于，含有：电延时装置、偏振调制器、双折射器件、色散器件以及光电转换装置，其中：

电延时装置，输入是包括微波信号在内的电脉冲信号，

偏振调制器，是一个相位调制器，其电输入端与所述电延时装置的经过设定比特周期的延时的电脉冲信号输出端相连，另外还有多束波长不同的连续光耦合到偏振调制器的光输入端，所述耦合的连续光的偏振态被调整为能与所述相位调制器起偏振调制的状态，该相位调制器把输入的电信号调制到所述多束波长不同的连续光上形成相位调制后的多频带偏振光信号；

双折射器件，是保偏光纤，其整段保偏光纤两个主轴的时延尽可能的与所述相位调制器的调制脉冲周期相等以便把来自相位调制器的经过调制后的偏振光信号进行第一次时延；

色散器件，是单模光纤，把来自保偏光纤的经过第一次时延并放大的不同波长的光信号按所述设定比特周期进行第二次时延；

光电转换装置，由依次串接的可调光衰减器VOA和p-i-n型光电探测器PIN构成，该光电转换装置把来自所述单模光纤的经过第二次时延后的光信号经过滤波并转换后输出。

所述双折射器件和色散器件相互之间在所述系统内的位置是可互换的。

所述输入到偏振调制器的多束波长不同的连续光来自于一个耦合器，该耦合器输入端有三路输入光，分别来自三个光源，分别通过偏振控制器和可调光衰减器。

本发明具有结构简单，易于实施的优点。

附图说明

图1，实验装置图(包括各阶段的波形简图)。Delay：时延器；DSO：数字采样示波器；EDFA：掺铒光纤放大器；ESA：频谱分析仪；LD：激光二极管；PC：偏振控制器；PG：脉冲发生器；PIN：p-i-n型光电探测器；PM：相位调制器；PMF：保偏光纤；SMF：单模光纤；VOA：可调光衰减器；WDM Coupler：WDM耦合器

图2，频谱图，包括：短线：理论计算的滤波器频谱；细实线：产生的脉冲频谱；粗实线：驱动脉冲频谱；点线：FCC规范

图3，三个波长经过单模光纤色散后的波形图，包括：点线：波长为1550.92nm；实线：波长为1545.32nm；短线，波长为1539.77nm

图4，产生的MB-UWB脉冲波形图

图5，不同调制速率下的MB-UWB频谱，包括：细实线：调制频率为8.33GHz；短线：调制频率为12.5GHz；粗实线：FCC规范

具体实施方式

实验装置如图1所示。波长分别为1539.77nm、1545.32nm、1550.92nm的连续光通过偏振控制器和可调衰减器以保证相同的偏振态和功率，并且被送入到WDM耦合器中。三束光的偏振态被调整为与LiNbO₃相位调制器的主轴成45度夹角，这样相位调制器就可以起到偏振调制的作用，即如果相位调制的驱动脉冲峰值电压是V_π，那么在入射偏振方向上就出现一个负脉冲而在垂直偏振方向上就出现一个正脉冲。驱动相位调制器的脉冲序列为固定序列，即每128比特中有一个“1”码，比特率为8.33Gb/s。本发明的实施方式不限于上述实施例。对本领域技术人员来说，将微波信号替换成其他高频电信号也是能够实现的。

经过一个时延为两个比特周期的电时延装置，脉冲序列变为每128比特中有一个“101010”脉冲串。实际上，这个电时延装置相当于一个横向滤波器，其系数为[1 0 1 0 1]，z变换系统函数为：H₁(z)＝1+z^-2+z^-4。从相位调制器出射的光信号通过一个偏振控制器送入到一段长90m的保偏光纤中，如果相位调制器输出为保偏光纤，则偏振控制器可以省略。当然，本领域技术人员也能够明了，使用其他的偏振调制器，也可以实现偏振调制。保偏光纤的拍长为3.8mm，则整段保偏光纤两个主轴的时延约为120ps，与调制脉冲周期基本相等。当然，本领域技术人员也能够明了，使用其他的双折射器件，如双折射晶体、偏振分束时延装置等，也可以实现时延。当正负脉冲分别对应保偏光纤的两个主轴时，那么这个保偏光纤就相当于第二个横向滤波器，系数为[1 -1]，系统函数为：H₂(z)＝1-z^-1。然后信号经过EDFA放大进入到2.5km单模光纤中，光纤色散参数为D＝17ps/nm·km，光源之间的波长间隔为5.6nm。那么不同波长信号之间的延时为T＝D×L×Δλ＝240ps，相当于两个比特的延时。此时单模光纤相当于第三个横向滤波器，系数为[1 0 1 0 1]，系统函数为H3(z)＝1+z^-2+z^-4。当然，本领域技术人员也能够明了，使用其他的色散器件，如啁啾光纤光栅、色散补偿光纤等，也可以实现时延。这样信号就经过了电域时延、偏振时延和光纤色散时延三个滤波器，整个系统的系统函数为：H(z)＝H₁(z)×H₂(z)×H₃(z)＝1-z^-1+2z^-2-2z^-3+3z^-4-3z^-5+2z^-6-2z^-7+z^-8-z^-9。可以看出，滤波器的系数有一个三角形的切趾效应，这非常有助于边带抑制。计算的该滤波器的频率响应如图2所示。边带被抑制20dB以上，并且在0～10GHz范围内有两个透射峰。电脉冲的频谱主要分量在0～7GHz，因此可以被一个透射峰滤出信号。

经过单模光纤的信号衰减后由一个带宽为30GHz的光电探测器接收，并送入数字采样示波器和频谱分析仪测量时域及频域信息。图2展示了所产生的脉冲频谱，与计算结果相符。信号的-10dB带宽为1.84GHz，相对带宽为43％，符合FCC的规范。图3显示了三个波长的信号经过单模光纤色散后的波形。可以看出，每个波长的信号都被调制了六个比特“1，-1，1，-1，1，-1”，经过单模光纤后，不同波长被延迟了两个比特，这样就可以按照图1所示的简图那样叠加在一起形成MB-UWB脉冲。最后经过光电探测器产生的脉冲波形如图4所示，脉冲在幅度上也有一个类似三角形的切趾，脉冲周期约为1200ps。实际上，本方法对相位调制器驱动频率具有一定的容限，我们分别测试了8.33GHz和12.5GHz两种频率下产生脉冲的频谱，如图5所示。可以看出，两个MB-UWB子频带信号分离的很好，并且都满足FCC的规范。在接收端可以方便的使用滤波器进行分离，可以用于MB-UWB系统当中。。

本实例中采用的装置图如图1所示，其中：

A.激光器采用恒宝通公司的激光器。

B.偏振控制器采用General Photonics公司的PolarRITE。

C.保偏光纤采用藤仓公司的保偏光纤。

D.LiNbO₃相位调制器采用Covega公司的LN_053-065调制器。

E.EDFA采用上海光网络公司的EDFA-BA。

F.脉冲发生器使用的是ADVANTEST公司的D3186 PULSE PATTERN GENERATOR。

G.可调光衰减器采用Ando公司的衰减器。

H.测器采用意欧公司的PD1100。

I.采样示波器采用Tektronix公司的TDS8200。

J.仪采用Agilent公司的E4446A。

Claims

1.一种光载多频带-超宽带MB-UWB脉冲的产生系统，其特征在于含有：电延时装置、偏振调制器、双折射器件、色散器件以及光电转换装置，其中：

电延时装置，输入是包括微波信号在内的电脉冲信号，

2.根据权利要求1所述的一种光载多频带-超宽带MB-UWB脉冲的产生系统，其特征在于，所述双折射器件和色散器件相互之间在所述系统内的位置是可互换的。

3.根据权利要求1所述的一种光载多频带-超宽带MB-UWB脉冲的产生系统，其特征在于，所述输入到偏振调制器的多束波长不同的连续光来自于一个耦合器，该耦合器输入端有三路输入光，分别来自三个光源，分别通过偏振控制器和可调光衰减器。