CN101562482B - 光纤无线通信系统及其下行链路多业务毫米波的产生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光纤无线通信系统及其下行链路多业务毫米波的产生方法，该系统包括中心站以及基站，中心站包括：光源，用于产生单一波长的光信号；第一调制模块，用射频信号对所述光信号进行光学载波抑制调制，生成两个光学载波信号；第二调制模块，用射频信号和携带有数据信息的中频信号对两个光学载波信号进行光学单边带载波抑制调制，生成射频光学输出信号；基站通过光纤与中心站连接，包括：滤波模块，滤除射频光学输出信号中不需要的中间分量；光电转换模块，对滤波模块输出的光信号进行光电转换，输出多业务毫米波。本发明的系统及方法结构简单、性能可靠、成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及光通信领域，特别涉及一种光纤无线通信系统及其下行链路多业务毫米波的产生方法。
背景技术
在当今的信息社会中，无线通信已成为使用面最广、产业规模最大、 发展最为迅速的领域之一。无线通信系统提供包括语音、图像、多媒体等宽带多业务服务的发展趋势，使得系统必然要求更高的数据传输容量。现有的无线蜂窝系统由于其工作带宽和频率复用率有限，远远不能满足未来对无线接入方式“高速、大容量、无缝覆盖”的要求。因此宽带无线信号和载波频率向高频毫米波段(如40-60GHz或以上)扩展的需求日益迫切。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，而光纤通信系统是解决宽带低损耗的有利手段，其提供的带宽和容量，完全可以满足语音、数据和多媒体综合业务的需求。因此可以利用光通信技术，在光域完成信号的传输和处理功能，于是就有了光纤无线电技术。光纤无线电技术的应用使得调制解调器及控制电路移至中心站，与基站分离，将光纤作为基站与中心站之间的传输链路，直接利用光载波来传输射频信号。由于可以共享中心站设备和信号处理功能，因此在基站中仅需实现光电和电光转换，从而有效地简化了远程天线单元，大大降低了整个无线接入网络的建设成本。此外，光纤无线电系统非常灵活，适用于各种调制方案和载波频率。总之，光纤无线电技术将光纤网络的巨大容量和无线接入网络的适应性和移动性有机结合，为宽带无线网络提供“最后一公里”无缝接入，从而可以真正意义上实现“任何人于任何时间，在任何地点以任何形式通信”的需求。而且，各种多制式、多标准的无线和有线接入系统的发展，使得支持多格式多业务的光纤无线电技术成为未来通信系统的重要发展技术之一。多业务光纤无线电的应用与发展将能更好的满足未来无线宽带多业务网络系统之间的互联互通、有线网络与无线网络的无缝连接方面等实际应用的要求，具有很好的应用前景。
在现有的毫米波光纤无线电下行链路中，数据信息在中心站经过调制、上变频等步骤，获得毫米波已调信号，然后该信号再通过电光调制器调制到光上，经过光纤传到基站后，再通过光电探测器得到电域的毫米波信号。这种方法需要高频毫米波源、毫米波混频器、毫米波频段的电光调制器等器件，价格昂贵，尤其对于要产生多个毫米波信号而言，更是成本巨大，难以实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、性能可靠且成本低廉的光纤无线通信系统及其下行链路多业务毫米波的产生方法，以克服现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种光纤无线通信系统，该系统包括中心站以及基站，所述中心站包括：光源，用于产生单一波长的光信号；第一调制模块，用射频信号对所述光信号进行光学载波抑制调制，生成两个光学载波信号；第二调制模块，用所述射频信号和携带有数据信息的中频信号对所述两个光学载波信号进行光学单边带载波抑制调制，生成射频光学输出信号；所述基站通过光纤与所述中心站连接，包括：滤波模块，滤除所述射频光学输出信号中不需要的中间分量；光电转换模块，对所述滤波模块输出的光信号进行光电转换，输出毫米波信号。
其中，所述第二调制模块进一步包括：调制预备单元，输入所述携带有数据信息的中频信号以及所述射频信号，输出两路相位差为90°的中频信号以及两路相位差为90°的射频信号；第二调制单元，用两路相位差为90°的射频信号以及所述两路相位差为90°的中频信号对所述两个光学载波信号进行光学单边带载波抑制调制，生成射频光学输出信号。
其中，所述第一调制模块为电光强度调制器，偏置电压设定在其半波电压处；所述第二调制单元为并行双臂调制器，包括三个子调制器，其中两子调制器并行地嵌入在第三子调制器的两臂中，所述两子调制器的偏置电压设置在其半波电压处，所述第三子调制器偏置电压设置在其二分之一半波电压处。
其中，所述不需要的中间分量为所述射频光学输出信号中频率间隔较小的中频信号右边带和光载波信号左边带。
其中，所述调制预备单元为90°电桥。
其中，所述滤波模块为光学带阻滤波器，所述光电转换模块为光电探测器。
本发明还提供了一种多业务毫米波的产生方法，用于上述的光纤无线通信系统的下行链路产生多业务毫米波，该方法包括步骤：
S1.用射频信号对光源产生的单一波光信号进行光学载波抑制调制，生成两个光学载波信号；
S2.用射频信号以及所述携带有数据信息的中频信号对两个光学载波信号进行光学单边带载波抑制调制，生成射频光学输出信号；
S3.滤除所述射频光学输出信号中不需要的中间分量；
S4.对所述滤波后输出的光信号进行光电转换，输出毫米波信号。
其中，步骤S2进一步包括：
S21.将所述携带有数据信息的中频信号以及所述射频信号，分别转换为两路相位差为90°的中频信号以及两路相位差为90°的射频信号；
S22.用两路相位差为90°的射频信号以及所述两路相位差为90°的中频信号对所述光学载波信号进行光学单边带载波抑制调制，生成射频光学输出信号。
其中，所述步骤S1以及S2在光纤无线通信系统的中心站中进行，所述射频光学输出信号通过光纤传送到基站，在所述基站进行步骤S3以及S4。
其中，所述不需要的中间分量为所述射频光学输出信号中频率间隔较小的中频信号右边带和光载波信号左边带。
有益效果：
本发明利用光学载波抑制调制和光学单边带载波抑制调制的级联调制，在光学滤波器的共同作用下进行光频谱的灵活处理，从而实现了在光域上同时将多个中频数据信号直接转换成多业务毫米波信号。在多种毫米波信号的产生和传输过程中，避免了高频信号发生器、毫米波混频器、合路器、滤波器等高频毫米波器件的使用，使系统结构简单、性能可靠、成本低廉。
附图说明
图1为本发明光纤无线通信系统构成示意图；
图2为本发明多业务毫米波的产生方法流程图；
图3为多业务毫米波产生过程中的频谱演变；
图4为并行双臂马赫曾德调制器的机构图；
图5为产生的多业务毫米波的电频谱图；
图6为ASK信号和DPSK信号解调后的误码率曲线及眼图。
具体实施方式
本发明提出的光纤无线通信系统及其下行链路多业务毫米波的产生方法，结合附图和实施例详细说明如下。
如图1所示，本发明的光纤无线通信系统，包括中心站以及通过光纤与中心站连接的基站。中心站包括：光源，用于产生单一波长的光信号；第一调制模块，用系统中射频模块发出的射频信号对光源产生的单一波长的光信号进行光学载波抑制调制，并生成具有一定频率间隔的两个光学载波信号；第二调制模块，用同样的射频信号以及携带有数据信息的多种中频信号对第一调制模块生成的两个光学载波信号进行光学单边带载波抑制调制，生成射频光学输出信号。基站包括：滤波模块，用于滤除射频光学输出信号中不需要的中间分量；光电转换模块，对滤波模块输出的光信号进行光电转换，输出毫米波信号。
第二调制模块进一步包括：调制预备单元，输入携带有数据信息的多种中频信号以及射频信号，输出两路相位差为90°的中频信号，以及两路相位差为90°的射频信号；第二调制单元，用两路相位差为90°的射频信号以及两路相位差为90°的中频信号，对两个光学载波信号进行光学单边带载波抑制调制，生成射频光学输出信号。
其中，光源为激光器；第一调制模块为电光强度调制器，偏置电压设定在其半波电压处，以实现光学载波抑制调制；调制预备单元为90°电桥，该90°电桥具有两个输入端，两个输出端，将携带有数据信息的多种中频信号合路输入到其中一个输入端，射频信号输入到另一个输入端，则可从两个输出端输出两路相位差为90°的中频信号，以及两路相位差为90°的射频信号；第二调制单元为并行双臂调制器，如图4所示，包括三个子调制器，其中两子调制器并行地嵌入在第三子调制器的两臂中，为实现光学单边带载波抑制调制两子调制器的偏置电压设置在其半波电压处，第三子调制器偏置电压设置在其二分之一半波电压处。
滤波模块为滤波器，光电转换模块为光电探测器。
在中心站中，激光器产生的单一波长光信号通过电光强度调制器时被系统中的射频模块发出的一定频率的射频信号进行光学载波抑制调制，得到频率间隔为两个上述射频信号频率的两个光学载波信号；这两个光学载波信号进入并行双臂调制器中，被输入电信号进行光学单边带载波抑制调制，输出射频光学输出信号，其输入电信号为多种携带数据信息的中频信号合路输入90°电桥、以及射频信号输入90°电桥后，输出的两路相位差为90°的中频信号，以及两路相位差为90°的射频信号；该射频光学输出信号经光纤传送到基站中，滤波器滤除输入信号光谱结构中不需要的中间分量，剩下的光信号通过光电探测器的光电转换后，得到多种毫米波信号。
以两个携带数据信息的中频信号为例，说明本发明用于上述光纤无线通信系统的下行链路产生多业务毫米波的多业务毫米波的产生方法，如图3-2所示，两个中频信号其中一个是信号速率为1.25Gbps、载频fif1为2.5GHz的ASK(Amplitude Shift Keying，幅移键控)信号，另一个是速率为1.25Gbps、载频fif2为5GHz的DPSK(differentialphase-shift keying，差分相移键控)信号。如图2所示，该方法包括步骤：
S1.对光源产生的单一波光信号进行光学载波抑制调制，生成两个光学载波信号；
本实施方式中，作为光源的激光器为可调谐激光器，波长设定为1550.046nm，激光器发出的波长为1550.046nm的光信号通过系统中的第一调制模块，即偏置电压设定在其半波电压处的电光强度调制器，该调制器为20GHz的马赫曾德调制器，用输入的射频模块发出的频率frf为12GHz的射频信号输入该调制器对上述光信号进行调制，得到频率间隔为2frf的两个光学载波信号，如图3-1所示。
S2.用上述射频模块发出的频率frf为12GHz的射频信号以及两个携带有数据信息的中频信号对步骤S1得到的两个光学载波信号进行光学单边带载波抑制调制，生成射频光学输出信号，其光谱图如图3-3所示。
S3.光学带阻滤波器利用光纤布拉格光栅的透射性实现滤除射频光学输出信号中的不需要的中间分量，即射频光学输出信号中频率间隔较小的中频信号右边带和载波信号左边带，带阻滤波器的组带范围为这两种信号边带的频率差，即3frf-fif1，滤波后的光谱图如图3-4所示，光栅的中心波长为1550.088nm，3db带宽为12GHz，消光比为20dB。
S4.对步骤S3滤波后的光信号，采用现有的60GHz的光电探测器进行光电转换，即可得到载频为3frf+fif1以及3frf+fif2的毫米波信号，其光谱示意如3-5图所示，本实施方式中即为载频38.5GHz、速率1.25Gbps的ASK信号和载频41GHz、速率1.25Gbps的DPSK信号，如图5所示。
如果调制信号包含更多的中频信号，则按照上述方法可以同时产生更多种多业务毫米波信号。
其中，步骤S2进一步包括：
S21.将频率为fif1以及fif2的两个中频信号合路输入90°电桥的一个输入端，频率为frf的射频信号输入到该90°电桥的另一个输入端，分别转换为两路相位差为90°的中频信号，以及两路相位差为90°的射频信号输出；
S22.将上述两路相位差为90°的中频信号以及两路相位差为90°的射频信号输入到并行双臂马赫曾德调制器进行光学单边带载波抑制调制，生成射频光学输出信号如图3-3所示。
其中，步骤S1以及S2在中心站中完成，步骤S2产生的射频光学输出信号通过光纤传送到基站，步骤S3以及S4在基站中进行。
对高频ASK信号和DPSK信号进行下变频解调后，即可得到携带数据信息的基带数据信号，如图6所示为38.5GHz的ASK信号和41GHz的DPSK信号解调后的误码率曲线图和眼图，速率同为1.25Gbps。如加数字序列为213-1的伪随机序列；测试眼图为ASK信号和DPSK信号解调后的眼图；误码率曲线包括背靠背(BTB)和传输了10千米光纤这两种情况下的误码率曲线图。如图可看出本系统及其方法的误差极小、性能可靠。
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)
1.一种光纤无线通信系统，该系统包括中心站以及基站，其特征在于，
所述中心站包括：
光源，用于产生单一波长的光信号；
第一调制模块，用射频信号对所述光信号进行光学载波抑制调制，生成两个光学载波信号；
第二调制模块，用所述射频信号和携带有数据信息的中频信号对所述两个光学载波信号进行光学单边带载波抑制调制，生成射频光学输出信号；
所述基站通过光纤与所述中心站连接，包括：
滤波模块，滤除所述射频光学输出信号中不需要的中间分量；
光电转换模块，对所述滤波模块输出的光信号进行光电转换，输出毫米波信号。
2.如权利要求1所述的光纤无线通信系统，其特征在于，所述第二调制模块进一步包括：
调制预备单元，输入所述携带有数据信息的中频信号以及所述射频信号，输出两路相位差为90°的中频信号以及两路相位差为90°的射频信号；
第二调制单元，用两路相位差为90°的射频信号以及所述两路相位差为90°的中频信号对所述两个光学载波信号进行光学单边带载波抑制调制，生成射频光学输出信号。
3.如权利要求2所述的光纤无线通信系统，其特征在于，所述第一调制模块为电光强度调制器，偏置电压设定在其半波电压处；所述第二调制单元为并行双臂调制器，包括三个子调制器，其中两子调制器并行地嵌入在第三子调制器的两臂中，所述两子调制器的偏置电压设置在其半波电压处，所述第三子调制器偏置电压设置在其二分之 一半波电压处。
4.如权利要求1所述的光纤无线通信系统，其特征在于，所述不需要的中间分量为所述射频光学输出信号中频率间隔较小的中频信号右边带和光载波信号左边带。
5.如权利要求2所述的光纤无线通信系统，其特征在于，所述调制预备单元为90°电桥。
6.如权利要求1所述的光纤无线通信系统，其特征在于，所述滤波模块为光学带阻滤波器，所述光电转换模块为光电探测器。
7.一种多业务毫米波的产生方法，用于权利要求1-5任一项所述的光纤无线通信系统的下行链路产生多业务毫米波，其特征在于，该方法包括步骤：
S1.用射频信号对光源产生的单一波长的光信号进行光学载波抑制调制，生成两个光学载波信号；
S2.用射频信号以及所述携带有数据信息的中频信号对两个光学载波信号进行光学单边带载波抑制调制，生成射频光学输出信号；
S3.滤除所述射频光学输出信号中不需要的中间分量；
S4.对所述滤波后输出的光信号进行光电转换，输出毫米波信号。
8.如权利要求7所述的多业务毫米波的产生方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：
S21.将所述携带有数据信息的中频信号以及所述射频信号，分别转换为两路相位差为90°的中频信号以及两路相位差为90°的射频信号；
S22.用两路相位差为90°的射频信号以及所述两路相位差为90°的中频信号对所述光学载波信号进行光学单边带载波抑制调制，生成射频光学输出信号。
9.如权利要求7所述的多业务毫米波的产生方法，其特征在于， 所述步骤S1以及S2在光纤无线通信系统的中心站中进行，所述射频光学输出信号通过光纤传送到基站，在所述基站进行步骤S3以及S4。
10.如权利要求7所述的多业务毫米波的产生方法，其特征在于，所述不需要的中间分量为所述射频光学输出信号中频率间隔较小的中频信号右边带和光载波信号左边带。
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