CN101510804B - 一种光纤无线电系统的信号调制解调方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤无线电系统的信号调制解调方法及装置，包括步骤：中心站将下行基带数字信号调制到微波上转化为模拟信号；使用模拟信号来相位调制原始光载波，并将相位调制得到的光载波传输到基站；基站将接收的光载波延时合成后转化为电信号并发送到无线终端；无线终端将接收的电信号进行混频和低通滤波，解调得到下行基带数字信号，该装置中包括上变频器，用于在中心站将下行基带数字信号转化为模拟信号；相位调制器，用于使用模拟信号来相位调制原始光载波，并将经过相位调制得到的光载波传输到基站。本发明既利用了相位调制的优点，同时还克服了对解调设备的高精度的苛刻要求，并省去传统解调所需的马赫曾德尔干涉仪，提高了基站的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及光通讯技术领域，特别涉及一种光纤无线电系统。
背景技术
近些年来无线通信快速发展，无线用户逐年递增，业务更加多样化，数据业务急剧攀升，使得宽带无线信号和载波频率向高频毫米波扩展的需求日益迫切。电子器件的电子瓶颈使其远远不能满足未来需求的增长，而毫米波光纤无线电技术正是利用光纤技术的宽带低损特性，为综合传送各种无线业务信息提供了必要的巨大带宽和传输质量，能有效解决了宽带无线通信网络发展所面临的难点问题。高频无线宽带信号的毫米波光纤无线电系统具有体积小、重量轻、成本低、损耗小、抗电磁干扰、宽带、低色散以及高容量等优点，解决了传统微波传输系统在毫米波段存在损耗大、抗干扰能力弱等问题。此外，它将光纤网络的巨大容量和无线接入网络的适应性与移动性有机结合，为无线网络提供了“最后一公里”无缝接入，实现了真正意义的“任何人、任何时间，于任何地点，以任何形式的通信”需求。
通常，相位调制比强度调制具有更好的性能，例如更高的带宽利用率、更好的抗干扰性能，现有的光纤无线电系统中采用相位调制的比例也越来越高，一般采用的都是基带数字信号直接相位调制光载波，然后上变频后进行传输，这样的调制方法已经很成熟了，物理和数学分析都非常全面，但是这种方法在解调的时候遇到困难，对解调设备的精度要求非常高，这是不利于进一步提高系统传输性能和稳定性的。
发明内容
本发明提供了一种光纤无线电系统的信号调制解调方法及装置，采用格式转换技术，先将下行基带数字信号转化为模拟信号，然后用模拟信号去相位调制光载波，这样不但保留了相位调制的优点，而且克服了解调时对解调设备的高精度的苛刻要求，避免了在基站使用马赫曾德尔干涉仪，提高了系统的稳定性，降低了成本，这种技术可以方便地用于密集波分复用系统中，为设计光纤无线电系统的时候提供了更多的选择。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种光纤无线电系统的信号调制解调方法，所述光纤无线电系统包括中心站、基站和无线终端，该方法包括步骤：
S1，中心站将下行基带数字信号转化为模拟信号；
S2，中心站使用所述模拟信号来相位调制原始光载波，并将经过相位调制得到的光载波传输到基站；
S3，基站利用差分群延时晶体对所述光载波进行差分延时、或利用保偏光纤和偏振分束器对所述光载波进行差分延时，合成后，转化为电信号，并发送到无线终端；
S4，无线终端将接收的电信号进行混频和低通滤波，解调得到下行基带数字信号。
优选地，步骤S1中，中心站将下行基带数字信号转化为模拟信号的方法为：
使用下行基带数字信号以BPSK调制方式调制毫米波发生器产生的原始毫米波电信号得到所述模拟信号。
优选地，步骤S3中，基站对接收的光载波进行延时前先利用掺铒光纤放大器对所述光载波进行放大；
步骤S4中，在无线终端对电信号进行混频前先利用电放大器对所述电信号进行放大。
优选地，步骤S1中的下行基带数字信号和模拟信号为多路信号；
步骤S2中使用所述多路模拟信号来分别相位调制原始光载波。
优选地，步骤S2中，在中心站相位调制原始光载波前先利用偏振控制器对所述原始光载波进行偏振态调节；
步骤S3中，在基站对所述光载波进行延时前先利用偏振控制器对所述光载波进行偏振态调节。
本发明还提供了一种光纤无线电系统的信号调制解调装置，该装置包括：
激光器，用于产生原始光载波；
上变频器，用于在中心站将下行基带数字信号转化为模拟信号；
相位调制器，用于使用所述模拟信号来相位调制原始光载波，并将经过相位调制得到的光载波传输到基站；
延时器，为差分群延时晶体、或为保偏光纤和与保偏光纤连接的偏振分束器，用于对基站接收的光载波进行差分延时并合成；
光电探测器，用于将合成后的光载波转化为电信号并发送到无线终端；
混频器，用于将无线终端接收的电信号进行混频得到解调信号；
低通滤波器，用于将所述解调信号进行低通滤波实现下变频得到下行基带数字信号。
优选地，该装置还包括：
掺饵光纤放大器，用于在基站接收的光载波延时前对所述光载波进行放大；
电放大器，用于在无线终端对电信号进行混频前对所述电信号进行放大。
优选地，该装置还包括，
第一偏振控制器，连接在激光器和相位调制器之间，用于对激光器所产生的原始光载波进行偏振态调节；
第二偏振控制器，连接在掺饵光纤放大器和延时器之间，用于对放大后的光载波信号进行偏振态调节。
优选地，所述上变频器为BPSK调制器，用于使用下行基带数字信号以BPSK调制方式调制毫米波发生器产生的原始毫米波电信号得到所述模拟信号。
优选地，该装置所述激光器、上变频器、相位调制器形成一组产生光载波的光载波产生单元，该装置包括若干个所述光载波产生单元，用于产生多路光载波并传输到基站。
利用本发明提供的光纤无线电系统的信号调制解调方法及装置，具有以下有益效果：
1)在光纤无线电系统中实现了模拟信号相位调制另一个模拟信号的传输，既利用了相位调制的优点，同时还克服了解调时对解调设备的高精度的苛刻要求，避免了在基站使用马赫曾德尔干涉仪，降低了系统的成本，提高了稳定性，信号的传输质量非常高，符合实用化的性能要求；
2)可以方便地用于密集波分复用系统中，极大的提高系统的容量，为设计光纤无线电系统提供了更多的选择。
附图说明
图1为本发明光纤无线电系统的信号调制解调方法流程图；
图2为实施例中光纤无线电系统的信号调制解调装置一种结构图；
图3为实施例中光纤无线电系统的信号调制解调装置另一种结构图；
图4为实施例中光纤无线电系统的信号调制解调装置另一种结构图；
图5为实施例中光纤无线电系统的信号调制解调装置再一种结构图；
图6为实施例中在中心站原始光载波被模拟信号相位调制后的光谱图；
图7为实施例中在无线终端解调出的下行基带数字信号的眼图；
图8为实施例中下行基带数字信号的误码率曲线图；
图9为用于密集波分复用系统中时在无线终端解调出的两路下行基带数字信号的眼图。
具体实施方式
本发明提出的一种无线电系统的信号调制方法及装置，结合附图和实施例说明如下。
实施例1
本发明出的一种光纤无线电系统的信号调制解调方法，用于中心站到无线终端间的信号调制解调，如图1所示，该方法包括步骤：
在中心站以某种格式将下行基带数字信号转化为模拟信号，本实施例中使用下行基带数字信号以二进制相移键控BPSK(binary phase-shift keying)调制方式调制毫米波发生器产生的原始毫米波电信号得到所述模拟信号，当然也可以采用其它的调制方式将下行基带数字信号调制模拟信号而进行上变频；
使用所述模拟信号来相位调制原始光载波，并将经过相位调制得到的光载波通过单模传输光纤单模光纤SMF(single mode fiber)传输到基站；
在基站首先通过掺饵光纤放大器EDFA(Erbium-doped fiber amplifier)对接收的光载波信号进行放大，将放大后的光载波信号延时t0(t0为远小于基带数字信号符号周期的任意值)并与未延时的光载波信号合成后，利用光电探测器将合成后的光载波利用光电探测器(Photonics detector)转化为电信号，并通过天线将该电信号发送到无线终端；
无线终端通过无线信道的传输接收上述电信号，接收电信号优选首先利用电放大器EA对所述电信号进行放大，然后利用混频器对放大后的电信号进行混频得到解调信号，利用低通滤波器将解调信号进行低通滤波实现下变频得到下行基带数字信号，这就完成了整个传输过程中的调制解调。
本发明所提出的方法中，中心站要传输的下行基带数字信号既可以为一路，也可以为多路，如果在中心站传输的下行基带数字信号为多路，该无线电系统为密集波分复用系统，这时，首先将所述多路下行基带数字信号分别转化为模拟信号；分别使用所述模拟信号来相位调制原始光载波，并将经过相位调制的多路光载波传输到基站，传输到基站后的调制解调过程与前述方法相同。
优选地，在中心站相位调制原始光载波前先利用偏振控制器PC(Polarization controller)对所述原始光载波进行偏振态调节；基站利用差分延时晶体DGD(Differential group delay crystal)对光载波进行延时，或利用保偏光纤PMF(Polarization maintaining fiber)和与PMF连接的偏振分束器PBS(Polarization beam splitter)对所述光载波进行延时；在基站对所述光载波进行延时前先利用偏振控制器对放大后的光载波进行偏振态调节。
实施例2
本实施例中的光纤无线电系统的信号调制解调装置，用于中心站到无线终端间的信号调制解调，如图2所示，该装置包括：
激光器，设置在中心站，用于产生原始光载波；
上变频器，设置中心站，用于在中心站将下行基带数字信号转化为模拟信号，本实施例中具体为BPSK调制器，用于使用下行基带数字信号以BPSK调制方式调制毫米波发生器产生的原始毫米波电信号得到所述模拟信号；
相位调制器，设置在中心站，用于使用所述模拟信号来相位调制原始光载波，并将经过相位调制得到的光载波通过单模传输光纤SMF传输到基站；
延时器，设置在基站，用于对基站接收的光载波进行延时并与未延时光载波合成；
光电探测器，用于将合成后的光载波转化为电信号并通过天线发送到无线终端；
混频器，用于将无线终端接收的电信号进行混频得到解调信号；
低通滤波器(未示出)，用于将所述解调信号进行低通滤波实现下变频得到下行基带数字信号。
实施例3
本实施例中除具有与实施例2相同的部件外，如图3所示，该装置还包括：第一偏振控制器，连接在可调谐激光器TL(Tunable laser)和相位调制器之间，用于对TL所产生的原始光载波进行偏振态调节；掺饵光纤放大器EDFA，用于在基站接收的光载波延时前对所述光载波进行放大；第二偏振控制器，连接在掺饵光纤放大器和延时器之间，用于对放大后的电信号进行偏振态调节；电放大器，用于在无线终端对电信号进行混频前对所述电信号进行放大；本实施例中延时器具体采用差分群延时晶体DGD实现延时，低通滤波器具体采用电低通滤波器LP(Electronic low pass filte)实现低通滤波。下行基带数字信号具体为伪随机序列信号。
实施例4
本实施例中除具有与实施例2相同的部件外，如图4所示，该装置还包括：第一偏振控制器，连接在TL和相位调制器之间，用于对TL所产生的原始光载波进行偏振态调节；掺饵光纤放大器EDFA，用于在基站接收的光载波延时前对所述光载波进行放大；第二偏振控制器，连接在掺饵光纤放大器和延时器之间，用于对放大后的电信号进行偏振态调节；电放大器，用于在无线终端对电信号进行混频前对所述电信号进行放大；本实施例中延时器具体采用保偏光纤PMF和与PMF连接的偏振分束器PBS实现延时，低通滤波器具体采用电低通滤波器LP实现低通滤波。下行基带数字信号具体为伪随机序列信号。
实施例5
本实施例中的光纤无线电系统为密集波分复用系统，如图5所示，该装置所述激光器、上变频器、相位调制器形成一组产生光载波的光载波产生单元，该装置包括若干个所述光载波产生单元，用于产生多路光载波并传输到基站。图3～图5中的10GHz clock表示频率为10GHz的原始微波信号，经过混频器，10GHz clock与下行基带信号相乘，就实现了将基带信号转化为模拟信号。图5中的OBF(optical bandpass filter)为光带通滤波器，作用就是普通的带通滤波器的作用。
本实施例中具体实现的实验装置参数如下：可调谐激光器TL工作在1551.6nm处，发射功率6dBm，信号源产生1.25GHz的周期为211-1的伪随机序列信号作为下行基带数字信号，调制所用的毫米波信号频率10GHz，功率10dBm，EDFA的工作电流为36mA，光相位调制器的偏置电压3.6V，调制深度10％，电放大器中心频率10GHz，带宽6GHz，工作电压8V，DGD晶体延时25ps，光带通滤波器OBF(optical bandpass filter)的中心波长与可调谐激光器产生的激光中心波长保持一致。图6为被下行毫米波信号相位调制后的光谱图，可以看到信号已经被调制到光载波上。图7是解调出的下行基带数据的眼图，可以看到眼图质量非常的好，说明预期的模拟信号相位调制方法是可行的，性能是非常好的。图8是下行基带数据的误码率曲线，可以看到下行误码率曲线近似为直线，没有出现误码平台，可以说本方案的性能是非常好的。通过仿真实验验证了密集波分复用系统是可行的，以两路用户为例，依据图5所示装置进行调制解调，两路光载波波长分别是1553.60nm和1553.20nm，图9是两路分别得到的眼图，可以看到两路用户能够同时正确解调，这就验证了密集波分复用的可行性。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (10)
1.一种光纤无线电系统的信号调制解调方法，所述光纤无线电系统包括中心站、基站和无线终端，其特征在于，该方法包括步骤：
S1，中心站将下行基带数字信号转化为模拟信号；
S2，中心站使用所述模拟信号来相位调制原始光载波，并将经过相位调制得到的光载波传输到基站；
S3，基站利用差分群延时晶体对所述光载波进行差分延时、或利用保偏光纤和偏振分束器对所述光载波进行差分延时，合成后，转化为电信号，并发送到无线终端；
S4，无线终端将接收的电信号进行混频和低通滤波，解调得到下行基带数字信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，中心站将下行基带数字信号转化为模拟信号的方法为：
使用下行基带数字信号以BPSK调制方式调制毫米波发生器产生的原始毫米波电信号得到所述模拟信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤S3中，基站对接收的光载波进行延时前先利用掺铒光纤放大器对所述光载波进行放大；
步骤S4中，在无线终端对电信号进行混频前先利用电放大器对所述电信号进行放大。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤S1中的下行基带数字信号和模拟信号为多路信号；
步骤S2中使用所述多路模拟信号来分别相位调制原始光载波。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，在中心站相位调制原始光载波前先利用偏振控制器对所述原始光载波进行偏振态调节；
步骤S3中，在基站对所述光载波进行延时前先利用偏振控制器对所述光载波进行偏振态调节。
6.一种光纤无线电系统的信号调制解调装置，其特征在于，该装置包括：
激光器，用于产生原始光载波；
上变频器，用于在中心站将下行基带数字信号转化为模拟信号；
相位调制器，用于使用所述模拟信号来相位调制原始光载波，并将经过相位调制得到的光载波传输到基站；
延时器，为差分群延时晶体、或为保偏光纤和与保偏光纤连接的偏振分束器，用于对基站接收的光载波进行差分延时并合成；
光电探测器，用于将合成后的光载波转化为电信号并发送到无线终端；
混频器，用于将无线终端接收的电信号进行混频得到解调信号；
低通滤波器，用于将所述解调信号进行低通滤波实现下变频得到下行基带数字信号。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，该装置还包括：
掺饵光纤放大器，用于在基站接收的光载波延时前对所述光载波进行放大；
电放大器，用于在无线终端对电信号进行混频前对所述电信号进行放大。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置还包括，
第一偏振控制器，连接在激光器和相位调制器之间，用于对激光器所产生的原始光载波进行偏振态调节；
第二偏振控制器，连接在掺饵光纤放大器和延时器之间，用于对放大后的光载波信号进行偏振态调节。
9.根据权利要求6～8任一所述的装置，其特征在于，所述上变频器为BPSK调制器，用于使用下行基带数字信号以BPSK调制方式调制毫米波发生器产生的原始毫米波电信号得到所述模拟信号。
10.根据权利要求6～8任一所述的装置，其特征在于，该装置所述激光器、上变频器、相位调制器形成一组产生光载波的光载波产生单元，该装置包括若干个所述光载波产生单元，用于产生多路光载波并传输到基站。
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| CN101510804A (zh) | 2009-08-19 |
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