CN101777953A - 传输两路信号的光双边带调制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种传输两路信号的光双边带调制装置和方法。在现有的设备的发射端增设分光调制组件，首先对激光器输出的连续光信号进行强度调制，产生光双边带信号，经分光耦合器输出后功率平分为三路，其中上、下两路分别调制上不同的基带信号，然后三路光信号合波为一路后经单模光纤传输，接收端增设分光滤波组件，将携带有上边带和下边带的光信号分为两路进行解调，获得高质量的电毫米波信号，解决了因色散原因导致长距离传输中的周期性衰落和码元时移问题，使得信号在光纤中的传输降低了衰减，在同等质量下延长了传输距离，提高了传输效率，同时也提高了频谱效率。

Description

传输两路信号的光双边带调制装置和方法

技术领域

本发明属于光纤无线接入网技术领域，主要涉及光纤无线传输(ROF)系统中的毫米波产生问题，具体是一种传输两路信号的光双边带调制装置和方法。

背景技术

为了克服无线通信中传输距离的限制，满足无线通信中宽带要求，必需利用现有的光纤通信技术，光纤无线传输(Radio over Fiber，ROF)是一种光纤和微波相结合的新技术，它利用光纤低损耗、超宽带以及抗电磁干扰等特性来传输无线信号，满足用户对无线接入网带宽的需求，并将会成为解决下一代超宽带无线接入最具有前景的技术。

高质量的毫米波信号产生是实现光纤无线传输通信的关键技术之一。近年来，人们已经提出了一些产生光毫米波的方案。其中基于外部调制器的方案是一种相对成熟、代价低的技术，如双边带(DSB)调制、单边带(SSB)调制以及抑制载波双边带(OCS)调制等方案。由于信号在光纤中传输时不可避免会受到色散的影响，传统的光载波双边带调制不仅会产生周期性衰落效应，而且还会产生码元时移问题，从而导致无法实现长距离传输。单边带调制以及抑制载波双边带调制方案，避免了双边带调制中产生的周期性衰落效应，从一定程度上提高了信号在光纤中的传输距离，不过仍然没有避免由于色散原因导致的码元时移问题，使得信号在光纤中的传输距离受限。

目前传统沿用的调制方案中，参见图1，发送端的构成基本是：激光器1输出的光束经强度调制器2后输入到双臂MZ调制器3，在双臂MZ调制器3中叠加射频信号4后通过单模光纤5传输，在传输接收端通过光电探测器6获取电毫米波信号。

激光器1输出的CW激光的强度数学表达式为E(t)＝A_ccosω_ct，这里ω_c＝2πf_c是激光角频率，A_c是激光的幅度，然后通过一个强度调制器(IM)，本振射频信号4为V_m(t)＝V_mcosω_mt，这里ω_m和A_m是本振信号的角频率和幅度。光毫米信号可以表示为：

E₁(t)＝A(t)[a₊₁cos(ω_c+ω_m)t+a₀cosω_ct+a_-1cos(ω_c-ω_m)t]        (1)

这里，a₀和a_±1是光载波和一阶边带的相对幅度，由调制指数和强度调制器的偏置电压决定。由于调制器本身的非线性，产生的光信号存在很多小的高阶边带，在真实的系统中，可以通过一个滤波器抑制掉这些高阶边带，所以这些高阶边带可以忽略掉。

光电探测器6把光毫米波信号下行转换为电毫米波信号。未经过滤波的光电流的数学表达式为

$I_1\left(t\right)=\mathrm{\μ}{\left|E_1(z,t)\right|}^2$

$\≈\frac{1}{2}\mathrm{\μ}{A}^2\left(t\right)(a_0^2+a_{+1}^2+a_{-1}^2)---\left(2\right)$

$+\mathrm{\μ}{A}^2\left(t\right)[(a_0{a}_{+1}+a_0{a}_{-1})\cos {\mathrm{\ω}}_{m}t+a_{+1}{a}_{-1}\cos 2{\mathrm{\ω}}_{m}t]$

这里，μ是光电探测器6的响应系数，考虑到探测器6的响应速度，高于2ω_m的更高次的频率成分被忽略。从式(2)可以看出，数据信息中包括直流成分，在ω_m和2ω_m处的射频RF谐波。

当光毫米波信号在单模光纤5中传输时，由于光纤色散的影响，光载波和边带载频在光纤中传输的速度不同。假设传输常数β(ω)，幅度衰减γ，忽略非线性，光毫米波信号在单模光纤6中传输z距离后，其数学表达式为

E₂(z，t)＝E₁(t-ω^-1β(ω)z)

＝a₊₁A(t-(ω_c+ω_m)^-1β(ω_c+ω_m)z)e^-γz cos[(ω_c+ω_m)t-β(ω_c+ω_m)z]

+a₀A(t-ω_c ^-1β(ω_c)z)e^-γzcos[ω_ct-β(ω_c)z]

                                                                (3)

+a_-1A(t-(ω_c-ω_m)^-1β(ω_c-ω_m)z)e^-γzcos[(ω_c-ω_m)t-β(ω_c-ω_m)z]

＝A₊₁cos[(ω_c+ω_m)t-β(ω_c+ω_m)z]+A₀cos[ω_ct-β(ω_c)z]

+A_-1cos[(ω_c-ω_m)t-β(ω_c-ω_m)z]

这里，定义A_k＝a_kA(t-(ω_c+kω_m)^-1β(ω_c+kω_m)z)e^-γz(k＝0，±1)。

在接收端，通过光电探测器6检测后未经过滤波的信号的数学表达式

$I_2\left(t\right)=\mathrm{\μ}{\left|E_2(z,t)\right|}^2$

$\≈\mathrm{\μ}(A_{+1}^2+A_0^2+A_{-1}^2)---\left(4\right)$

$+\frac{1}{2}\mathrm{\μ}\left\{\begin{array}{c}{A}_{+1}{A}_0\cos [{\mathrm{\ω}}_{m}t+\mathrm{\β}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)z-\mathrm{\β}({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)z]\\ +A_0{A}_{-1}\cos [{\mathrm{\ω}}_{m}t-\mathrm{\β}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)z+\mathrm{\β}({\mathrm{\ω}}_c-{\mathrm{\ω}}_m)z]\\ +A_{+1}{A}_{-1}\cos [2{\mathrm{\ω}}_{m}t-\mathrm{\β}({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)z+\mathrm{\β}({\mathrm{\ω}}_c-{\mathrm{\ω}}_m)z]\end{array}\right\}$

考虑到β(ω_c±ω_m)的Taylor展开

$\mathrm{\β}({\mathrm{\ω}}_c\±{\mathrm{\ω}}_m)=\mathrm{\β}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)\±{\mathrm{\ω}}_m{\mathrm{\β}}^{\′}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)+\frac{1}{2}{{\mathrm{\ω}}_m}^2{\mathrm{\β}}^{\′\′}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)+\·\·\·\left(5\right)$

不同载波的传输速度不同v_k＝(ω_c+kω_m)β^-1(ω_c+kω_m)(k＝0，±1)，使得其各自携带的码元信息A₀和A₊₁在传输一段单模光纤5后会失去同步。化简整理

$I_{2\mathrm{DC}}\left(t\right)=\frac{1}{2}\mathrm{\μ}\left[\begin{array}{c}{a_0}^2{A}^2(t-{{\mathrm{\ω}}_c}^{-1}\mathrm{\β}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)z)+{a_{+1}}^2{A}^2(t-{({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)}^{-1})\mathrm{\β}({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)z\\ {a_{-1}}^2{A}^2(t-{({\mathrm{\ω}}_c-{\mathrm{\ω}}_m)}^{-1})\mathrm{\β}({\mathrm{\ω}}_c-{\mathrm{\ω}}_m)z\end{array}\right]---\left(6\right)$

$\≈\frac{1}{2}\mathrm{\μ}[{a_0}^2{A}^2(t-{{\mathrm{\ω}}_c}^{-1}\mathrm{\β}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)z)+{a_{+1}}^2{A}^2(t-{({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)}^{-1})\mathrm{\β}({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)z]$

$I_{2\mathrm{RF}}\left(t\right)=\mathrm{\μ\μ}\left\{\begin{array}{c}{A}_0{A}_{-1}\cos [{\mathrm{\ω}}_{m}t-\mathrm{\β}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)z+\mathrm{\β}({\mathrm{\ω}}_c-{\mathrm{\ω}}_m)z]\\ +A_0{A}_{+1}\cos [{\mathrm{\ω}}_{m}t+\mathrm{\β}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)z-\mathrm{\β}({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)z]\\ +A_{+1}{A}_{-1}\cos [2{\mathrm{\ω}}_{m}t-\mathrm{\β}({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)z+\mathrm{\β}({\mathrm{\ω}}_c-{\mathrm{\ω}}_m)z]\end{array}\right\}$

$=\mathrm{\μ}{A}_0(A_{+1}-A_{-1})\cos {\mathrm{\ω}}_m[t-{\mathrm{\β}}^{\′}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)z-\frac{1}{2}{\mathrm{\ω}}_m{\mathrm{\β}}^{\′\′}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)z]---\left(7\right)$

$+2\mathrm{\μ}{A}_0{A}_{-1}\cos {\mathrm{\ω}}_m[t-{\mathrm{\β}}^{\′}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)z]\cos \left[\frac{1}{2}{{\mathrm{\ω}}_m}^2{\mathrm{\β}}^{\′\′}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)z\right]$

$+\mathrm{\μ}{A}_{+1}{A}_{-1}\cos 2{\mathrm{\ω}}_m[t-{\mathrm{\β}}^{\′}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)z]$

从式(6)和式(7)可以看出，如果高阶边带被抑制掉，DC分量没有衰减，而射频(RF)分量在频率ω_m处有衰减，在频率2ω_m处没有衰减。实际上，ω_m出的谐波包含2个部分：一部分μA₀(A₊₁-A_-1)没有衰减，一部分2μA₀A_-1有周期性衰落，其衰落周期为 $L=\frac{4\mathrm{\π}}{{{\mathrm{\ω}}_m}^2{\mathrm{\β}}^{\′\′}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)}=\frac{2c}{{f_m}^{2}D{{\mathrm{\λ}}_c}^2},$ 这里光纤色散系数D＝-2πcλ^-2β″。

以上结合公式分析可以看出，传统的单边带调制会受到单边带的影响，而产生周期性衰落的问题，如果采用单边带调制(SSB)，则可以避免这种周期性衰落，如式(7)中，假设抑制掉两个边带中左边的边带，即：使a_-1→0，则得出

$I_{2\mathrm{RF}}\left(t\right)\≈\frac{1}{2}\mathrm{\μ}{A}_0{A}_{+1}\cos {\mathrm{\ω}}_m[t-{\mathrm{\β}}^{\′}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)z-\frac{1}{2}{\mathrm{\ω}}_m{\mathrm{\β}}^{\′\′}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)z]$

在光单边带调制中，虽然可以避免周期性衰落问题，可是光毫米波的两个频率分量携带的信号，会受到色散的影响，而导致失去同步，ω_c+ω_m边带上携带的信息A₊₁的码元将会偏离ω_c光载波上携带的信息A₀。对于纯净波，相速度等于群速度v_p＝v_g＝1/β′，β(ω₀)＝ω₀/v_p，在ω_c+ω_m和ω_c之间，波形产生的时移Δt₀₁为：

$\mathrm{\Δ}{t}_{01}=\frac{\mathrm{\β}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)}{{\mathrm{\ω}}_c}z-\frac{\mathrm{\β}({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)}{{\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m}z$

$=\frac{{\mathrm{\ω}}_m}{{\mathrm{\ω}}_c({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)}[\mathrm{\β}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)-{\mathrm{\ω}}_c{\mathrm{\β}}^{\′}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)-\frac{1}{2}{\mathrm{\ω}}_m{\mathrm{\ω}}_c{\mathrm{\β}}^{\′\′}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)]z$

$=\frac{-{\mathrm{\ω}}_m}{{\mathrm{\ω}}_c({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)}z\{{\left[{\mathrm{\ω}}^2\frac{d}{\mathrm{d\ω}}\left(\frac{\mathrm{\β}\left(\mathrm{\ω}\right)}{\mathrm{\ω}}\right)\right]}_{\mathrm{\ω}={\mathrm{\ω}}_c}+\frac{1}{2}{\mathrm{\ω}}_m{\mathrm{\ω}}_c{\mathrm{\β}}^{\′\′}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)\}---\left(9\right)$

$=\frac{-{\mathrm{\ω}}_m}{{\mathrm{\ω}}_c({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)}z\{{\left[{\mathrm{\ω}}^2\frac{d{\mathrm{\β}}^{\′}\left(\mathrm{\ω}\right)}{\mathrm{\ω}}\right]}_{\mathrm{\ω}={\mathrm{\ω}}_c}+\frac{1}{2}{\mathrm{\ω}}_m{\mathrm{\ω}}_c{\mathrm{\β}}^{\′\′}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)\}$

$=-\frac{{\mathrm{\ω}}_m{\mathrm{\β}}^{\′\′}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)z}{{\mathrm{\ω}}_c({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)}[{\mathrm{\ω}}_c+\frac{1}{2}{\mathrm{\ω}}_m]\≈-{\mathrm{\ω}}_m{\mathrm{\β}}^{\′\′}\left({\mathrm{\ω}}_c\right)z={{\mathrm{\λ}}_c}^2{\mathrm{Dc}}^{-1}{f}_{m}z$

码元时移与射频频率ω_m、光线长度z和色散系数D成正比。对于一个给定的比特率R和占空比η，码元宽度τ＝η/R，当Δt→τ时，眼图将完全闭合，因此传输距离受限：

$z<l\&equiv;\frac{\mathrm{\&eta;c}}{R{{\mathrm{\&lambda;}}_c}^2{\mathrm{Df}}_m}$

因此，可以看出使用光单边带调制，虽然可以避免由于光纤色散引起的幅度周期性衰落问题，但是无法避免由于不同频带携带的信息的到达接收端的时间不同而造成的码元时移，导致传输距离受限。同样的道理，抑制载波双边带调制(OCS)方式也会受到码元时移的影响，而限制了最大传输距离。传统的双边带调制方式，不仅会受到幅度周期性衰落的影响，还会受到码元时移的影响，从而可传输的最大距离很小，传输性能不佳。

本发明项目组对国内外专利文献和公开发表的期刊论文检索，再尚未发现与本发明密切相关和一样的报道或文献。

发明内容

本发明的目的是克服上述技术或方法存在的缺点，提供一种两个边带同时传输不同信息，不仅实现了对光谱的高效利用，而且通过这一改进，增加信号在长距离传输中的抗色散性能，消除由于不同频带携带的信息的到达接收端的时间不同而造成的码元时移，比传统的几种调制技术大大提高传输距离和质量，频谱利用效率高、远距离传输衰减小的传输两路信号的光双边带调制装置和方法。

下面对本发明进行详细说明

本发明是一种传输两路信号的光双边带调制装置和方法，传输两路信号的光双边带调制装置，包含有发送端装置和接收端装置，发送端装置对激光器输出的光束经强度调制器调制又经双臂MZ调制器将射频本振信号调制产生光双边带信号后通过单模光纤长距离传输，接收端装置对单模光纤传输的光信号通过光电探测器进行光电转换，并通过带通滤波器获得电毫米波信号，再经相乘器进行相干解调后得到原始基带信号，其特征在于：在发射端增设分光调制组件，在接收端增设分光滤波组件，在发送端传输两路信号的光双边带调制装置中激光器的输出光束直接进入双臂MZ调制器，并在此附加射频本振和直流偏置信号，其输出接到分光耦合器的输入端，分光耦合器分三路输出，三路功率相等，其中的每一路都接有各自的滤波器，通过滤波器滤出各自的载频成分，上、下两路还各自配置连接有强度调制器，将两路不同的基带信号调制到光信号上，上述三路光信号同时输入到合波耦合器上，合为一路光信号通过单模光纤进行长距离传输；在接收端装置附加了相应的分光滤波组件，分光滤波组件主要由分光耦合器和滤波器构成，分光耦合器接收来自单模光纤长距离传输的光信号，输出为两路，其中一路接有滤波器滤除下边带频带，传输中心载波和上边带光信号，另一路接有滤波器滤除上边带频带，传输中心载波和下边带光信号。

在发送端由分光耦合器、合波耦合器及其两者中间的构成就是分光调制组件，在接收端的分光滤波组件由分光耦合器和滤波器构成。

本发明通过增设分光滤波调制组件，在发送端对信息进行光学处理，将上边带、中心载波和下边带分离，在纯净的光双边带信号的上、下两个边带分别调制上不同的基带信息，中心载波不调制信息，得到了的光毫米波信号经过单模光纤传输到接收端后分两路进行解调，实现了两路不同信号的同时传输。

提供了一种适合ROF系统中信号在光纤中更高效、更长距离的传输的光双边带调制装置。

本发明的实现还在于：在传输两路信号的光双边带调制装置中的发送端按功率平分为三路传输中，其中中路传输中心载波光信号，其它两路中的上路传输包含上边带的光信号，下路传输包含下边带的光信号。

与上边带对应的基带信号通过强度调制器调制到该光信号上；与下边带对应的基带信号通过强度调制器调制到该光信号上。

在本发明中，进行光/电转换的光毫米波信号的两个载频中只有边带携带基带信息，而中心载波未携带基带信息，这样可以有效的避免传统光调制技术中出现的码元时移现象，解决了因此而导致传输距离受限的技术问题。

本发明还是一种传输两路信号的光双边带调制方法，激光器产生的光信号经光调制后产生光毫米波信号，然后光毫米波信号通过单模光纤传输到接收端后通过光/电转换为电毫米波信号，再采用相干解调的方法解调出原始基带信号，其特征在于：在发送端首先对激光器输出的连续光信号进行强度调制，产生一个光双边带信号，该光信号分光滤波后得到三路包含各自载频信息的光信号，然后上、下两路光信号分别强度调制上不同的基带信息，与未调制信息的中路光信号耦合成一路后通过单模光纤长距离传输到接收端；在接收端把接收到的光信号功率平分成两路，其中一路滤除下边带频带，传输包含中心载波和上边带的光毫米波信号，另一路上边带频带，传输中包含心载波和下边带的光毫米波信号。

本发明是在第一个外置调制器即双臂MZ调制器之后产生的双边带载波信号的光载波和两个边带进行滤波，对滤出的两个边带分别调制不同的基带信息，然后和光载波汇合为一路，发送到单模光纤中传输，在接收端，分两路解调，两路分别滤除下、上边带来对上、下边带上携带的信息进行解调，获取高质量的毫米波信号。有效减小了由于光纤色散引起的幅度周期性衰落对信号传输的影响。

本发明的实现还在于：发送端分光滤波后得到的三路光信号功率相等分别为保留上边带的上路光信号、保留中心载波的中路光信号和保留下边带的下路光信号。

在本发明中，该调制方法可实现同时传输两路不同基带信号，增加了信息传输量。

由于本发明在光纤无线传输通信的毫米波信号产生装置中对现有的设备和调制方法进行改进，在现有的设备中增设分光滤波调制组件，经分光耦合器输出后功率平分为三路，其中上、下两路分别调制上不同的基带信号，然后三路光信号合波为一路后经单模光纤传输，在接收端分为两路进行解调，获得高质量的电毫米波信号，解决了因色散原因导致长距离传输中的周期性衰落和码元时移问题，使得信号在光纤中的传输降低了衰减，在同等质量下延长了传输距离，提高了传输效率，同时也提高了频谱效率。

附图说明：

图1是基于现有技术的光纤无线传输通信的光毫米波信号产生装置示意图；

图2是本发明的原理示意图；

图3是本发明的构成示意图；

图4是基带信号在光单边带调制系统中背靠背情况下的眼图；

图5是基带信号在光单边带调制系统中经单模光纤传输20km情况后下的眼图；

图6是基带信号在光单边带调制系统中经单模光纤传输40km情况后下的眼图；

图7是基带信号在光单边带调制系统中经单模光纤传输60km情况后下的眼图；

图8是本发明中背靠背情况下的眼图；

图9是本发明经单模光纤传输20km情况后下的眼图；

图10是本发明经单模光纤传输40km情况后下的眼图；

图11是本发明经单模光纤传输60km情况后下的眼图；

图12是本发明经单模光纤传输120km情况后下的眼图；

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

实施例1：

本发明是一种传输两路信号的光双边带调制装置和方法

无论是现有技术还是本发明在装置中都包含有发送端装置和接收端装置，发送端装置对激光器1输出的光束经光调制产生光毫米波信号后通过单模光纤5长距离传输，接收端装置对单模光纤5传输的光信号通过光电探测器6进行光电转换，并通过带通滤波器17获得电毫米波信号，再经相乘器18相干解调后滤波得到原始基带信号。

参见图1，在现有技术中的发送端装置中通常先对激光器1发出的光束强度调制上基带信号，然后产生的光信号经MZ调制器3调制上射频信号产生光毫米波信号。

参见图2，本发明作为传输两路信号的光双边带调制装置，在发射端增设分光调制组件，在接收端增设分光滤波组件，在发送端，激光器1采用中心波长为1553.6nm，线宽为1MHz，输出功率为1mW，其输出光束直接进入双臂MZ调制器3，半波电压设置为5V，并在此附加射频本振4和直流偏置DC信号，其输出接到分光耦合器8的输入端，分光耦合器8分三路输出，三路功率相等，其中的每一路都接有各自的滤波器，通过滤波器9，10，11滤出各自的载频成分，上、下两路还各自配置连接有强度调制器2，将两路不同的基带信号调制到光信号上，上述三路光信号同时输入到合波耦合器12上，合为一路光信号通过单模光纤5进行长距离传输；在接收端装置附加了相应的分光滤波组件，分光滤波组件主要由分光耦合器14和滤波器15，16构成，分光耦合器14接收来自单模光纤5长距离传输的光信号，输出为两路，其中一路接有滤波器15滤除下边带频带，传输中心载波和上边带光信号，另一路接有滤波器16滤除上边带频带，传输中心载波和下边带光信号。

在发送端由分光耦合器8、合波耦合器12及其两者中间的构成就是分光调制组件，在接收端的分光滤波组件由分光耦合器14和滤波器15，16构成。

实施例2

装置的总体构成同实施例1，参见图2

传输两路信号的光双边带调制装置发送端按功率平分为三路传输中，其中中路传输中心载波光信号，其它两路中的上路传输包含上边带光信号，下路传输包含下边带带光信号。即在分光调制组件中，其中功率平分为三路传输中，其中一路传输中心载波光信号，其它两路中的一路即上路传输包含上边带光信号，并在其后将与之对应的基带信号通过强度调制器2调制到该光信号上，两路中的另一路即下路传输包含下边带光信号，并在其后将与之对应的基带信号通过强度调制器2调制到该光信号上。在接收端进行光/电转换前的光毫米波信号中只包含中心载波和其中一个边带，从而避免了由于光纤色散引起的周期性衰落效应；而又因为中心载波上未调制基带信息，同时也避免了码元时移问题。

传输中心载波的光信号的中心频率为193.1THz，传输上边带载频的光信号的中心频率为193.14THz，传输下边带载频的光信号的中心频率为193.06THz。

实施例3：

本发明作为一种传输两路信号的光双边带调制方法，参见图2，该方法的应用基于实施例1-2的装置。

激光器1产生的光信号经光调制后产生光毫米波信号，然后光毫米波信号通过单模光纤5传输到接收端后通过光/电转换为电毫米波信号，再采用相干解调的方法解调出原始基带信号，本发明的关键在于：在发送端首先对激光器1输出的连续光信号进行强度调制，产生一个光双边带信号，该光信号分光滤波后得到三路包含各自载频信息的光信号，然后上、下两路光信号分别强度调制上不同的基带信息，与未调制信息的中路光信号耦合成一路后通过单模光纤5长距离传输到接收端；在接收端把接收到的光信号功率平分成两路，其中一路滤除下边带频带，传输包含中心载波和上边带的光毫米波信号，另一路上边带频带，传输中包含心载波和下边带的光毫米波信号，即在接收端把接收到的光信号功率平分成两路，并分别滤除相应的边带载频，得到两路分别携带对应基带信息的光单边带毫米波信号。

在发送端假设上下两路基带信号分别为A(t)、B(t)，则光毫米波信号的数学表达式为

E₁′(t)＝a₊₁A(t)cos(ω_c+ω_m)t+a₀cosω_ct+a_-1B(t)cos(ω_c-ω_m)t    (10)

假设，光纤色散系数β(ω)，幅度衰减γ，忽略非线性，光纤长度z

E₂′(t)＝E₁′(t-ω^-1β(ω)z)

＝a₊₁A(t-(ω_c+ω_m)^-1β(ω_c+ω_m)z)e^-γzcos[(ω_c+ω_m)t-β(ω_c+ω_m)z]

+a₀e^-γzcos[ω_ct-β(ω_c)t]

+a_-1B(t-(ω_c-ω_m)^-1β(ω_c-ω_m)z)e^-γzcos[(ω_c-ω_m)t-β(ω_c-ω_m)z]

                                                                (11)

在接收端，

上路：通过滤波器滤除下边带，然后经过光电探测器5检测后，得到未经过滤的信号的数学表达式

$I_{+1}\left(t\right)=\frac{1}{2}\mathrm{\&mu;}{e}^{-2\mathrm{\&gamma;z}}[{a_{+1}}^2{A}^2(t-{({\mathrm{\&omega;}}_c+{\mathrm{\&omega;}}_m)}^{-1}\mathrm{\&beta;}({\mathrm{\&omega;}}_c+{\mathrm{\&omega;}}_m)z)+{a_0}^2]$

$+\mathrm{\&mu;}{e}^{-2\mathrm{\&gamma;z}}{a}_0{a}_{+1}A[t-{({\mathrm{\&omega;}}_c+{\mathrm{\&omega;}}_m)}^{-1}\mathrm{\&beta;}({\mathrm{\&omega;}}_c+{\mathrm{\&omega;}}_m)z]---\left(12\right)$

$\&times;\cos [t-{\mathrm{\&beta;}}^{\&prime;}\left({\mathrm{\&omega;}}_c\right)z-\frac{1}{2}{\mathrm{\&omega;}}_m{\mathrm{\&beta;}}^{\&prime;\&prime;}\left({\mathrm{\&omega;}}_c\right)z]$

下路：通过滤波器滤除上边带，然后经过光电探测器检测后，得到未经过滤的信号的数学表达式

$I_{-1}\left(t\right)=\frac{1}{2}\mathrm{\&mu;}{e}^{-2\mathrm{\&gamma;z}}[{a_{-1}}^2{B}^2(t-{({\mathrm{\&omega;}}_c-{\mathrm{\&omega;}}_m)}^{-1}\mathrm{\&beta;}({\mathrm{\&omega;}}_c-{\mathrm{\&omega;}}_m)z)+{a_0}^2]$

$+\mathrm{\&mu;}{e}^{-2\mathrm{\&gamma;z}}{a}_0{a}_{-1}B\left[t-{({\mathrm{\&omega;}}_c-{\mathrm{\&omega;}}_m)}^{-1}\mathrm{\&beta;}({\mathrm{\&omega;}}_c-{\mathrm{\&omega;}}_m)z\right]---\left(13\right)$

$\&times;\cos [t-{\mathrm{\&beta;}}^{\&prime;}\left({\mathrm{\&omega;}}_c\right)z+\frac{1}{2}{\mathrm{\&omega;}}_m{\mathrm{\&beta;}}^{\&prime;\&prime;}\left({\mathrm{\&omega;}}_c\right)z]$

这里，定义 $\begin{array}{c}{A}_k=a_{k}A(t-{({\mathrm{\&omega;}}_c+k{\mathrm{\&omega;}}_m)}^{-1}\mathrm{\&beta;}({\mathrm{\&omega;}}_c+k{\mathrm{\&omega;}}_m)z)e^{-\mathrm{\&gamma;z}}\\ B_k=a_{k}B(t-{({\mathrm{\&omega;}}_c+k{\mathrm{\&omega;}}_m)}^{-1}\mathrm{\&beta;}({\mathrm{\&omega;}}_c+k{\mathrm{\&omega;}}_m)z)e^{-\mathrm{\&gamma;z}}(k=\mathrm{0,1})\end{array}$

从式(12)和式(13)可以看出，在新的双边带调制方案中，码元时移不存在了，而在此方案中，也可避免传统双边带调制周期性衰落问题，因此光毫米波信号的传输质量和可传输最大距离得到大大的提高。

同时传输容量是传统的DSB、SSB和OCS调制的两倍，从这两个角度，可以得出，本发明的光双边带调制方案要远远优于传统的边带调制方案。

实施例4：

传输两路信号的光双边带调制装置同实施例1-2，传输两路信号的光双边带调制方法同实施例3，对本发明的装置和方法综合说明如下，具体的构成参见图3。

在发送端先采用射频本振信号4驱动MZ调制器3，对激光器1输出的连续光波进行强度调制，抑制掉奇次谐波，产生一个未调制基带信号的光双边带信号。激光器1的3dB带宽为10MHz，输出的连续光波的中心波长为1553.6nm(193.1THz)，射频本振信号4的驱动电压为5.65V，振荡频率为20GHz，MZ调制器的半波电压为5V，射频信号相位偏移器7设为π，直流偏置电压为10V。光双边带信号通过一个分光耦合器8，按功率平分为三路相同的光双边带信号：

上路：通过光滤波器9，得到只包含上边带的光信号，相当于频谱为193.14THz的光载波，频率为2.5Gbit/s的上路基带信号驱动强度调制器2对该光信号进行强度调制；

下路：通过光滤波器10，得到只包含上边带的光信号，相当于频谱为193.06THz的光载波，频率为2.5Gbit/s的下路基带信号驱动强度调制器2对该光信号进行强度调制；

中路：通过光滤波器10，得到只包含中心光载波的光信号；

用一个合波耦合器12将未调制信号的中心光载波信号和已调基带信号的边带信号进行耦合，产生一个携带两路不同信号的光毫米波信号，经一个光纤放大器13进行功率放大后，然后通过色散值为16ps/(nm·km)的单模光纤5传输到接收端。在基站，经光纤传输后的信号经一个光纤放大器13进行光纤功率补偿放大，然后经过一个分光耦合器14，按功率平分为上、下两路相同的双边带光信号。上、下两路光信号分别经过光滤波器15，16，滤除下、上边带，得到只包含中心载波和上、下边带的光信号，由带宽为50GHz的光电探测器6拍频产生毫米波电信号，然后通过带通滤波器17滤出直流和频谱成分，得到纯净的电毫米波信号。电毫米波信号通过与40G的本地振荡19信号混频相干解调，然后经过一个高斯低通滤波器20滤掉高频部分得到原始基带信号。

实施例5：

传统的三种调制方式有双边带(DSB)、单边带(SSB)和抑制载波双边带(OCS)调制，从其中选择传输性能比较好的光单边带(SSB)系统进行了系统仿真分析，传输环境为射频本振信号为40GHz，基带信号频率为2.5GHz。图4为基带信号在光单边带调制系统中背靠背情况下的眼图，图5为基带信号在光单边带调制系统中经单模光纤传输20km后情况下的眼图，通过图4和图5的眼图对比可以看出基带信号在光单边带系统中传输20km后，眼图中的“眼睛”张开度很大，传输性能良好。

实施例6：

图6为基带信号在光单边带调制系统中经单模光纤传输40km后情况下的眼图，通过图4和图6的眼图对比可以看出基带信号在光单边带系统中传输40km后，眼图中的“眼睛”张开度比较大，传输性能良好。

实施例7：

图7为基带信号在光单边带调制系统中经单模光纤传输60km后情况下的眼图，通过图4和图7的眼图对比可以看出基带信号在光单边带系统中传输60km后，眼图中的“眼睛”已闭合一半，传输性能下降。

实施例8：

传输两路信号的光双边带调制装置同实施例1-2，传输两路信号的光双边带调制方法同实施例3。

图8为基带信号在本发明中背靠背情况下的眼图，图9为基带信号在基于本发明中经单模光纤传输20km后情况下的眼图，通过图8与图9眼图对比可以看出基带信号在光单边带系统中传输20km后，眼图中的“眼睛”张开度很大，传输性能良好，与图5中的眼图质量比较，可以得出在同样单模光纤传输20km的情况下，基带信号在本发明中的传输质量与基带信号在光单边带调制系统中接近。

实施例9：

传输两路信号的光双边带调制装置同实施例1-2，传输两路信号的光双边带调制方法同实施例3。

图8如上所述，图10为基带信号在本发明中经单模光纤传输40km后情况下的眼图，通过图8与图10的眼图对比可以看出基带信号在光单边带系统中传输40km后，眼图中的“眼睛”张开度很大，传输性能良好，与图6中的眼图质量比较，可以得出在同样单模光纤传输40km的情况下，基带信号在本发明中的传输质量与基带信号在光单边带调制系统中比较接近。

实施例10：

传输两路信号的光双边带调制装置同实施例1-2，传输两路信号的光双边带调制方法同实施例3。

图11为基带信号在本发明装置和方法的调制系统中经单模光纤传输60km后情况下的眼图，通过图8与图11眼图对比可以看出基带信号在光单边带系统中传输60km后，眼图中的“眼睛”张开度很大，传输性能良好，与图7中的眼图质量比较，可以得出在同样单模光纤传输60km的情况下，基带信号在本发明中的传输质量比基带信号在光单边带调制系统中的有很大的提高。短距离传输中，本发明的传输性能与现有技术比较相近，当进行长距离传输时，尤显本发明的传输优势。

实施例11：

传输两路信号的光双边带调制装置同实施例1-2，传输两路信号的光双边带调制方法同实施例3。

图12为基带信号在本发明中经单模光纤传输120km后情况下的眼图，通过图8与图12的眼图对比可以看出基带信号在本发明中传输120km后，眼图中的“眼睛”张开度仍然比较大，传输性能良好，图12再与图6中的眼图质量比较，即在本发明中传输120km后的眼图质量较现有技术中传输40km后的眼图质量相比，眼图中的“眼睛”张开度仍然比较大，更进一步说明了本发明有效地抑制了因色散原因导致长距离传输中的周期性衰落，消除了由于不同频带携带的信息的到达接收端的时间不同而造成的码元时移等技术问题，使得基带信号在基于本发明装置的调制系统中的传输质量比基带信号在光单边带调制系统中的有很大的提高。从而大大提高传输距离和质量，同时也提高了频谱利用效率和增大了传输量。

实施例12：

传输两路信号的光双边带调制装置同实施例1-2，传输两路信号的光双边带调制方法同实施例3。

经仿真测试，与现有其他的两种基于外部调制的光双边带(DSB)调制和抑制载波双边带(OCS)技术相比较，本发明同样具有长距离传输优势。

Claims (4)

1.一种传输两路信号的光双边带调制装置，包含有发送端装置和接收端装置，发送端装置对激光器输出的光束经强度调制器调制又经双臂MZ调制器将射频本振信号调制产生光双边带信号后通过单模光纤长距离传输，接收端装置对单模光纤传输的光信号通过光电探测器进行光电转换，并通过带通滤波器获得电毫米波信号，再经相乘器进行相干解调后滤波得到原始基带信号，其特征在于：在发射端增设分光调制组件，在接收端增设分光滤波组件，在发送端传输两路信号的光双边带调制装置中激光器(1)的输出光束直接进入双臂MZ调制器(3)，并在此附加射频本振(4)和直流偏置信号，其输出接到分光耦合器(8)的输入端，分光耦合器(8)分三路输出，三路功率相等，其中的每一路都接有各自的滤波器，通过滤波器(9、10、11)滤出各自的载频成分，上、下两路还各自配置连接有强度调制器(2)，将两路不同的基带信号调制到光信号上，上述三路光信号同时输入到合波耦合器(12)上，合为一路光信号通过单模光纤(5)进行长距离传输；在接收端装置附加了相应的分光滤波组件，分光滤波组件主要由分光耦合器(14)和滤波器(15)构成，分光耦合器(14)接收来自单模光纤(5)长距离传输的光信号，输出为两路，其中一路接有滤波器(15)，另一路接有滤波器(16)。

2.根据权利要求1所述的传输两路信号的光双边带调制装置，其特征在于：所述发送端按功率平分为三路传输中，其中中路传输中心载波光信号，其它两路中的上路传输包含上边带光信号，下路传输包含下边带带光信号。

3.一种传输两路信号的光双边带调制方法，激光器产生的光信号经光调制后产生光毫米波信号，然后光毫米波信号通过单模光纤传输到接收端后通过光/电转换为电毫米波信号，再采用相干解调的方法解调出原始基带信号，其特征在于：在发送端首先对激光器输出的连续光信号进行强度调制，产生一个光双边带信号，该光信号分光滤波后得到三路包含各自载频信息的光信号，然后上、下两路光信号分别强度调制上不同的基带信息，与未调制信息的中路光信号耦合成一路后通过单模光纤长距离传输到接收端；在接收端把接收到的光信号功率平分成两路，其中一路滤除下边带频带，传输包含中心载波和上边带的光毫米波信号，另一路上边带频带，传输中包含心载波和下边带的光毫米波信号。

4.根据权利要求3所述的传输两路信号的光双边带调制方法，其特征在于：所述发送端分光滤波后得到的三路光信号功率相等分别为保留上边带的上路光信号、保留中心载波的中路光信号和保留下边带的下路光信号。

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