CN102546016B - 基于差分相移键控格式的光纤无线通信系统 - Google Patents

基于差分相移键控格式的光纤无线通信系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种属于光纤无线(Radio-on-Fiber，缩写为ROF)通信系统技术领域中的基于差分相移键控格式的光纤无线通信系统。采用马赫曾德尔调制器和光纤布拉格光栅共同作用产生四倍频于射频信号的光毫米波，将光差分相移键控格式作为下行链路的基带数据，调制到四倍频光毫米波信号上。经过光纤传输后，通过延时干涉仪解调光差分相移键控调制格式。本发明使用低频微波信号产生四倍频光毫米波信号，降低了微波源的频率。而且下行链路的基带数据采用光差分相移键控格式，克服了在光纤中传输距离受限的问题。

Description

基于差分相移键控格式的光纤无线通信系统
(一)技术领域
本发明属于光纤-无线(Radio-over-Fiber，缩写为ROF)通信系统技术中基于矢量调制格式的光纤无线通信系统。
(二)背景技术
通过光纤传输高频射频信号，特别是毫米波段信号，国际上普遍称为光纤无线通信技术(Radio-over-Fiber，RoF)近几年来受到世界各国的高度重视。它通过合并无线电系统的各项功能于一个集中的数据收发器，让所有的基站连接到这个功能集中的中心站，来实现系统结构的简化。如果整个反馈网络都用低成本的光纤来搭建，利用光纤传输特有的低损耗和高带宽，那么整个系统的成本将大大降低。RoF系统可以将宽带无线接入的可移动性和光纤接入的超带宽、高可靠性等优点结合起来，满足未来移动通信、无线局域网和固定无线局域网的宽带服务。而且RoF技术对于频率和调制格式完全透明，频率和调制格式变化时不需要改变基站，只需对中心站进行升级，非常有利于无线通信网络的升级换代。随着下一代蜂窝移动通信将大量采用微蜂窝或微微蜂窝结构，允许更多终端用户以更宽的带宽和更高的速率接入，这种互联完全可以通过大容量、低成本的RoF系统实现。因此对毫米波段的光纤无线通信技术和系统进行研究将是满足人们对宽带业务需求的极具竞争力的解决方案。
另一方面，传统的光纤通信采用强度调制格式，光强的变化会导致光纤传输中的非线性效应。随着光纤通信中传输信号速率的增加，非线性传输损耗加重，制约网络速率和传输距离的进一步提高。因此，传统强度调制格式与光纤通信系统高速率高效率的发展产生矛盾，解决这个问题的关键就是采用先进调制格式。
差分相移键控调制格式在长距离光传输中具有频带利用率高，更好地抵御光纤非线性效应和偏振模色散的特性，引起广泛关注。目前对RoF技术的研究主要包括光载毫米波的产生方法、传输特性、接收方法以及基站的简化、与波分复用技术的融合等。而所有的方式产生的光载毫米波信号大多支持强度调制的数据格式，象矢量信号如相移键控等调制格式应用于RoF系统的传输实验研究很少。这些调制格式对于无线通信而言是非常重要的。
为了解决上述问题，我们在ROF系统中心站采用马赫曾德尔调制器和光纤布拉格光栅结合产生四倍频光毫米波，使用光差分相移键控格式作为下行链路基带数据，调制到光毫米波上。经过光纤传输后，对光差分相移键控格式进行解调接收。在保证系统成本的情况下，克服了在光纤中传输距离受限的问题，具有创新性的实用价值。
(三)发明内容
本发明针对上述情况，有效的解决了光纤无线(ROF)通信中倍频毫米波产生以及克服光纤中传输距离受限的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的基于差分相移键控格式的光纤无线通信系统方案如下：
利用单模激光器1产生一个连续光信号；采用一个10GHz射频(RF)信号通过一个马赫曾德尔强度调制器直接调制光信号，其调制方式采用光双边带调制，抑制奇数阶边带，产生中心载波和两路二阶边带；利用光纤布拉格光栅滤除中心载波，得到波长间隔为40GHz的两路二阶边带(四倍频光毫米波)；采用一个基带数据信号发生器产生2.5Gb/s的非归零码信号通过马赫曾德尔调制器调制，产生光差分相移键控信号调制到四倍频光毫米波上；经过光纤传输至基站单元后，采用延时干涉仪解调光差分相移键控格式，通过高速光电转换器将光毫米波信号转换成为电毫米波信号，电毫米波信号经窄带电放大器进行功率放大，经功率放大后的电毫米波信号与本地振荡信号混频后再经电低通滤波器可以得到解调后的基带数据信号。
本发明采用低频率微波信号产生四倍频光毫米波，提出的毫米波产生方式降低了微波器件、电光调制器的带宽及微波源的频率。本发明提出的基于相移键控格式的光纤无线通信系统克服了在光纤中传输距离受限的问题。
(四)附图说明
图1为本发明的装置实现方案结构示意图；
图2为本发明的中心站单元的结构示意图；
图3为本发明的基站单元的结构示意图；
图4为本发明的光纤无线通信系统的下行链路示意图。
图中：
1-单模激光器(DFB)
2-马赫-曾德尔强度调制器
3-射频(RF)信号
4-光纤布拉格光栅(FBG)
5-马赫-曾德尔调制器
6-基带数据信号发生器
7-光纤链路
8-延时干涉仪(EI)
9-高速光电转换器(PD)
10-窄带电放大器(EA)
11-本地振荡信号(LO)
12-混频器
13-电低通滤波器
14-中心站单元
15-基站单元
(五)具体实施方式
下面结合具体实验例子和附图，对本发明作具体说明。
由图1所示，基于差分相移键控格式的光纤无线通信系统各部件分别说明如下：单模激光器1，用于产生指定波长的单纵模光载波；
马赫-曾德尔强度调制器2，用于对指定波长的单纵模光载波进行载波抑制调制；射频(RF)信号3，用于驱动马赫-曾德尔强度调制器2实现双边带调制；
光纤布拉格光栅4，用于滤除光中心载波；
马赫-曾德尔调制器5，用于对指定波长的单纵模光载波进行基带数据信号的调制；
基带数据信号发生器6，用于产生2.5Gb/s的非归零码信号调制信号光载波；
光纤链路7，用于传输光毫米波信号；
延时干涉仪8，用于解调光差分相移键控格式；
高速光电转换器9，用于将传输至中心站的光毫米波信号转换为电毫米波信号；
窄带电放大器10，用于对电毫米波信号的功率放大；
本地振荡信号11，用于和电毫米波信号混频实现数据信号的下变频；
混频器12，用于数据信号的下变频；
电低通滤波器13，用于滤出解调出的基带数据信号；
中心站单元14，用于产生光毫米波信号；
基站单元15，用于将传输至中心站的光毫米波信号转换为电毫米波信号，用于检测光毫米波信号并解调得到基带数据信号。
图2为本发明的中心站单元的结构示意图，包括：
单模激光器1，用于产生指定波长的单纵模光载波；
马赫-曾德尔强度调制器2，用于对指定波长的单纵模光载波进行载波抑制调制；
射频(RF)信号3，用于驱动马赫-曾德尔强度调制器2实现双边带调制；
光纤布拉格光栅4，用于滤除光中心载波；
马赫-曾德尔调制器5，用于对指定波长的单纵模光载波进行基带数据信号的调制；
基带数据信号发生器6，用于产生2.5Gb/s的非归零码信号调制信号光载波；
图3为本发明的基站单元的结构示意图，包括：
延时干涉仪8，用于解调光差分相移键控格式；
高速光电转换器9，用于将传输至中心站的光毫米波信号转换为电毫米波信号；
窄带电放大器10，用于对电毫米波信号的功率放大；
本地振荡信号11，用于和电毫米波信号混频实现数据信号的下变频；
混频器12，用于数据信号的下变频；
电低通滤波器13，用于滤出解调出的基带数据信号；
图4为本发明的光纤无线通信系统的下行链路示意图，包括：
光纤链路7，用于传输光毫米波信号；
中心站单元14，用于产生光毫米波信号；
基站单元15，用于将传输至中心站的光毫米波信号转换为电毫米波信号，用于检测光毫米波信号并解调得到基带数据信号。
本发明所采用的基于差分相移键控格式的光纤无线通信系统工作过程如下：
利用单模激光器1产生一个连续光信号；采用一个10GHz射频(RF)信号3通过一个马赫曾德尔强度调制器2直接调制光信号，其调制方式采用光双边带调制，抑制奇数阶边带，产生中心载波和两路二阶边带；利用光纤布拉格光栅4滤除中心载波，得到波长间隔为40GHz的两路二阶边带(四倍频光毫米波)；采用一个基带数据信号发生器6产生2.5Gb/s的非归零码信号通过马赫曾德尔调制器5调制，产生光差分相移键控信号调制到四倍频光毫米波上；经过光纤传输7至基站单元15后，采用延时干涉仪8解调光差分相移键控格式，通过高速光电转换器9将光毫米波信号转换成为电毫米波信号，电毫米波信号经窄带电放大器10进行功率放大，经功率放大后的电毫米波信号与本地振荡信号11混频12后再经电低通滤波器13可以得到解调后的基带数据信号。
(六)主要技术优势
本发明在中心站采用低频率微波信号产生四倍频光毫米波，提出的毫米波产生方式降低了微波器件、电光调制器的带宽及微波源的频率，降低了系统成本。本发明提出的基于相移键控格式的光纤无线通信系统克服了在光纤中传输距离受限的问题。
本发明的优点是将基于差分相移键控格式融合到光纤通信领域中的倍频毫米波的产生方式中，实现长距离传输的光纤无线通信，结构简单，降低了成本。

Claims (6)

1.基于差分相移键控格式的光纤无线通信方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：
使用一个连续波激光器产生光载波；
采用一个射频(RF)信号驱动马赫曾德尔强度调制器调制产生双边带信号；
双边带信号的频谱包括中心载波和二阶边带；
采用滤波的方法将中心载波和二阶边带分开，其中二阶边带形成光毫米波；
采用差分编码数据驱动另一个马赫曾德尔强度调制器，设置驱动电压产生差分相移键控格式；
将差分相移键控格式调制到光毫米波上，经过光纤链路传输至基站单元。
2.如权利要求1所述的基于差分相移键控格式的光纤无线通信方法，其特征在于，在双边带信号的产生方法中，调制电压等于最大输出光功率。
3.如权利要求1所述的基于差分相移键控格式的光纤无线通信方法，其特征在于，滤波方法采用光环形器、光纤布拉格光栅器件来实现。
4.如权利要求1所述的基于差分相移键控格式的光纤无线通信方法，其特征在于，在差分相移键控格式的产生方法中，所述的驱动电压等于两倍开关电压。
5.如权利要求1所述的基于差分相移键控格式的光纤无线通信方法，其特征在于，基站单元包括：
采用延时干涉仪解调差分相移键控格式；
通过光电检测器，将接收的光毫米波转换成电毫米波信号；
采用电混频器将电毫米波信号所带的数据信号进行下传；
通过电低通滤波器将下传后的数据信号进行滤波。
6.如权利要求5所述的基于差分相移键控格式的光纤无线通信方法，其特征在于，基站单元中延时干涉仪的延时差等于一个比特周期。
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