CN102684791B - 有线和无线融合通信系统、方法及多波段信号的生成方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有线和无线融合通信系统、方法及多波段信号的生成方法、装置，有线和无线融合通信系统中多波段信号的生成方法包括以下步骤：在中心局，数据信号从马赫曾德调制器的偏置端口加载，用频率为10GHz的时钟信号作为马赫曾德调制器的驱动信号，得到具有基带、一次载波和二次载波的多波段输出信号；在基站，通过载波分离装置从多波段输出信号中分离得到基带信号、20GHz的微波信号和40GHz的毫米波信号。本发明只用一个单驱动调制器实现多波段信号的产生，节省了成本，调节简单，容易得到最优的结果，下行多波段信号的每个光谱分量上都含有数据，从而提高了频谱利用率。

Description

有线和无线融合通信系统、方法及多波段信号的生成方法、装置

技术领域

本发明涉及通信系统，具体涉及有线和无线融合通信系统、方法及多波段信号的生成方法、装置。

背景技术

随着光纤通信和无线通信的发展，无线和有线的融合成为了一个不可逆转的趋势，因此，下一代接入网必然能够同时提供有线和无线业务，从而使在这样一个网络中的用户得到了更大的方便和更多的选择。

无线和有线融合的通信系统，需要以一种经济的方式实现大容量，大带宽和更高的灵活性。在这些技术中，多波段信号传输是一个理想的方案，它能够同时传递基带信号和多个无线信号，为不同的用户提供业务，从而提高了系统的灵活性，也降低了系统的成本。自从多波段技术被提出以来，国内外学者对此做了很多的研究，但是到目前为止，在已经发表的成果要么使用多个调制器实现多波段业务，要么使用很多高速的电器件实现多波段业务，这样增加了系统的成本和系统的复杂度。目前，还没有成果能够仅仅使用一个单驱动调制器来实现多波段业务。

经过对现有检索发现，在多波段信号产生中有这样一种技术：(发表于IEEE Photon.Technol.Lett.,vol.18,no.21,pp.2311-2313,“Hybridmultiplexing of multi-band optical access technologies towards anintegrated DWDM network,”)，使用三个光源和三个调制器来实现多波段的产生。具体地讲，用其中一个单独的光源和调制器实现基带信号调制，用其中另外一组光源和调制器再加上射频时钟信号实现微波信号的产生，再用其中一组光源和调制器产生毫米波信号，这样的系统虽然能够实现多波段信号产生，但是系统到用到了很多的电源和调制器，以及射频时钟信号，增加了系统的成本和复杂度。

发表在IEEE Photon.Technol.Lett.,vol.20,no.3,pp.181–183,Feb.1,2008的文章“Simultaneous Generation,and Transmission ofDownstream Multi-band Signals and Upstream Data in a BidirectionalRadio over Fiber System,”使用了一种较为简单而经济的方法产生了多波段信号，具体的讲：一个连续波通过双并行调制器，通过调制上路得到载波抑制(OCS)信号，下路得到基带信号，然后通过第二个单驱动调制器进行载波搬移，这样OCS信号被搬移到基带和二阶载波上，而基带信号被搬移到一阶载波上，这样就形成了多波段信号，但是此方案也有一定的不足之处：(1)使用了两个级联的调制器，增加了插入损耗，也增加了成本。(2)双并行调制器有个偏置点需要调节，再加上后面一个单驱动调制的偏置点，这样需要同时调制四个偏置点，给系统的调节带来了困难，很难得到理想的结果。(3)系统使用了高频的电器件混频器，从而进一步增加了系统成本。

综上所述，现有实现多波段信号传输的技术方案，系统成本和复杂性较高，而且系统调节困难，很难得到理想的结果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决实现多波段信号传输时，系统成本和复杂性较高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种有线和无线融合通信系统中多波段信号的生成方法，包括以下步骤：

在中心局，数据信号从马赫曾德调制器的偏置端口加载，用频率为10GHz的时钟信号作为马赫曾德调制器的驱动信号，得到具有基带、一次载波和二次载波的多波段输出信号；

在基站，通过载波分离装置从多波段输出信号中分离得到基带信号、20GHz的微波信号和40GHz的毫米波信号。

本发明还提供了一种有线和无线融合通信系统的实现方法，该方法中：

在中心局，下行数据信号从马赫曾德调制器的偏置端口加载，用频率为10GHz的时钟信号作为马赫曾德调制器的驱动信号，得到具有基带、一次载波和二次载波的下行多波段信号；

下行多波段信号经光传输链路传输到基站；

在基站，通过光分路器把下行多波段信号分为两路，其中一路下行多波段信号通过载波分离装置分离得到基带信号、20GHz的微波信号和40GHz的毫米波信号；另一路下行多波段信号经光纤光栅选择基带信号和一次载波的右边带，形成频移键控信号从基站马赫曾德调制器的光输入端口输入，上行数据从基站马赫曾德调制器的射频端口输入，通过加载在基站马赫曾德调制器射频输入端口上的射频信号调节基站马赫曾德调制器的偏置点在调制曲线的中间点，并以幅度调制格式加载在FSK信号上，最后经上行光纤链路传输至中心局。

本发明还提供了一种有线和无线融合通信系统中多波段信号的生成装置，包括中心局和通过光传输链路与中心局互连的基站，所述中心局包括中心局马赫曾德调制器，其射频输入端口接10GHz的时钟信号，偏置端口接数据信号，多波段信号从中心局马赫曾德调制器的光输出端口输出；所述基站包括载波分离装置，将收到的多波段信号分离得到基带信号、20GHz的微波信号和40GHz的毫米波信号。

在上述有线和无线融合通信系统中多波段信号的生成装置中，所述载波分离装置包括级联设置的第一、第二光纤光栅，第一光纤光栅将多波段信号分离得到基带信号和透射信号，所述透射信号经第二光纤光栅分离得到20GHz的微波信号和40GHz的毫米波信号。

在上述有线和无线融合通信系统中多波段信号的生成装置中，所述载波分离装置还包括第一、第二环形器，所述第一环形器与所述第一光纤光栅的输入端相连，所述第二环形器连接第一光纤光栅和第二光纤光栅。

本发明还提供了一种有线和无线融合通信系统，包括中心局和通过光传输链路与中心局互连的基站，所述中心局包括中心局马赫曾德调制器，其射频输入端口接10GHz的时钟信号，偏置端口接下行数据信号，下行多波段信号从中心局马赫曾德调制器的光输出端口输出；所述基站包括分光器、载波分离装置、第三光纤光栅和基站马赫曾德调制器，所述分光器将收到的下行多波段信号分成两路，其中一路下行多波段信号由所述载波分离装置分离得到基带信号、20GHz的微波信号和40GHz的毫米波信号；另一路下行多波段信号经第三光纤光栅得到由基带信号和一次载波的右边带形成的频移键控信号，频移键控信号从基站马赫曾德调制器的光输入端口输入，通过加载在基站马赫曾德调制器射频输入端口上的射频信号调节基站马赫曾德调制器的偏置点在调制曲线的中间点，使从基站马赫曾德调制器的偏置端口输入的上行信号以ASK的形式加载在FSK信号上，最后经上行光纤链路传送到中心局。

在上述有线和无线融合通信系统中，所述载波分离装置包括级联设置的第一、第二光纤光栅，第一光纤光栅将下行多波段信号分离得到基带信号和透射信号，所述透射信号经第二光纤光栅分离得到20GHz的微波信号和40GHz的毫米波信号。

在上述有线和无线融合通信系统中，所述载波分离装置还包括第一、第二环形器，所述第一环形器连接到所述第一光纤光栅的输入端，所述第二环形器连接第一光纤光栅和第二光纤光栅。

在上述有线和无线融合通信系统中，所述第一光纤光栅的3dB带宽为0.106nm，第二光纤光栅的3dB带宽为0.184nm，第三光纤光栅的3dB带宽为0.132nm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)只用一个单驱动调制器实现多波段信号的产生，节省了成本。

(2)因为系统中只使用一个调制器，因此调节简单，容易得到最优的结果。

(3)系统中没有使用高频电器件，简化了系统设计并且进一步节约了成本。

(4)使用一种新型的FSK信号产生方式，并且用它进行上行信号正交调制，省去了基站端的光源，从而在基站不需要复杂的波长管理而且成本得以降低。

(5)下行多波段信号的每个光谱分量上都含有数据，从而提高了频谱利用率。在以往发表的一些文章中，多个频谱的光信号中，其中一些光谱上含有数据，而另外一些光谱上是不含有数据的，这些不含数据的光谱对传输信息来说是无用的，所以在功率一定的条件下，这样的光信号频谱利用率不高，而本方案每个光谱分量都含有数据，没有无用的光谱，所以频谱利用率很高。

附图说明

图1为马赫曾德调制器产生多波段信号的原理图:

图1(a)为单驱动马赫曾德调制器的调制原理图，

图1(b)为数据信号为1时单驱动马赫曾德调制器输出的载波信号图，

图1(c)为数据信号为0时单驱动马赫曾德调制器输出的载波信号图，

图1(d)为数据信号在0和1之间变化时单驱动马赫曾德调制器输出的载波信号图；

图2为本发明提供的有线和无线融合通信系统多波段信号的产生方法示意图；

图3为本发明提供的有线和无线融合通信系统结构示意图：

图3(i)为基带信号的光眼图，

图3(ii)为反射信号经过光电探测器后的电眼图，

图3(iii)为透射信号经过光电探测器后的电眼图，

图3(iv)为频移键控信号(FSK)，

图3(v)为ASK/FSK正交调制信号；

图4为本发明得到的多波段信号示意图：

图4(a)是含有基带，20GHz微波和40GHz毫米波的信号，

图4(b)是经过FBG1反射得到的基带信号，

图4(c)是FBG1投射得到的信号，

图4(d)是通过FBG2反射得到的20GHz微波信号，

图4(e)是经过FBG2透射得到的40G毫米波信号，

图4(f)是经过FBG3滤出的FSK信号。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作出详细的说明。

图3为本发明提供的有线和无线融合通信系统的示意图，该示意图同时示出了有线和无线融合通信系统中多波段信号的生成装置示意图，如图3所示，有线和无线融合通信系统中多波段信号的生成装置包括中心局和基站，二者通过光传输链路互连。

中心局中设有连续波光源CW和中心局马赫曾德调制器MZM1，中心局马赫曾德调制器MZM1为单驱动马赫曾德调制器，其具有四个端口，分别是光输入端口、光输出端口、射频输入端口和偏置端口，连续波光源CW用于产生不同波长的光信号，本实施例中由连续波光源CW产生一个频率为1550.9nm的连续波，并连接到中心局马赫曾德调制器MZM1的光输入端口，中心局马赫曾德调制器MZM1的射频输入端口RF port上加载10GHz的时钟信号clock，偏置端口Bias port上加载1.25Gb/s的数据信号Data，该数据信号Data为系统要传递的电信号。中心局马赫曾德调制器MZM1用于把电信号(数据信号Data)调制到光信号上，其偏置端口Bias port用数据信号Data来驱动，而射频输入端口RF port用10GHz的射频时钟信号驱动，以此得到多波段输出信号。

参照图1所示，根据贝塞尔函数展开式，当数据信号Data为1时，马赫曾德调制器偏置在最低点，这样在10GHz的时钟信号驱动下，马赫曾德调制器将会输出两个光谱分量(载波抑制信号)，频率间隔为20GHz。当数据信号Data为0时，马赫曾德调制器偏置在最高点，在10GHz的时钟信号驱动下，马赫曾德调制器将会输出三个频率分量，频率间隔为20GHz。因为当Data为1时，得到的光谱分量为-10GHz和+10GHz,而当Data为0时，得到的光谱分量为-20GHz，0和20GHz；在这两种情况得到的光谱分量不会发生重叠，因此可以认为他们在光谱上是交错的，所以当数据信号Data在0和1之间变化时，马赫曾德调制器的光输出端口可以得到具有五个载波分量的信号(一阶载波分量对应为-10GHz和+10GHz，基带载波分量对应为0，二阶载波分量对应为-20GHz和+20GHz)，这样就得到了多波段输出信号，根据马赫曾德调制器的调制特性，输出信号中的一阶载波信号中含有Data数据，而基带信号和二阶载波信号中均含有数据。

光传输链路由上行和下行光纤组成，从中心局马赫曾德调制器MZM1的光输出端口输出的多波段输出信号经过下行光纤链路到达基站BS。光传输链路上设有掺饵光纤放大器EDFA和可调滤波器TOF，掺饵光纤放大器EDFA用于对多波段输出信号进行功率放大(放大至5dBm)，可调滤波器TOF用于滤除多波段输出信号上的自发辐射噪声ASE。

基站BS中设有载波分离装置，通过载波分离装置将多波段输出信号分离得到基带信号、20GHz的微波信号和40GHz的毫米波信号，其中基带信号用于向有线用户提供业务，微波信号和毫米波信号通过天线进行发送，用于向无线用户提供业务。

载波分离装置包括第一、第二环形器和第一、第二级联设置的光纤光栅FBG1、FBG2，多波段输出信号首先经第一环形器进入第一光纤光栅FBG1，第一光纤光栅FBG1的3dB带宽为0.106nm，由第一光纤光栅FBG1反射出基带信号，基带信号的光眼图如图3(i)所示。第一光纤光栅FBG1透射的信号经第二环形器进入第二光纤光栅FBG2，第二光纤光栅FBG2的3dB带宽为0.184nm，这样，第二光纤光栅FBG2的反射信号就是20GHz的微波信号，该信号经过20GHz的微波信号检测装置中的光电探测器后的电眼图如图3(ii)所示，而第二光纤光栅FBG2的透射信号就是40GHz的毫米波信号，该信号经过40GHz毫米波检测装置中的光电探测器后的电眼图如图3(iii)所示，至此，多波段输出信号就分离出基带信号、20GHz的微波信号和40GHz的毫米波信号，分别送往基带信号接收机、20GHz微波信号检测装置和40GHz毫米波检测装置。

本发明还提供了一种包括上述有线和无线融合通信系统多波段信号的产生装置的有线和无线融合通信系统，如图3所示，中心局内还设有光电探测器，用于接收上行数据，基站中还设有光分路器和基站马赫曾德调制器MZM2，用于实现上行数据的调制。

具体地说，经光传输链路传送到基站的下行多波段信号由光分路器分成第一、第二两路多波段信号，第一路多波段信号由基站中的载波分离装置分离得到下行的基带信号、20GHz的微波信号和40GHz的毫米波信号。

第二路多波段信号经第三光纤光栅FBG3分离得到基带信号和一次载波的右边带，第三光纤光栅FBG3的3dB带宽为0.132nm，由于基带信号和一次载波的右边带这两个分量上的信号相反，因此形成了频移键控信号(FSK)，FSK信号具有恒定包络，如图3(iv)所示；FSK信号通过偏振控制器PC后进入基站马赫曾德调制器MZM2的光输入端口，通过加载在基站马赫曾德调制器MZM2射频输入端口上的射频信号调节基站马赫曾德调制器MZM2的偏置点，偏置在调制曲线的中间点，使从基站马赫曾德调制器MZM2的偏置端口输入的上行信号以ASK的形式加载在FSK信号上，上行数据为1.25Gb/s的电信号，承载上行业务，这样就形成了ASK/FSK正交调制信号，如图3(v)所示，上行数据通过上行光纤链路传输到中心局，通过光电探测器接收。这样，就形成了双向的Rof系统结构，其中下行数据可以传送有线和双无线信号。

如图4所示，图4(a)是含有基带，20GHz微波和40GHz毫米波的信号，图4(b)是经过FBG1反射得到的基带信号，图4(c)是FBG1投射得到的信号，图4(d)是通过FBG2反射得到的20GHz微波信号，图4(e)是经过FBG2透射得到的40G毫米波信号，图4(f)是经过FBG3滤出的FSK信号。

本发明还提供了一种有线和无线融合通信系统中多波段信号的生成方法，如图2所示，该图同时示出了有线和无线融合通信系统的实现方法。

有线和无线融合通信系统中多波段信号的生成方法包括以下步骤：

在中心局，下行信号从中心局马赫曾德调制器MZM1的偏置端口输入，中心局马赫曾德调制器MZM1的射频输入端口加载10GHz的时钟信号，于是，含有五个载波分量的多波段输出信号从中心局马赫曾德调制器MZM1的光输出端口输出。

在基站，下行信号由载波分离装置分离得到基带信号、20GHz的微波信号和40GHz的毫米波信号，其中基带信号用于向有线用户提供业务，微波信号和毫米波信号通过天线进行发送，用于向无线用户提供业务。

本发明还提供了一种有线和无线融合通信系统实现方法，包括以下步骤：

在下行方向，下行信号从中心局中的中心局马赫曾德调制器MZM1的偏置端口输入，中心局马赫曾德调制器MZM1的射频输入端口加载10GHz的时钟信号，于是，含有五个载波分量的下行多波段信号从中心局马赫曾德调制器MZM1的光输出端口输出至基站，下行多波段信号由基站中的分光器分成第一、第二两路多波段信号，第一路多波段信号经载波分离装置分离得到基带信号、20GHz的微波信号和40GHz的毫米波信号，其中基带信号用于向有线用户提供业务，微波信号和毫米波信号通过天线进行发送，用于向无线用户提供业务。

在上行方向，基站首先将第二路多波段信号分离得到基带信号和一次载波的右边带形成频移键控信号FSK，FSK信号进入基站马赫曾德调制器MZM2的光输入端口，通过加载在基站马赫曾德调制器MZM2射频输入端口上的射频信号调节基站马赫曾德调制器MZM2的偏置点，使从基站马赫曾德调制器MZM2的偏置端口输入的上行信号以ASK的形式加载在FSK信号上，通过上行光纤链路传送到中心局。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.有线和无线融合通信系统中多波段信号的生成方法，其特征在于包括以下步骤：

连续光源CW用于产生不同波长的信号，并连接到中心局单驱动马赫曾德调制器的光输入端口；

在中心局，数据信号从所述中心局单驱动马赫曾德调制器的偏置端口加载，将频率为10GHz的时钟信号输入所述中心局单驱动马赫曾德调制器的射频输入端口作为所述中心局单驱动马赫曾德调制器的驱动信号，得到具有基带、一次载波和二次载波的五个载波分量的多波段输出信号，其一阶载波分量对应为-10GHz和+10GHz，基带载波分量对应为0，二阶载波分量对应为-20GHz和+20GHz；

在基站，通过载波分离装置从多波段输出信号中分离得到基带信号、20GHz的微波信号和40GHz的毫米波信号。

2.有线和无线融合通信系统的实现方法，其特征在于：

连续光源CW用于产生不同波长的信号，并连接到中心局单驱动马赫曾德调制器的光输入端口；

在中心局，下行数据信号从所述中心局单驱动马赫曾德调制器的偏置端口加载，将频率为10GHz的时钟信号输入所述中心局单驱动马赫曾德调制器的射频输入端口作为所述中心局单驱动马赫曾德调制器的驱动信号，得到具有基带、一次载波和二次载波的五个载波分量的下行多波段信号，其一阶载波分量对应为-10GHz和+10GHz，基带载波分量对应为0，二阶载波分量对应为-20GHz和+20GHz；

下行多波段信号经光传输链路传输到基站；

在基站，通过光分路器把下行多波段信号分为两路，其中一路下行多波段信号通过载波分离装置分离得到基带信号、20GHz的微波信号和40GHz的毫米波信号；另一路下行多波段信号经光纤光栅选择基带信号和一次载波的右边带形成频移键控FSK信号，并从基站单驱动马赫曾德调制器的光输入端口输入，上行信号从所述基站单驱动马赫曾德调制器的偏置端口输入，通过加载在所述基站单驱动马赫曾德调制器的射频输入端口上的射频信号调节所述基站单驱动马赫曾德调制器的偏置点在调制曲线的中间点，使从所述基站单驱动马赫曾德调制器的偏置端口输入的上行信号以幅移键控ASK信号的形式加载在所述频移键控FSK信号上，最后经上行光纤链路传输至中心局。

3.有线和无线融合通信系统中多波段信号的生成装置，包括中心局和通过光传输链路与中心局互连的基站，其特征在于，

所述中心局包括中心局单驱动马赫曾德调制器，连续光源CW用于产生不同波长的信号，并连接到所述中心局单驱动马赫曾德调制器的光输入端口；

所述中心局单驱动马赫曾德调制器的射频输入端口接10GHz的时钟信号，偏置端口接数据信号，五个载波分量的多波段信号从所述中心局单驱动马赫曾德调制器的光输出端口输出，该下行多波段信号的一阶载波分量对应为-10GHz和+10GHz，基带载波分量对应为0，二阶载波分量对应为-20GHz和+20GHz；

所述基站包括载波分离装置，将收到的多波段信号分离得到基带信号、20GHz的微波信号和40GHz的毫米波信号。

4.如权利要求3所述的有线和无线融合通信系统中多波段信号的生成装置，其特征在于，所述载波分离装置包括级联设置的第一、第二光纤光栅，第一光纤光栅将多波段信号分离得到基带信号和透射信号，所述透射信号经第二光纤光栅分离得到20GHz的微波信号和40GHz的毫米波信号。

5.如权利要求4所述的有线和无线融合通信系统中多波段信号的生成装置，其特征在于，所述载波分离装置还包括第一、第二环形器，所述第一环形器与所述第一光纤光栅的输入端相连，所述第二环形器连接第一光纤光栅和第二光纤光栅。

6.有线和无线融合通信系统，包括中心局和通过光传输链路与中心局互连的基站，其特征在于，

所述中心局包括中心局单驱动马赫曾德调制器，连续光源CW用于产生不同波长的信号，并连接到所述中心局单驱动马赫曾德调制器的光输入端口，所述中心局单驱动马赫曾德调制器的射频输入端口接10GHz的时钟信号，偏置端口接下行数据信号，具有五个载波分量的下行多波段信号从所述中心局单驱动马赫曾德调制器的光输出端口输出，该下行多波段信号的一阶载波分量对应为-10GHz和+10GHz，基带载波分量对应为0，二阶载波分量对应为-20GHz和+20GHz；

所述基站包括分光器、载波分离装置、第三光纤光栅和基站单驱动马赫曾德调制器，所述分光器将收到的下行多波段信号分成两路，其中一路下行多波段信号由所述载波分离装置分离得到基带信号、20GHz的微波信号和40GHz的毫米波信号；另一路下行多波段信号经第三光纤光栅得到由基带信号和一次载波的右边带形成的频移键控FSK信号，所述频移键控FSK信号从所述基站单驱动马赫曾德调制器的光输入端口输入，通过加载在所述基站单驱动马赫曾德调制器的射频输入端口上的射频信号调节所述基站单驱动马赫曾德调制器的偏置点在调制曲线的中间点，使从所述基站单驱动马赫曾德调制器的偏置端口输入的上行信号以幅移键控ASK信号的形式加载在所述频移键控FSK信号上，最后经上行光纤链路传送到中心局。

7.如权利要求6所述的有线和无线融合通信系统，其特征在于，

所述载波分离装置包括级联设置的第一、第二光纤光栅，第一光纤光栅将下行多波段信号分离得到基带信号和透射信号，所述透射信号经第二光纤光栅分离得到20GHz的微波信号和40GHz的毫米波信号。

8.如权利要求7所述的有线和无线融合通信系统，其特征在于，

所述载波分离装置还包括第一、第二环形器，所述第一环形器连接到所述第一光纤光栅的输入端，所述第二环形器连接第一光纤光栅和第二光纤光栅。

9.如权利要求7或8所述的有线和无线融合通信系统，其特征在于，所述第一光纤光栅的3dB带宽为0.106nm，第二光纤光栅的3dB带宽为0.184nm，第三光纤光栅的3dB带宽为0.132nm。