CN101877614A - 基于超连续谱的毫米波wdm-rof系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于超连续谱的毫米波WDM-ROF系统和方法，该系统中发送装置包含的光源模块利用超连续谱光信号产生2N路独立的光信号，N个调制模块仅对2N路独立光信号中的N路进行调制；链路装置利用WDM，通过一条光链路传输已调制的N路独立的光信号及未调制的N路独立的光信号；接收装置对接收到的2N路独立的光信号中的已调制的N路独立的光信号和未调制的N路独立的光信号进行处理，获得携带信息的毫米波射频信号，实现了毫米波无线传输。采用本发明的方法和系统，能够降低成本，提高信道容量，实现利用毫米波传输信息。

Description

基于超连续谱的毫米波WDM-ROF系统和方法

技术领域

本发明涉及通信技术，特别涉及一种基于超连续谱的毫米波波分复用-光无线复合(WDM-ROF)系统和方法。

背景技术

近年来利用光纤通信技术建设的大型骨干网络已经在全世界范围内分布，实现了大容量信息的长距离传输。为了满足移动性、灵活性、大容量和低损耗信号传输的要求，一种将无线接入技术和光纤接入技术结合的新型接入技术-光无线复合(Radio Over Fiber，ROF)技术被提出来。ROF技术是以光纤为传输媒介、光波为载波、微波为调制波进行信息传输的一种技术，也就是在光纤上传递带有信息的射频信号，并把这种射频信号通过天线辐射的形式向用户传播的技术。

现有的基于ROF的光无线通信系统包括：中心站(Center Station，CS)、基站(Base Station，BS)和链接两者的光纤链路。其中，光纤链路包括基站至中心站的上行光链路和中心站至基站的下行光链路。由于无线信号在空气信道中的频率衰减特性，为了满足覆盖范围的需要，该系统中的每个BS需连接多个天线，这就会增加系统的负荷及基站的维护费用；因此，现有的基于ROF的光无线通信系统中，CS集中了大量的数据处理、控制管理、无线载波的产生和调制等功能；BS只需要具备光/电信号的转换、射频信号放大及简单的无线信号收发等功能。现有的基于ROF的光无线通信系统中，在某个时间段光纤链路的一根光纤上仅仅传输一条信道的信号，浪费了光信道资源，限制了传输的信息量；另外，考虑到射频信号所承载的带宽及在空气信道中的衰减，应选择毫米波波段的射频信号作为副载波，毫米波波段的射频信号的频率范围在40GHz到100GHz之间，但由于工艺技术的限制，无法利用较低的成本产生60GHz以上的高频射频信号，也就无法真正实现毫米波作为副载波的无线传输方式。

为了解决现有的基于ROF的光无线通信系统的浪费光信道资源的问题，WDM-ROF系统应运而生。WDM-ROF系统就是在现有的基于ROF的光无线通信系统的基础上，光纤链路采用波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)技术，在同一时间在BS和CS间形成多个信道，增加信道的容量，提高了传输的信息量，解决了现有的基于ROF的光无线通信系统的浪费光信道资源的问题。

图1为现有的WDM-ROF系统的结构示意图。现结合图1，对现有的WDM-ROF系统的结构进行说明，具体如下：

现有的WDM-ROF系统包括：发送模块10、链路模块11和接收模块12。

发送模块10用于产生光信号，将产生的携带信息的高速数据信号加载到光信号上，并对携带信息的高速数据信号的光信号进行相位和强度调制，输出调制后的光信号至链路模块11。其中，发送模块10包括M个光源和与每一光源连接的M个调制单元，其中，光源采用激光器100，每一调制单元包括相位调制器101、信号驱动器102、强度调制器103和射频源104。激光器100用于产生窄谱光信号，且每两个激光器100的中心波长的间隔大于等于WDM所要求的间隔；射频源104用于产生高频率的射频信号；信号驱动器102用于产生携带信息的高速数据信号；相位调制器101通过调整偏压实现信号驱动器102产生的携带信息的高速数据信号对激光器100产生的光信号的相位调制；强度调制器103利用射频源104输出的高频率的射频信号，对相位调制器101输出的调制到光信号上的携带信息的高速数据信号进行强度调制，将调制后的携带信息的高速数据信号输出至链路模块11。发送模块10的每个强度调制器103输出的调制后的光信号可作为一个光信道，其上携带有需要传输的信息。M为该系统产生的光信道的个数，M取正整数。

链路模块11利用WDM技术，将发送模块10输出的M个光信号通过光纤传输至接收模块12。其中，链路模块11包括：复用器110、光纤111和解复用器112。复用器110利用WDM技术，将强度调制器103输出的M个调制后的光信号复用到一条光链路中；连接复用器110和解复用器112的光纤111用于传递复用的M个光信号；解复用器112将接收到的光信号解复用获得M个独立的光信号，输出至接收模块12。

接收模块12对接收到的M个独立的光信号进行滤波和解调，获得携带信息的高速数据信号。其中，接收模块12包括M个处理单元，每一处理单元包括依次串联连接的光带通滤波器120、光电检测器121和解调器122。光带通滤波器120用于去除其接收到的光信号中的噪声和干扰；光电检测器121用于从光带通滤波器120输出的光信号中解调获得电信号；解调器122用于对光电检测器121输出的电信号进行解调获得携带信息的高速数据信号。

上述现有的WDM-ROF系统能够初步实现WDM的ROF传输，但并未实现毫米波无线传输；该系统能够实现多波长-多信道的传输，提高了信道的容量，但提供光信号的光源采用的是独立的半导体激光器，价格昂贵，增加了系统的成本；在对携带信息的高速数据信号进行调制时，利用了M个价格昂贵的高频的射频源，进一步增加了系统的成本；现有的WDM-ROF系统提供的光源数量有限，在很大程度上限制了信道容量的增加。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于超连续谱的毫米波WDM-ROF系统，该系统能够降低系统成本，提高信道容量，实现利用毫米波传输信息。

本发明的另一目的在于提供一种基于超连续谱的毫米波WDM-ROF方法，该方法能够降低成本，提高信道容量，实现利用毫米波传输信息。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种基于超连续谱的毫米波波分复用-光无线复合WDM-ROF系统，该系统包括：发送装置、链路装置和接收装置；

所述发送装置包括光源模块和N个调制模块；所述光源模块利用超连续谱光信号产生2N路独立的光信号，输出N路独立的光信号至链路装置，输出N路独立的光信号至所述N个调制模块；所述调制模块对N路独立的光信号进行调制，输出已调制的N路光信号至链路装置；所述2N路独立的光信号为中心波长不同且互不混叠的光信号；所述已调制的N路光信号的序号为2i-1；所述光源模块输出至链路装置的N路光信号为未调制的，其序号为2i；所述第2i路光信号的频率与第2i-1路光信号的频率的差值为接收装置发射的携带信息的毫米波射频信号的频率；N为大于等于1的正整数；i为大于等于1且小于等于N的整数；

所述链路装置利用WDM将已调制的N路光信号和未调制的N路光信号输出至所述接收装置；

所述接收装置包括N个处理单元，所述N个处理单元中的每一处理单元对接收到的第2i-1路光信号和第2i路光信号进行处理，获得一路携带信息的毫米波射频信号，发射携带信息的毫米波射频信号。

上述装置中，所述光源模块包括：

激光器，通过光纤连接光栅阵列，将产生的脉冲光耦合至光纤；

光纤，将脉冲光转换为超连续谱光信号，输出超连续谱光信号至光栅阵列；

光栅阵列，包含2N个串联连接的光栅，每一个光栅反射与其中心波长相同的光信号，所述2N个串联连接的光栅将接收到的超连续谱光信号划分成2N个中心波长不同的光信号，并将含有2N个中心波长的一路光信号输出至解复用器；第2i个光栅的中心波长与第2i-1个光栅的中心波长的差值为所述接收装置发射的携带信息的毫米波射频信号的波长；

解复用器，对接收到的含有2N个中心波长的一路光信号进行分割，获得2N路独立的光信号，输出序号为2i-1的N路独立的光信号至所述N个调制模块，输出序号为2i的N路独立的光信号至所述链路装置。

上述装置中，所述N个调制模块中的每一调制模块包括：信号驱动器和信号调制器；

所述信号驱动器用于产生含有信息的高速数据流信号，输出含有信息的高速数据流信号至信号调制器；

所述信号调制器接收光源模块输出的第2i-1路光信号，利用信号调制将含有信息的高速数据流信号调制到第2i-1路光信号上，输出已调制的N路独立的光信号至链路装置。

上述装置中，所述链路装置包括：

复用器，利用WDM将已调制的N路独立的光信号和未调制的N路独立的光信号复用到一条光链路上；

光纤，连接复用器和解复用器，用于传输光链路上的光信号；

解复用器，利用WDM解复用接收到的光信号获得已调制的N路光信号和未调制的N路光信号，输出2N路独立的光信号至接收装置。

上述装置中，所述处理单元包括：2个光带通滤波器、一个耦合器、一个光电检测器、一个带通滤波器和一个天线；

所述2个光带通滤波器中任一光带通滤波器一端连接链路装置，另一端连接耦合器的一端，用于对接收到的光信号进行带通滤波，输出滤波后的光信号至所述耦合器；所述2个光带通滤波器中的一个接收第2i路光信号，另一个接收第2i-1路光信号；

所述耦合器的另一端连接所述光电检测器的一端，利用光外差将接收到的第2i路光信号和第2i-1路光信号合并成一路光信号，输出合并后的一路光信号至所述光电检测器；

所述光电检测器的另一端连接所述带通滤波器的一端，用于对合并后的一路光信号求模，获得含有直流信号、基带信号和携带信息的毫米波射频信号的电信号，输出电信号至所述带通滤波器；

所述带通滤波器的另一端连接所述天线，用于对接收到的电信号进行带通滤波，去除直流信号和基带信号，输出携带信息的毫米波射频信号至所述天线；

所述天线用于发射携带信息的毫米波射频信号。

一种基于超连续谱的毫米波波分复用-光无线复合WDM-ROF方法，该方法包括：

A、利用超连续谱光信号产生2N路独立的光信号，对N路独立的光信号进行调制，获得已调制的N路光信号和未调制的N路光信号；所述2N路独立的光信号为中心波长不同且互不混叠的光信号；所述已调制的N路光信号的序号为2i-1；所述未调制的N路光信号的序号为2i；第2i路光信号的频率与第2i-1路光信号的频率的差值为发射的携带信息的毫米波射频信号的频率；N为大于等于1的正整数；i为大于等于1且小于等于N的整数；

B、利用波分复用WDM及光纤传输已调制的N路独立的光信号和未调制的N路独立的光信号；

C、对接收到的2N路独立的光信号中第2i路光信号和第2i-1路光信号进行处理，获得N路携带信息的毫米波射频信号并发射。

上述方法中，步骤A所述利用超连续谱光信号产生2N路独立的光信号包括：

A1、将脉冲光信号耦合进非线性光纤产生超连续谱光信号；

A2、将超连续谱光信号进行梳妆滤波获得含有2N个中心波长的一路光信号；

A3、对含有2N个中心波长的一路光信号进行分割获得2N路独立的光信号。

上述方法中，步骤C所述对接收到的2N路独立的光信号中第2i路光信号和第2i-1路光信号进行处理的方法包括：

C1、对接收到的2N路独立的光信号进行光带通滤波；

C2、利用光外差将滤波后的第2i路光信号和第2i-1路光信号合并成一路光信号，所述合并后的光信号的表达式为E(t)＝A(t)exp(i2πf_2i-1t)+exp(i2πf_2it)，其中，A(t)是携带信息的基带信号，f_2i为第2i路光信号的频率，f_2i-1为第2i-1路光信号的频率；

C3、根据步骤C2的表达式对合并后的一路光信号进行求模，获得包含直流信号、基带信号和射频信号的一路电信号；

C4、对步骤C3获得的所述一路电信号进行带通滤波，去除所述电信号中包含的直流信号和基带信号，发射获得的携带信息的毫米波射频信号。

由上述的技术方案可见，本发明提供了一种基于超连续谱的毫米波WDM-ROF系统和方法，发送装置包含的光源模块利用超连续谱光信号产生2N路独立的光信号，省略了现有的WDM-ROF系统中的M个作为独立光源的激光器，简化了系统的结构，降低了成本；发送装置包含的N个调制模块仅对2N路独立光信号中的N路进行调制，N为M/2，省略了现有的WDM-ROF系统中的M/2个信号驱动器102、相位调制器101和强度调制器103，并且省略了现有的WDM-ROF系统中的M个高频的射频源，进一步简化了系统的结构，降低了系统的成本。该系统中的接收装置对接收到的2N路独立的光信号中的已调制的N路独立的光信号和未调制的N路独立的光信号进行处理，获得携带信息的毫米波射频信号，无需为了实现毫米波无线传输而采用高频光调制器和高频光探测器，利用较低的成本实现了毫米波无线传输。

附图说明

图1为现有的WDM-ROF系统的结构示意图。

图2为本发明基于超连续谱的毫米波WDM-ROF系统的结构示意图。

图3为本发明系统中光栅阵列的结构示意图。

图4为本发明基于超连续谱的毫米波WDM-ROF方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明提供了一种基于超连续谱的毫米波WDM-ROF系统和方法，该系统中发送装置包含的光源模块利用超连续谱光信号产生2N路独立的光信号，N个调制模块仅对2N路独立光信号中的N路进行调制；接收装置对接收到的2N路独立的光信号中的已调制的N路独立的光信号和未调制的N路独立的光信号进行处理，获得携带信息的毫米波射频信号，实现了毫米波无线传输。

图2为本发明基于超连续谱的毫米波WDM-ROF系统的结构示意图；图3为本发明系统中光栅阵列的结构示意图。现结合图2及图3，对本发明基于超连续谱的毫米波WDM-ROF系统的结构进行说明，具体如下：

为了表述清楚，先对本发明基于超连续谱的毫米波WDM-ROF系统进行定义，本发明的WDM-ROF系统能够产生2N路独立的光信号，其中，N路被调制的光信号携带了信息，可作为该系统用以传输信息的信道，N的取值范围是大于等于1的正整数；本发明图3所示的光栅阵列是针对具有10个信道的基于超连续谱的毫米波WDM-ROF系统进行设计的，用以将超连续谱的光信号划分成20个不同中心波长的光信号，光栅阵列的具体结构可基于本发明的实施例及需要产生的信道的个数进行设计。

本发明基于超连续谱的毫米波WDM-ROF系统包括：发送装置20、链路装置21和接收装置22。其中，发送装置20包括一个光源模块(图2未示出)和N个调制模块(图2未示出)；接收装置包括N个处理单元(图2未示出)。

发送装置20中的光源模块利用超连续谱光信号产生2N路独立的光信号，输出N路独立的光信号至链路装置21，输出N路独立的光信号至N个调制模块。发送装置20中的调制模块对N路独立的光信号进行调制，输出已调制的N路光信号至链路装置21。

2N路独立的光信号为中心波长不同且不重叠的光信号；已调制的N路光信号的序号为2i-1；光源模块输出至链路装置的N路光信号为未调制的光信号，其序号为2i。2N路独立的光信号中，第2i路光信号的频率f_2i与第2i-1路光信号的频率f_2i-1的差值为接收装置发射的携带信息的毫米波射频信号的频率f_c。N为大于等于1的正整数；i为大于等于1且小于等于N的整数。

链路装置21利用WDM将已调制的N路光信号和未调制的N路光信号输出至接收装置22。

接收装置22中的每一处理单元对接收到的第2i-1路光信号和第2i路光信号进行处理，获得一路携带信息的毫米波射频信号，发射携带信息的毫米波射频信号。

其中，光源模块包括激光器200、光栅阵列201、解复用器202和光纤(图2中未示出)；N个调制模块中的每一调制模块包括信号驱动器203和信号调制器204。

激光器200通过光纤连接光栅阵列201，激光器200将产生的脉冲光耦合至光纤，以使光纤产生的超连续谱光信号输出至光栅阵列201。根据光脉冲在光纤中传播的非线性薛定谔方程的数值分析可以得知：通过控制入射光功率的大小以及光纤的参数可控制光纤输出的连续谱光信号的光谱宽度。根据上述内容，为了产生光谱宽且平坦的超连续谱光信号，本发明的系统采用了脉冲激光器和具有高非线性的光子晶体光纤(PCF)；其中，脉冲激光器的脉冲频率为10GHz以上；光子晶体光纤利用其非线性，将脉冲光转换成超连续谱光信号。

光栅阵列201包含2N个串联连接的光栅，每一个光栅反射与其中心波长相同的光信号，滤除与其中心波长不同的光信号；2N个串联连接的光栅将接收到的超连续谱光信号划分成2N个中心波长不同的光信号，并将含有2N个中心波长的一路光信号输出至解复用器202。光栅阵列201的结构如图3所示。输入至光栅阵列201的光信号为超连续谱，从输入端还可获得经2N个光栅反射划分出的2N个中心波长不同的光信号，所述2N个中心波长不同的光信号混叠在一起构成了一路光信号。2N个串联连接的光栅中，第2i个光栅的中心波长与第2i-1个光栅的中心波长的差值为该系统发射的携带信息的毫米波射频信号的中心波长。

解复用器202对接收到的含有2N个中心波长的一路光信号进行分割，获得2N个独立的光信号，输出序号为2i-1的N路独立的光信号至调制模块，输出序号为2i的N路独立的光信号至链路装置21。解复用器202可采用现有的波导阵列光栅(AWG)，现简单对解复用器202对含有2N个中心波长的一路光信号分割获得2N路独立的光信号进行说明：解复用器202可采用1*32的波导阵列光栅(AWG)，其中，输入端为1个，输出端为32个，这里仅选用其中的20个输出端；AWG包括输入波导、两个平面耦合波导、阵列波导和输出波导；当含有20个中心波长的一路光信号进入输入波导时，该路光信号经输入波导进入第一个平面耦合波导，该路光信号中的20个中心波长不同的光信号在第一个平面耦合波导中发生衍射而耦合进阵列波导；由于阵列波导是由很多长度依次递增的波导路径构成，衍射后的光信号经阵列波导中的不同波导路径后发生相位延迟，阵列波导输出的光信号在第二平面耦合波导中相干叠加产生不同中心波长的20路独立的光信号。所述2N路独立的光信号为中心波长不同且互不混叠的光信号。

调制模块的信号驱动器203用于产生含有信息的高速数据流信号，输出含有信息的高速数据流信号至信号调制器204。每个高速数据流信号都为2.5Gbit/s的基带信号。信号驱动器203的具体结构属于现有技术的内容，在此不再赘述。

调制模块的信号调制器204接收光源模块输出的第2i-1路光信号，利用信号调制将含有信息的高速数据流信号调制到第2i-1路光信号上，输出已调制的N路独立的光信号至链路装置21。信号调制器204可采用强度调制、相位调制或频率调制将含有信息的高速数据流信号调制到第2i-1路光信号上，具体调制的方法为现有技术的内容。现简要说明信号调制器204进行信号调制的方法，具体为：信号调制器204将从输入端口接收的第2i-1路光信号分成两束分别在调制器内的两个波导臂上传播，利用电光效应及高速数据流信号中含有的信息改变调制器内的两个波导臂的调制电压以改变波导的折射率，从而改变两个波导臂输出的两束光之间的相位差；其中，当高速数据流信号含有的信息为1时，调制电压使得两波导臂输出的两束光的相位差为2π的整数倍，两束光相干增强，输出加强的第2i-1路光信号；当高速数据流信号含有的信息为0时，调制电压使得两波导臂输出的两束光的相位差为π的整数倍，两束光相干相消，没有光信号输出。信号调制器204可采用现有的马泽调制器，其结构为现有技术的内容，在此不再赘述。

链路装置21包括复用器210、光纤211和解复用器212。其中，光纤一端连接复用器210，另一端连接解复用器212。

复用器210利用WDM将已调制的N路独立的光信号和未调制的N路独立的光信号复用到一条光链路上，通过光纤211传输至解复用器212。解复用器212利用WDM解复用接收到的光信号获得已调制的N路独立的光信号和未调制的N路独立的光信号，并输出至接收装置22。复用器210和解复用器212可采用现有的波导阵列光栅，在此不再对其结构进行赘述。

接收装置22包含的N个处理单元中的每一处理单元包括：2个光带通滤波器220、一个耦合器221、一个光电检测器222、一个带通滤波器223和一个天线224。

2个光带通滤波器220中每个光带通滤波器220一端连接链路装置21中的解复用器212，另一端连接耦合器221的一端，用于对接收到的光信号进行带通滤波，去除接收到的独立的光信号中夹杂的噪声和干扰，输出滤波后的光信号至耦合器221。2个光带通滤波器220中的一个接收第2i路独立的光信号，另一路接收第2i-1路独立的光信号。

耦合器221的另一端连接光电检测器222的一端，利用光外差将接收到的滤波后的第2i路独立的光信号和滤波后的第2i-1路独立的光信号合并成一路光信号，输出合并后的一路光信号至光电检测器222。若耦合器221接收到的两个光信号分别为第2i路独立的光信号和第2i-1路独立的光信号，则经耦合器221输出的合并后的一路光信号的表达式为：

E(t)＝A(t)exp(i2πf_2i-1t)+exp(i2πf_2it)

其中，A(t)是携带信息的基带信号，f_2i为第2i路光信号的频率，f_2i-1为第2i-1路光信号的频率。

光电检测器222的另一端连接带通滤波器223的一端，用于对合并后的光信号进行求模，获得含有直流信号、基带信号和携带信息的毫米波射频信号的电信号，输出电信号至带通滤波器223。若某一光电检测器222接收到的合并后的光信号的表达式为：

E(t)＝A(t)exp(i2πf_2i-1t)+exp(i2πf_2it)

其中，A(t)是携带信息的基带信号；则该光电检测器222对合并后的该路光信号进行求模获得的电信号表示为：

I(t)＝μ|A(t)exp(i2πf_2i-1t)+exp(i2πf_2it)|²

＝μ(1+A²(t)+A(t)exp(i2πf_ct)+A(t)exp(-i2πf_ct))

＝μ(1+A²(t)+2A(t)cos(2πf_ct))

f_c＝f_2i-f_2i-1

其中，μ为转化系数；f_c为接收装置22发射的携带信息的毫米波射频信号的频率。根据电信号的表达式可以得知，光电检测器222输出的电信号包含直流信号、基带信号A²(t)和射频信号A(t)cos(2πf_ct)。光电检测器222的具体结构属于现有技术的内容，在此不再赘述。

带通滤波器223的另一端连接天线224，用于对接收到的电信号进行带通滤波，去除直流信号和基带信号，输出携带信息的毫米波射频信号至天线224，通过天线224进行无线传输。较佳地，本发明系统中的每一带通滤波器223的中心频率与发射的携带信息的毫米波射频信号的频率f_c相同。

图4为本发明基于超连续谱的毫米波WDM-ROF方法的流程图。现结合图4，对本发明基于超连续谱的毫米波WDM-ROF方法进行说明，具体如下：

步骤401：利用超连续谱光信号产生2N路独立的光信号，对N路独立的光信号进行调制，获得已调制的N路光信号和未调制的N路光信号；所述2N路独立的光信号为中心波长不同且互不混叠的光信号；

已调制的N路光信号的序号为2i-1；未调制的N路光信号的序号为2i；第2i路光信号的频率与第2i-1路光信号的频率的差值为发射的携带信息的毫米波射频信号的频率。

N为大于等于1的正整数；i为大于等于1且小于等于N的整数。

该步骤中，利用超连续谱光信号产生2N路独立的光信号的方法包括：

步骤4011，将脉冲光信号耦合进非线性光纤产生超连续谱光信号；

步骤4012，将超连续谱光信号进行梳妆滤波获得含有2N个中心波长的一路光信号；

步骤4013，对含有2N个中心波长的一路光信号进行分割获得2N路独立的光信号。

在步骤4013中，可采用现有的解复用器对由2N个不同中心波长的光信号混叠构成的一路光信号进行分割，获得2N路不同中心波长的独立的光信号。

对N路独立的光信号进行调制的方法为利用信号调制将包含信息的高速数据流信号调制到序号为2i-1的N路独立的光信号中去，该调制方法为现有技术的内容，在此仅作简单说明：

步骤4014，产生N个含有信息的高速数据流信号；

步骤4015，将接收到的第2i-1路独立的光信号分成两束分别在调制器内的两个波导臂上传播；

步骤4016，利用电光效应及高速数据流信号中含有的信息改变调制器内的两个波导臂的调制电压以改变波导的折射率，改变两个波导臂输出的两束光之间的相位差，输出信号调制后的第2i-1路独立的光信号。

步骤402：利用波分复用WDM及光纤传输已调制的N路独立的光信号和未调制的N路独立的光信号；

利用波分复用将已调制的N路独立的光信号和未调制的N路独立的光信号复用到一条光链路上，通过光纤进行传输。利用现有的解复用装置或其他装置，对通过光纤接收到的光信号进行解复用获得已调制的N路独立的光信号和未调制的N路独立的光信号。

将2N路独立的光信号复用到一条光链路上的方法、及将通过光链路接收到的光信号解复用获得2N路独立的光信号的方法都属于现有技术的内容，在此不再赘述。

步骤403：对接收到的2N路独立的光信号中第2i路光信号和第2i-1路光信号进行处理，获得N路携带信息的毫米波射频信号并发射；

该步骤中，对接收到的2N路独立的光信号中第2i路光信号和第2i-1路光信号进行处理的方法包括：

步骤4031，对接收到的2N路独立的光信号进行光带通滤波；

步骤4032，利用光外差将滤波后的第2i路光信号和第2i-1路光信号合并成一路光信号，所述合并后的光信号的表达式为：

E(t)＝A(t)exp(i2πf_2i-1t)+exp(i2πf_2it)

其中，A(t)是携带信息的基带信号，f_2i为第2i路光信号的频率，f_2i-1为第2i-1路光信号的频率；

步骤4033，根据步骤4032的表达式对合并后的一路光信号进行求模，获得包含直流信号、基带信号和射频信号的一路电信号；

步骤4034，对步骤4033获得的所述一路电信号进行带通滤波，去除所述电信号中包含的直流信号和基带信号，发射获得的携带信息的毫米波射频信号。

在步骤403中，首先对接收到的2N路独立的光信号进行光带通滤波，用以消除每路光信号中夹杂的噪声和干扰。

现仅以形成10个信道为例，对本发明基于超连续谱的毫米波WDM-ROF系统进行说明，具体如下：

在该实施例中N为10，第2i-1路光信号为已调制的，第2i路光信号为未被调制的。

如图3所示，发送装置20的光栅阵列201包括20个光栅，其中心波长分别为1545.0nm和1545.32nm、1546.0nm和1546.32nm、1547.0nm和1547.32nm、1548.0nm和1548.32nm、1549.0nm和1549.32nm、1551.0nm和1551.32nm、1552.0nm和1552.32nm、1553.0nm和1553.32nm、1554.0nm和1554.32nm、1555.0nm和1555.32nm。第2i-1个光栅与第2i个光栅的中心波长间隔为0.32nm即40GHz，这也是进行无线传输的毫米波射频信号的频率。

光栅阵列201中输出的含有20个中心波长的一路光信号入射到作为解复用器202的1×32波导阵列光栅(AWG)中，此时，仅选用20个输出端，输出分割产生的20路独立的光信号，这些独立的光信号可作为独立的光源。这20路独立的光源按照中心波长的大小依次排序为1545.0nm和1545.32nm、1546.0nm和1546.32nm、1547.0nm和1547.32nm、1548.0nm和1548.32nm、1549.0nm和1549.32nm、1551.0nm和1551.32nm、1552.0nm和1552.32nm、1553.0nm和1553.32nm、1554.0nm和1554.32nm、1555.0nm和1555.32nm。

本实施例的调制模块对序号为2i-1的N路独立的光信号进行信号调制，具体信号调制方法与图2相同，在此不再赘述。本实施例的光源模块将未调制的序号为2i的N路独立的光信号直接输出至链路装置21中的作为复用器211的32×1的波导阵列光栅中，调制模块将已调制的序号为2i-1的N路独立的光信号输出到链路装置21中作为复用器211的32×1的波导阵列光栅中，32×1的波导阵列光栅利用波分复用将接收到的20路独立的光信号复用到一条光链路上，经光纤进行传输。较佳地，波分复用后的光信号在光纤中的传输距离为5km。

在链路装置21中作为解复用器212的波导阵列光栅对接收到的光信号进行解复用，分割获得10路携带信息的独立光信号和10路未带信息的独立光信号。

在接收装置22中，N个处理单元中某一处理单元中的耦合器221利用光外差将滤波后的第2i-1路光信号和滤波后的第2i路光信号合并成一路光信号，输出合并后的一路光信号到光电检测器222中进行求模运算，获得含有直流信号、基带信号和携带信息的射频信号的电信号。接收装置22利用中心频率为40GHz，带宽为5GHz的带通滤波器223对电信号进行带通滤波，滤除直流信号和基带信号，获得携带信息的毫米波射频信号，其具体过程与图2相同，在此不再赘述。接收装置22将携带信息的毫米波射频信号通过天线224进行无线传输。

本发明的上述实施例中，发送装置包含的光源模块利用超连续谱光信号产生2N路独立的光信号，省略了现有的WDM-ROF系统中的M个作为独立光源的激光器，简化了系统的结构，降低了成本；发送装置包含的N个调制模块仅对2N路独立光信号中的N路进行调制，N为M/2，省略了现有的WDM-ROF系统中的M/2个信号驱动器102、相位调制器101和强度调制器103，并且省略了现有的WDM-ROF系统中的M个高频的射频源，进一步简化了系统的结构，降低了系统的成本。该系统中的接收装置对接收到的2N路独立的光信号中的已调制的N路独立的光信号和未调制的N路独立的光信号进行处理，获得携带信息的毫米波射频信号，无需为了实现毫米波无线传输而采用高频光调制器和高频光探测器，利用较低的成本实现了毫米波无线传输。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种基于超连续谱的毫米波波分复用-光无线复合WDM-ROF系统，其特征在于，该系统包括：发送装置、链路装置和接收装置；

所述发送装置包括光源模块和N个调制模块；所述光源模块利用超连续谱光信号产生2N路独立的光信号，输出N路独立的光信号至链路装置，输出N路独立的光信号至所述N个调制模块；所述调制模块对N路独立的光信号进行调制，输出已调制的N路光信号至链路装置；所述2N路独立的光信号为中心波长不同且互不混叠的光信号；所述已调制的N路光信号的序号为2i-1；所述光源模块输出至链路装置的N路光信号为未调制的，其序号为2i；所述第2i路光信号的频率与第2i-1路光信号的频率的差值为接收装置发射的携带信息的毫米波射频信号的频率；N为大于等于1的正整数；i为大于等于1且小于等于N的整数；

所述链路装置利用WDM将已调制的N路光信号和未调制的N路光信号输出至所述接收装置；

所述接收装置包括N个处理单元，所述N个处理单元中的每一处理单元对接收到的第2i-1路光信号和第2i路光信号进行处理，获得一路携带信息的毫米波射频信号，发射携带信息的毫米波射频信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源模块包括：

激光器，通过光纤连接光栅阵列，将产生的脉冲光耦合至光纤；

光纤，将脉冲光转换为超连续谱光信号，输出超连续谱光信号至光栅阵列；

光栅阵列，包含2N个串联连接的光栅，每一个光栅反射与其中心波长相同的光信号，所述2N个串联连接的光栅将接收到的超连续谱光信号划分成2N个中心波长不同的光信号，并将含有2N个中心波长的一路光信号输出至解复用器；第2i个光栅的中心波长与第2i-1个光栅的中心波长的差值为所述接收装置发射的携带信息的毫米波射频信号的波长；

解复用器，对接收到的含有2N个中心波长的一路光信号进行分割，获得2N路独立的光信号，输出序号为2i-1的N路独立的光信号至所述N个调制模块，输出序号为2i的N路独立的光信号至所述链路装置。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述N个调制模块中的每一调制模块包括：信号驱动器和信号调制器；

所述信号驱动器用于产生含有信息的高速数据流信号，输出含有信息的高速数据流信号至信号调制器；

所述信号调制器接收光源模块输出的第2i-1路光信号，利用信号调制将含有信息的高速数据流信号调制到第2i-1路光信号上，输出已调制的N路独立的光信号至链路装置。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述链路装置包括：

复用器，利用WDM将已调制的N路独立的光信号和未调制的N路独立的光信号复用到一条光链路上；

光纤，连接复用器和解复用器，用于传输光链路上的光信号；

解复用器，利用WDM解复用接收到的光信号获得已调制的N路光信号和未调制的N路光信号，输出2N路独立的光信号至接收装置。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理单元包括：2个光带通滤波器、一个耦合器、一个光电检测器、一个带通滤波器和一个天线；

所述2个光带通滤波器中任一光带通滤波器一端连接链路装置，另一端连接耦合器的一端，用于对接收到的光信号进行带通滤波，输出滤波后的光信号至所述耦合器；所述2个光带通滤波器中的一个接收第2i路光信号，另一个接收第2i-1路光信号；

所述耦合器的另一端连接所述光电检测器的一端，利用光外差将接收到的第2i路光信号和第2i-1路光信号合并成一路光信号，输出合并后的一路光信号至所述光电检测器；

所述光电检测器的另一端连接所述带通滤波器的一端，用于对合并后的一路光信号求模，获得含有直流信号、基带信号和携带信息的毫米波射频信号的电信号，输出电信号至所述带通滤波器；

所述带通滤波器的另一端连接所述天线，用于对接收到的电信号进行带通滤波，去除直流信号和基带信号，输出携带信息的毫米波射频信号至所述天线；

所述天线用于发射携带信息的毫米波射频信号。

6.一种基于超连续谱的毫米波波分复用-光无线复合WDM-ROF方法，其特征在于，该方法包括：

A、利用超连续谱光信号产生2N路独立的光信号，对N路独立的光信号进行调制，获得已调制的N路光信号和未调制的N路光信号；所述2N路独立的光信号为中心波长不同且互不混叠的光信号；所述已调制的N路光信号的序号为2i-1；所述未调制的N路光信号的序号为2i；第2i路光信号的频率与第2i-1路光信号的频率的差值为发射的携带信息的毫米波射频信号的频率；N为大于等于1的正整数；i为大于等于1且小于等于N的整数；

B、利用波分复用WDM及光纤传输已调制的N路独立的光信号和未调制的N路独立的光信号；

C、对接收到的2N路独立的光信号中第2i路光信号和第2i-1路光信号进行处理，获得N路携带信息的毫米波射频信号并发射。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤A所述利用超连续谱光信号产生2N路独立的光信号包括：

A1、将脉冲光信号耦合进非线性光纤产生超连续谱光信号；

A2、将超连续谱光信号进行梳妆滤波获得含有2N个中心波长的一路光信号；

A3、对含有2N个中心波长的一路光信号进行分割获得2N路独立的光信号。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C所述对接收到的2N路独立的光信号中第2i路光信号和第2i-1路光信号进行处理的方法包括：

C1、对接收到的2N路独立的光信号进行光带通滤波；

C2、利用光外差将滤波后的第2i路光信号和第2i-1路光信号合并成一路光信号，所述合并后的光信号的表达式为E(t)＝A(t)exp(i2πf_2i-1t)+exp(i2πf_2it)，其中，A(t)是携带信息的基带信号，f_2i为第2i路光信号的频率，f_2i-1为第2i-1路光信号的频率；

C3、根据步骤C2的表达式对合并后的一路光信号进行求模，获得包含直流信号、基带信号和射频信号的一路电信号；

C4、对步骤C3获得的所述一路电信号进行带通滤波，去除所述电信号中包含的直流信号和基带信号，发射获得的携带信息的毫米波射频信号。

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