CN101286803B - 一种双模锁模光纤无线波分复用系统的优化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通信技术中的双模锁模光纤无线波分复用系统的优化方法，在基站中使用光分束器将中心站发送到基站的下行信号分成两束信号，其中一束信号经过光电检波器，放大器和滤波器后，由天线发送出去，另一束信号经过光隔离器发送给多模激光器，多模激光器从信号中分离出不带下行信号的单边带光载波信号，然后将此单边带光载波信号送入外调制器，外调制器将变频后的上行数据信号调制到单边带光载波信号上，然后由输出端经由光纤传送给中心站。通过光分路器及一个多模激光器在基站中直接从下行搭载数据的双波长中提取载波供加载上行数据使用，从而无须中心站额外提供设备及链路发送供上行数据使用的载波。本发明提供的光纤无线系统可行性高，在提高系统效率的同时节约了系统资源。

Description

一种双模锁模光纤无线波分复用系统的优化方法及系统

技术领域

本发明属于光纤无线(Radio-over-Fiber，缩写ROF)通信系统技术领域，具体涉及采用双模锁模光纤无线波分复用技术的系统的优化。

背景技术

下一代超宽带无线通信技术采用的通信频率将会延伸到毫米波段，为了克服无线通信传输距离方面的限制，满足无线通信中宽带要求，必须利用现有的光纤通信技术。光纤无线(Radio-over-Fiber，缩写ROF)技术以其充分结合光纤的高带宽和高频无线传输技术的灵活性特点，将无线和光网络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接入网络。为大容量、低成本的射频信号有线传输及超过1Gb/s的超宽带无线接入提供了理想的解决方案，ROF也因而被视为解决下一代超宽带无线接入最有前景的技术。ROF系统包括中心站、光纤链路和基站。其基本思想是将复杂的信号处理单元置于中心站CS(Central Station)，在中心站产生毫米波，并通过光纤发送至基站。而基站BS(Base Station)只包含简单的接收器件，即完成光电转换并通过天线发送出去，同时将基站接收到的无线信号通过电光转换变为光信号发送回中心站。由于各基站共享了中心站的信号处理单元，这样减少了昂贵的信号处理单元的数量，从而简化了系统的复杂性。

中心站如何产生高质量、稳定可靠的光毫米波是ROF系统的关键技术。目前已提出的光毫米波产生办法有三种：直接调制、外部强度调制和光外差技术。如采用直接调制，考虑到一般激光器的带宽，由于半导体激光器和发光二极管的驰豫震荡和频率啁啾特性，该技术只能应用于低频系统。如采用外部强度调制，则需要高速调制器，其价格昂贵。第三种方法是目前研究的热点。

在光外差技术的各种实现方案当中，双模锁模相干混频技术可以产生质量较高，稳定可靠的光毫米波。其关键之处是采用双模锁模且相位相同的双波长的连续波CW(Continuous Wave)信号，将双模(双波长)的模间距设计为毫米波频率，通过锁模激光自混频(自差拍)产生毫米波信号。此毫米波信号光源的优点为：1)系统只公用一个频率比毫米波频率低N倍的微波振荡器和一个同样低频的光电调制器调制光信号。2)采用多模法布里-珀罗FP(Fabry-Parot)半导体激光器，可以获得信噪比很高、线宽很窄的双模锁模输出毫米波信号光源，其双模的模间距设计为毫米波的频率。3)FP激光器已有商业产品，工艺成熟，具有成本优势。

图1是现有技术中基于双模锁模方式实现毫米波上下变频技术的ROF波分复用系统的结构图。所有的光源均集中在中心站CS，多个不同波长的分布反馈DFB(DistributedFeedBack)激光器用同一个外调制器EM进行调制，频率为f_c/N，经光解复用器DMUX后分别注入不同的FP激光器，通过注入锁模产生具有不同中心波长的双波长输出。其中一组双波长(如中心波长为λ1的一组)用一个外调制器EM加载数据或副载波，经光复用后用光纤传送至拉远基站BS1，在光电检波器PD中相干混频产生60GHz毫米波，经过放大器AMP射频放大，经电滤波器EF滤波后从天线发射出去。同时还从中心站发送另一组没有经过调制的双波长(如中心波长为λ2的一组)到拉远基站BS1，从天线接收下来的60GHz毫米波信号经放大器Amp放大后加载这一组双波长λ2，这两个波长调制后产生的边带各有一个落在另一个波长上，经光滤波器OF去掉另两个边带后复用到回传光纤上，传送到中心站，再经过一次解复用(光滤波)，只留下一个波长和另一个波长调制产生的边带，二者的相位是关联的，在光电检波器PD中相干混频后直接输出数据(或中频信号)。

由图1的结构可知，如果ROF系统内有100个基站，则光纤环路上需要2×100个波分复用光源，需要2×100个多模FP激光器、1个微波振荡器和1个微波频率的电光调制器。每个基站需要占用两路光信道的两路光源传送上下行信号，这两路光源的产生需要2个波分复用光源和2个指定波长的单模激光器，其中一路双波长空载发送到基站只是作为上行信号的载波，使用了过多的波分复用光源，导致整个系统效率不高，代价很大。

发明内容

本发明对现有技术的双模锁模光纤无线波分复用系统(如图1所示)的基站结构进行调整，实现在基站中从下行搭载数据信号的双波长中提取载波信号，将载波信号加载从天线接收到的上行数据信号，而不再依赖中心站发送用于上行数据传出的双波长载波。

本发明的目的在于提供一种基于双模锁模光纤无线波分复用系统

具体技术方案如下：

一种优化的双模锁模光纤无线波分复用系统，所述系统包括中心站和基站，所述的基站包括：

光分束器，将中心站发送到基站的下行信号分成两束，第一束下行信号经由光电检波器进行相干混频，产生毫米波信号，再经由放大器射频放大，经电滤波器滤波后，由天线发送出去，将第二束下行信号发送到多模激光器；

多模激光器，从第二束下行信号中分离出一束不带下行数据信号的单边带光载波信号，然后将此单边带光载波信号送入外调制器；

外调制器，其光输入端接收来自多模激光器的单边带光载波信号，电输入端接收经过上变频器的变频后的上行数据信号，将变频后的上行数据信号加载到单边带光载波信号上，然后将加载后的信号由输出端经由光纤发送给中心站；

上变频器，接收来自天线的上行数据信号，将上行数据信号变频后发送给外调制器。

还包括光隔离器，置于光分束器和多模激光器之间，用于防止光分束器的反射波和多模激光器的辐射波进入光分束器。

对于每一路光信号的双向传输，中心站仅使用一个指定波长单模激光器和一个多模激光器，并且两个传输方向使用相同的波长。

采用FP激光器作为多模激光器。

本发明的目的在于提供一种基于双模锁模光纤无线波分复用系统的优化方法。

具体技术方案如下：

一种双模锁模光纤无线波分复用系统的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、光分束器将中心站发送到基站的下行信号分成两束，将第一束下行信号经由光电检波器进行相干混频，产生毫米波信号，再经由放大器射频放大，经电滤波器滤波后，由天线发送出去；

B、将第二束下行信号发送给多模激光器，多模激光器从第二束下行信号中分离出一束不带下行数据信号的单边带光载波信号，然后将此单边带光载波信号送入外调制器；

C、上变频器接收来自天线的上行数据信号，将上行数据信号变频后发送到外调制器；

D、外调制器将变频后的上行数据信号加载到上行单边带光载波信号上，然后由输出端经由光纤发送给中心站。

还可以，利用置于光分束器和多模激光器之间的光隔离器来防止光分束器的反射波和多模激光器的辐射波进入光分束器。

其中，对于每一路光信号的双向传输，中心站仅使用一个指定波长单模激光器和一个多模激光器，并且两个传输方向使用相同的波长。

采用FP激光器作为多模激光器。

该多模激光器与中心站(CS)方面作为锁模激光器的FP激光器模间距不同，基站方面使用的多模激光器模间距要更小且不能为作为锁模激光器的FP激光器模间距所整除。该多模激光器从光分束器送来的双模信号中提取出一个不带下行信号的单边带光载波，并将该单边带光载波传送至外调制器的光输入端。在光分束器和多模激光器之间放置一个光隔离器，用以防止分束器的反射波和多模激光器的辐射波进入光分束器。另一方面，天线接收到上行无线数据信号后，通过滤波器和放大器将其送入上变频器进行上变频，变频之后的信号则输入到外调制器的电输入端。在外调制器中，上行的数据信号被加载至单边带光信号上并有调制器的输出端输出，最后由光纤发送至中心站。

本发明的优点与积极效果：

采用本发明的优化方法，可以有效降低系统代价，提高其效率并且节省频率资源。

以图3为例，改进后ROF系统每双向传送一路数据，只需要一个指定波长单模激光器DFB和两个多模FP激光器(中心站一个，基站一个，两者模间距不同)，并且只占用一个指定的波长，基站做了相应的改动，但是代价很低。

与现行的结构相比，如图1所示，如果系统中有100个基站，则光线环路上需要100个波分复用光源，100个多模FP激光器，1个微波振荡器和1个外调制器。整个系统的传输效率大为提高，同时由于两个传输方向使用相同的波长，使得本方法达到节省频率资源用以传送更多的数据的目的。

附图说明

图1现有技术的双模锁模光纤无线波分复用系统结构图；

图2本发明的双模锁模光纤无线波分复用系统的基站结构图；

图3本发明的双模锁模光纤无线波分复用系统结构图。

其中：

111：波分复用光源；

112：波分复用光源；

113：波分复用光源；

114：波分复用光源；

211：锁模用多模激光器FP；

212：锁模用多模激光器FP；

213：锁模用多模激光器FP；

214：锁模用多模激光器FP；

22：提取载波用多模激光器FP；

311：外调制器EM；

312：外调制器EM；

313：外调制器EM；

314：外调制器EM；

315：外调制器EM；

33：上行链路外调制器；

4：射频时钟信号源；

51：光复用器MUX；

52：光复用器MUX；

53：光复用器MUX；

61：光解复用器DMUX；

62：光解复用器DMUX；

63：光解复用器DMUX；

71：单模光纤SMF；

72：单模光纤SMF；

81：光电检波器PD；

82：光电检波器PD；

91-放大器AMP；

92：放大器AMP；

101：电滤波器EF；

102：电滤波器EF；

12：双工器DUX；

13：天线；

14：电吸收调制器EAM；

15：光滤波器OF；

16：光分束器；

17：上变频器MIX；

18：光隔离器OC。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施实施进行详细的说明。

附图2是本发明的双模锁模光纤无线波分复用系统的基站结构图，改进的系统的基站包括：光分束器16，光电检波器81，放大器91，电滤波器101，双工器12，天线13，光隔离器18，多模激光器22，外调制器33和上变频器17。

其中，光分束器16将中心站发送到基站的下行信号分成两束，将其中一束下行信号发送给光电检波器81进行相干混频，产生毫米波信号，然后经过放大器91进行信号的射频放大，放大的下行信号经电滤波器101滤波后，通过天线13发送给终端。

光分束器16将第二束下行信号先发送给光隔离器18，光隔离器(Optical Isolator，缩写为OI)，置于光分束器16和多模激光器22之间，能够防止光分束器16的反射波和多模激光器22的辐射波进入光分束器，

第二束下行信号经过光隔离器18后，传输到多模激光器22，多模激光器从第二束下行信号中分离出不带下行数据信号的单边带光载波信号，然后将单边带光载波信号送入外调制器的光输入端。本方法中使用FP激光器作为提取载波的多模激光器。

天线13接受用户终端的上行数据信号，将上行数据信号发送给上变频器17，变频器17将上行数据信号变频后输出至外调制器的电输入端。

外调制器，其光输入端接收来自多模激光器22的单边带光载波信号，电输入端接收经过上变频器的变频后的上行数据信号，将变频后的上行数据信号调制到单边带光载波信号上，然后由输出端，将该调制后的信号经由光纤传送给中心站CS。

双模锁模波分复用ROF系统的基站结构的改进，使得中心站的光线环路上使用的波分复用光源和多模FP激光器的数量减少了一半，有效降低系统代价，提高系统效率并且节省系统资源。

对于每一路光信号的双向传输，中心站CS仅使用一个指定波长单模激光器DFB和一个多模激光器，并且两个传输方向使用相同的波长。

本发明的双模锁模光纤无线波分复用系统的优化方法包括：

光分束器将中心站发送到基站的下行信号分成两束，将第一束下行信号经由光电检波器PD(Photodiode，缩写写为PD)进行相干混频，产生毫米波信号，再经由放大器射频放大，经滤波器滤波后，由天线发送出去。

将第二束下行信号发送给多模激光器，多模激光器从第二束下行信号中分离出一束不带下行数据信号的单边带光载波信号，然后将此单边带光载波信号送入外调制器。

上变频器接收来自天线的上行数据信号，将上行数据信号变频后输出至外调制器。

外调制器将变频后的上行数据信号调制到上行单边带光载波信号上后由输出端经由光纤送往中心站CS。

附图3是本发明的双模锁模光纤无线波分复用系统的结构图，包括中心站和基站。

中心站CS包括，指定波长单模激光器DFB作为波分复用光源：4个波分复用光源111～114，波长在ITU-T标准信道内：可为1554.32nm、1550.92nm、1552.52nm、1554.13nm中任意一个，每一个指定波长对应一路数据信号的传送。本发明以4个波分复用光源为例进行说明，中心站的波分复用光源的个数不限于4个。4个FP激光器(211～214，FP激光器的数量与波分复用光源数量相同，模间距设为60GHz。本发明以4个FP激光器为例进行说明，中心站的FP激光器的个数不限于4个。射频时钟信号源LO4LO为30GHz；外调制器311～315为30GHz，用于加载数据信号至双波长载波上，如此可以实现60GHz毫米波4路波分复用信号送往基站。

波分复用信号经解复用后，各自送往对应的基站。基站BS1接收到相应的1路光下行数据信号后，通过光分束器16将其分为两束。其中一束通过光电检波器81差拍变为电毫米波信号，再经由放大器91放大，通过滤波器101后由天线13发往用户终端。另一束光信号则送往一个光隔离器18，之后送往一个多模激光器FP 22，从中可以分离出一个单边带光载波，将此信号送往外调制器333的光输入端，天线接收到用户终端上行的无线信号后，经由上变频器17变频，送往外调制器33的电输入端，这样外调制器将上行数据加载在单边带光载波上，接下来各基站上行数据经复用后通过单模光纤送往中心站CS，中心站在将信号解复用后通过光电检波器82对其检波。

以上所述，仅为本发明的一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

总之，本发明的优点是能以较低的代价提高系统的效率，在同等通信强度的前提下尽量减少元器件的数量，同时节省了频率资源，整个方案性能稳定，容易实现。

Claims (8)

1.一种优化的双模锁模光纤无线波分复用系统，所述系统包括中心站和基站，所述的基站包括：

光分束器，将中心站发送到基站的下行信号分成两束，第一束下行信号经由光电检波器进行相干混频，产生毫米波信号，再经由放大器射频放大，经电滤波器滤波后，由天线发送出去，将第二束下行信号发送到光隔离器，之后发送到多模激光器；

多模激光器，从第二束下行信号中分离出一束不带下行数据信号的单边带光载波信号，然后将此单边带光载波信号送入外调制器；

外调制器，其光输入端接收来自多模激光器的单边带光载波信号，电输入端接收经过上变频器的变频后的上行数据信号，将变频后的上行数据信号加载到单边带光载波信号上，然后将加载后的信号由输出端经由光纤发送给中心站；

上变频器，接收来自天线的上行数据信号，将上行数据信号变频后发送给外调制器；

其中，该多模激光器与中心站方面作为锁模激光器的FP激光器模间距不同，基站方面使用的多模激光器模间距要更小且不能为作为锁模激光器的FP激光器模间距所整除。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光隔离器，置于光分束器和多模激光器之间，用于防止光分束器的反射波和多模激光器的辐射波进入光分束器。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，对于每一路光信号的双向传输，中心站仅使用一个指定波长单模激光器和一个多模激光器，并且两个传输方向使用相同的波长。

4.根据权利要求1、2或3所述的系统，其特征在于，采用FP激光器作为多模激光器。

5.一种双模锁模光纤无线波分复用系统的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、光分束器将中心站发送到基站的下行信号分成两束，将第一束下行信号经由光电检波器进行相干混频，产生毫米波信号，再经由放大器射频放大，经电滤波器滤波后，由天线发送出去；

B、将第二束下行信号发送给光隔离器，之后发送给多模激光器，多模激光器从第二束下行信号中分离出一束不带下行数据信号的单边带光载波信号，然后将此单边带光载波信号送入外调制器；

C、上变频器接收来自天线的上行数据信号，将上行数据信号变频后发送到外调制器；

D、外调制器将变频后的上行数据信号加载到上行单边带光载波上，然后由输出端经由光纤发送给中心站；

其中，该多模激光器与中心站方面作为锁模激光器的FP激光器模间距不同，基站方面使用的多模激光器模间距要更小且不能为作为锁模激光器的FP激光器模间距所整除。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，利用置于光分束器和多模激光器之间的光隔离器来防止光分束器的反射波和多模激光器的辐射波进入光分束器。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对于每一路光信号的双向传输，中心站仅使用一个指定波长单模激光器和一个多模激光器，并且两个传输方向使用相同的波长。

8.根据权利要求5、6或7所述的方法，其特征在于，采用FP激光器作为多模激光器。

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