CN101567745A

CN101567745A - 光载波抑制调制产生光毫米波的ofdm光纤无线通信系统

Info

Publication number: CN101567745A
Application number: CNA2009100430263A
Authority: CN
Inventors: 陈林; 余建军; 文双春; 李瑛�; 董泽; 卢嘉; 曹子峥
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2009-10-28

Abstract

本发明公开了一种光纤无线(Radio－on－Fiber，缩写为ROF)通信系统技术与无线OFDM技术结合，利用OFDM信号所具有的抗多径时延特性以及子载波传输速率较低等特性来抵抗光纤传输中色散对信号的影响，增大传输距离。将OFDM信号与射频正弦波信号混频后驱动强度调制器，使强度调制器对分布反馈式激光器产生的连续光波实现载波抑制调制，加载了OFDM信号的光载波通过光纤传送至基站，在基站先用光电检测器将光毫米波信号转换成电毫米波信号，最后再实现OFDM信号的解调。本发明所述的OFDM－over－fiber光纤无线通信系统，还可以用双强度调制器实现，主要工作过程如下：分布反馈式激光器产生连续光波，射频信号源产生的正弦波信号驱动双臂强度调制器，对连续光波实现载波抑制调制，OFDM信号产生模块产生OFDM信号，单臂的强度调制器将OFDM信号加载到抑制了载波的光毫米波上，最后经光纤传输至基站。本发明所述的光载OFDM信号的毫米波产生方法及由此构成的光纤无线通信系统，可以抵抗光纤传输中色散对毫米波的影响，增大传输距离，降低长远距离通信系统的成本。

Description

光载波抑制调制产生光毫米波的OFDM光纤无线通信系统

(一)技术领域

本发明属于光纤中传输无线正交频分复用(OFDM)信号(缩写为OFDM-over-Fiber)通信系统技术领域。

(二)背景技术

光纤-无线系统(Radio-Over-Fiber System，简称为ROF系统)将成为解决宽带无线接入最有前景的技术。ROF系统是在中心站中将毫米波和数据信号同时上传到光载波上，并传输至基站，在基站中只需进行简单的光电转换和放大，因而基站的结构可变得简单。因而ROF系统以低价格，大带宽，高性能，传输损耗低等特性满足毫米波通信的要求。

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之一。至今为止，已提出的光毫米波的产生方法有三种：直接强度调制，外部强度调制和远程外差。在这些方法中，外部强度调制最简单、可靠且低价。基于光载波抑制调制技术产生的毫米波相对单边带，双边带调制，具有更高的接收灵敏度，并且使用的时钟射频信号更低。但是由于光载波抑制产生的毫米波有两个峰值，在光纤传输中易受色散影响而展宽，使其传输距离受光纤色散所限制。

为了解决上述问题，我们的方案采用在外部强度调制器上加载正交频分复用(OFDM)信号。正交频分复用(OFDM)技术于20世纪60年代初就应用在高频军事通信中，随着现代数字信号处理技术的突飞猛进，OFDM技术得到迅速发展，并已广泛的应用于数字视频/音频广播、宽带有线/无线通信系统。正交频分复用(OFDM)技术是高速宽带无线通信的优选方案，OFDM技术在无线环境中抗多径衰落和窄带干扰特性明显，在光通信领域，OFDM技术可以抵抗色散和偏振模色散的影响，因而也成为光通信领域的研究热点。本发明就是把OFDM信号应用在长距离的光纤通信系统中，利用OFDM结合调制技术来抵抗光纤色散的影响，进而扩大传输距离。

(三)发明内容

本发明针对上述情况，解决了载波抑制产生的毫米波在光纤传输时受色散影响，进而限制传输距离的问题，使用多载波系统的OFDM信号，可以将高速的数据流转化成多路低速的数据流，增加每比特时间间隙，进而增加传输距离。例如：对于一个有100路子载波数的OFDM信号，总数据传输速率为2.5Gbit/s，那么子信道的传输速率仅为25Mbit/s.那么色散受限最大传输距离将扩展到100×400ps/(17×0.32)＝7350km，所以当使用光载波抑制调制方案调制2.5Gbit/sOFDM信号时，最大的传输距离可以扩展到7350km。

为了达到上述目的，本发明所采用的OFDM信号产生模块如下：

用串并转换器将高速比特流转换成多路并行的子数据流，然后每一路数据流经编码器进行编码，编码方式可采用BPSK和x-QAM(x＝4，16，32，64，256)等。编码后的数据流经过OFDM调制(通过傅立叶变换来实现)，加上循环前缀CP(Cyclic Prefix)，可以消除符号间干扰和信道间干扰，再经并串变换(P/S)，调制到各子载波上。经并串变换后的OFDM信号有虚实部，其虚实部先经数模转换器转换成模拟信号，再分别与射频信号和相移动90度后的射频信号混频，最后再用一个电混频器相加，输出OFDM信号。

本发明所采用的OFDM信号接收模块如下：

光电检测后的电毫米波信号，实虚部分别与射频信号和射频信号经90度相移后的信号混频，实现IQ解调，解调后的信号再通过带通滤波器滤波，接着经过模数转换器转换成数字信号，再经串并转换器转换成多路信号，傅立叶转换器对多路信号实现OFDM解调，解调后的信号再经编/解码器实现解码，最后经并串转换器输出一路高速的二进制信号，实现OFDM信号的解调。

为了达到上述目的，本发明所采用的中心站实现方案如下：

在中心站中将OFDM信号和射频正弦波信号混频后驱动外部强度调制器，通过设置外部强度调制器的偏置电压，使分布反馈式激光器(DFB-LD)产生的连续光波，在外部强度调制器中实现载波抑制调制。

所述的OFDM结合载波抑制产生光毫米波方法，其特征在于包括以下步骤：

使用分布反馈式激光器(DFB-LD)产生连续光波；

使用射频信号源产生射频信号；

用OFDM信号产生模块产生OFDM信号。

用混频器将OFDM信号与射频信号混频；

混频后的信号作为强度调制器驱动信号驱动强度调制器；

使强度调制器实现载波抑制调制；

载波抑制调制后的信号通过光纤传输至基站；

为了实现上述目的，本发明还提供了一种利用双调制器来实现中心站。

所述的利用双调制器实现中心站包括：

一个射频正弦波信号源，用于产生射频正弦波信号；

一个分布反馈式激光器，用于产生连续光波；

两个强度调制器，第一个强度调制器对连续光波进行载波抑制调制，第二个调制器把OFDM信号加载到第一个调制器产生的光载波上；

再将携带OFDM信号的光载波通过光纤传输到基站；

所述的中心站其特征在于包括以下工作过程：

用分布反馈式激光器产生连续光波，连续光波在第一个强度调制器中实现载波抑制调制，第二个强度调制器将OFDM信号加载到抑制了载波的光载波上，加载了OFDM信号的光载波通过光纤传输到基站。

(四)附图说明

图1本发明的OFDM产生模块示意图

图2本发明的OFDM接收模块示意图

图3本发明的OFDM-over-fiber结构示意图

图4本发明用两个强度调制器实现OFDM-over-fiber结构示意图

图中：

1-激光器(分布反馈式激光器)

2-双臂强度调制器

22-单臂强度调制器

3-中心站电混频器

33-基站电混频器

4-中心站射频信号源

44-基站射频信号源

5-二进制信号

6-串并转换器

7-编/解码器

8-傅立叶变换器

9-并串转换器

10-数模转换器

11-相移器

12-光电检测器

13-带通滤波器

14-模数转换器

15-OFDM产生模块

16-OFDM接收模块

17-标准单模光纤

(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，OFDM产生模块各部件说明如下：

用串并转换器6将高速二进制比特流5转换成多路并行的子数据流，然后每一路数据流经编码器7进行编码，编码方式可采用BPSK和x-QAM(x＝4，16，32，64，256)等。编码后的数据流经过OFDM调制器8(通过傅立叶变换来实现)，加上循环前缀CP(Cyclic Prefix)，可以消除符号间干扰和信道间干扰，再经并串变换器9(P/S)，调制到各子载波上。经并串变换后的OFDM信号有虚实部，其虚实部先经数模转换器10转换成模拟信号后，再分别与射频信号源4产生的射频信号和相移动90度后的射频信号混频，最后再用电混频器3相加，输出OFDM信号。

由图2所示，OFDM接收模块各部件说明如下：

光电检测后的电毫米波信号，实虚部分别与射频信号44和射频信号经90度相移后的信号混频33，实现IQ解调，解调后的信号再通过带通滤波器13滤波，接着经过模数转换器14转换成数字信号，再经串并转换器6转换成多路信号，傅立叶转换器8对多路信号实现OFDM解调，解调后的信号再经编/解码器7实现解码，最后经并串转换器9输出一路高速的二进制信号，实现OFDM信号的解调。

由图3所示，本发明的OFDM-over-fiber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，用于产生载波抑制调制信号，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4所产生的重复频率为20GHZ的RF信号，与OFDM信号经混频器3混频后一起驱动调制器2。加载了OFDM信号的光载波再经由光纤传输到基站。在基站先经光电检测器12将光载OFDM毫米波转换成电载毫米波，再用OFDM信号接收模块16接收。

由图2所示，用两个强度调制器加载OFDM信号的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，用于产生载波抑制调制信号，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4所产生的重复频率为20GHZ的RF信号；抑制了光载波的毫米波信号再传送至调制器22，调制器22的驱动信号是OFDM信号。OFDM信号的产生与上一直方法相同，加载了OFDM信号的光载波再经由光纤传输到基站。

本方法适合于频率为1～60GHZ以及其它频率的WDM光纤传输无线OFDM信号系统。

本发明采用外部调制器载波抑制调制产生光毫米波，并将OFDM信号加载到光毫米波上，使得中心站结构简单、高稳定性和造价便宜，且加载了OFDM信号的光毫米波传输距离长；对于总传输速率为2.5Gb/s的OFDM信号，在光纤色散为17ps/nm/km，光载波抑制调制技术所使用的射频信号频率为20GHz，最大的传输距离将扩展到100×400ps/(17×0.32)＝7350km；同时还可以实现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，本发明的优点是将OFDM技术与ROF技术相结合，使加载了OFDM信号的光载波在光纤传输中受色散影响小，能用较低的成本产生高性能光毫米波，并延长传输距离，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

1.一种抑制载波的光毫米波上加载OFDM信号，进而延长传输距离的产生方法，可以为ROF系统的下行链路产生携带OFDM信号的光载毫米波，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；

光载波信号进入强度调制器产生载波抑制(OCS)调制信号；

强度调制器由RF信号与OFDM信号混频后的信号驱动；

将OFDM信号调制到抑制了中心载波的光载波上，实现OFDM技术与ROF技术的结合。

加载了OFDM信号的光载波进入长距离光纤线路，传输至基站。

在基站用光电检测器将光毫米波信号转换成电毫米波信号；

OFDM信号的解调；

2.一个光载无线OFDM通信系统，该系统包括：

中心站，包括一个射频正弦波信号源，一个电混频器，一个强度调制器，一个分布反馈式激光器，一个OFDM信号产生模块。其工作过程如下：OFDM信号产生模块产生OFDM信号，电混频器将射频正弦波信号与OFDM信号进行混频，输出的混频信号驱动强度调制器，对分布反馈式激光器产生的连续光波进行载波抑制调制，使抑制了载波的两个一阶边带上携带OFDM信号。

基站，其主要作用是将中心站产生的光载OFDM信号进行检测，再用OFDM信号接收模块实现OFDM信号的解调。

3.根据权利2所述的光载无线OFDM通信系统，其特征在于：

采用了载波抑制外部调制和OFDM信号产生模块。

4.根据权利2所述的光载无线OFDM通信系统中心站结构，本发明还提供了一种用双强度调制器实现载波抑制和OFDM信号的加载。实现方式如下：用分布反馈式激光器产生连续光波，双臂强度调制器对连续光波实现载波抑制调制，双臂强度调制器的驱动信号是射频信号产生的正弦波信号，再用一个单臂的强度调制器将OFDM信号加载到抑制了载波的光毫米波上。