CN103595477B - 数据信号上变频方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供一种对数据信号进行上变频的装置，包括：激光光源，被配置为产生激光载波；调制模块，被配置为以第一正弦时钟信号和所述数据信号对所述激光载波进行调制来获得数据调制光波信号；色散型谐波增强器，被配置为从所述调制模块接收所述数据调制光波信号，对所述数据调制光波信号进行色散以获得携载所述数据信号的光脉冲；光电探测模块，被配置为通过对所述携载所述数据信号的光脉冲进行光电探测来获得电信号；带通滤波器，被配置为通过对所述电信号进行滤波来获得上变频数据电信号。

Description

数据信号上变频方法和装置

技术领域

本发明涉及一种数据信号上变频的装置和方法，具体地说，涉及一种在通信系统中对任意待发射数据信号进行光纤传输与远程上变频的装置和方法。

背景技术

随着信息通信需求的不断激增，对无线通信装置的要求是更大的容量（通过提高载波频率、增加通信带宽宽度实现）、更广阔的覆盖范围（通过提高载波频率、减小小区覆盖范围、增加小区数和结合光纤拉远结构实现）和多种业务接入能力（通过多种制式的信号提供多种业务）。其中光纤拉远结构是引入光纤传输链路，将待发射的无线信号通过光纤链路从中心站传输到远端天线单元，在此，无线信号通过天线发送给移动台或来自移动台的无线信号被天线接收。由于光纤链路具有低损耗、宽带宽、抗电磁干扰等优点，可在中心站和远端天线单元之间提供数十GHz的带宽和几十km的传输距离，这是目前各种电缆线无法做到的。利用此结构，可以低成本方式实现大容量、超密集覆盖，从而满足对无线通信装置的要求。其低成本表现为简化了远端天线单元的结构，只需要光电变换、信号放大、滤波等模拟信号处理即可，而复杂的数字信号处理可以置于中心站集中管理，为多个远端天线单元所共享，从而降低了装置的运维成本，这一优势在远端天线单元数量特别多的微小区、微微小区结构中更为明显。由于光纤拉远结构可以低成本方式支持众多的远端天线单元，从而支持多个微小区，从而提高了覆盖率和频率资源利用率。

在传统光纤拉远结构中，待发射数据信号通常先通过电混频器变换到指定频率的载波上，然后经过功率放大和电光调制转移到光载波上，再经光纤传输到远端天线单元，经光电探测、放大后发射。

目前，光纤拉远结构的实现方式主要有：1）射频传输，2）中频传输，3）基带传输，这三种主要方式。如果所加的信号带宽窄，且载波频率低于激光器的共振频率，则可以用信号直接调制激光器获得调制的光强，当待发射数据信号带宽宽且载波频率较高时，需要使用外调制器。经过调制的射频（中频，基带）信号经过光纤传输后，在远端天线单元（又称基站，天线直放站等，指简化了信号处理的基站单元，主要进行射频信号的收发、放大和滤波，除此外不做其他处理，以下叫法不尽相同）被光电探测器探测恢复得到信号。中频和基带信号传输方式下，接收信号需要再经过上变频成为射频信号通过天线发射出去。

射频信号传输方式如图1a，虚线表示电信号，实线表示光信号。在中心站，需要传输的数字信号经数模转换、中频调制和射频调制得到射频信号，再经电光调制器将射频信号加到直流光上，经过光纤传输到远端天线单元，在此，光信号经过光电探测恢复出射频信号，再经功率放大后通过天线发射出去。该方案中，远端天线单元结构简单，但是传输光载射频信号的频率高，受光纤色散影响大。

中频信号传输方式如图1b，虚线表示电信号，实线表示光信号。在中心站，待传输的数字信号经数模转换，中频混频得到中频调制信号，然后通过光电调制加载到准连续的激光光载波上，再经光纤传输到远端天线单元。在远端天线单元信号经光电探测恢复得到中频信号，再与射频本振混频后得到射频调制信号，经功率放大后通过天线发射。该方案中，光纤色散对传输的信号质量影响显著减小，但是远端天线单元需要额外的射频本振进行上变频，这使得远端天线单元结构变得复杂，而可用的信号带宽受中频带宽限制比较小。

基带信号传输方式如图1c，虚线表示电信号，实线表示光信号。相比于图1a，在中心站，信号经过数模转换后直接调制到准连续光上，光纤中传输的是基带信号。在远端天线单元，需要进行中频上变频和射频上变频。这种方案，光纤色散影响最小，但是远端天线单元结构最复杂。

为了减小光纤色散影响，同时保持远端天线单元结构的简单，需要采用其他一些特殊的上变频方式。目前，主要的上变频方式有双波长差拍，载波抑制调制，单边带调制以及调频/调幅变换等。

如图2所示为载波抑制调制方案。在中心站处，待传输的信号与参考时钟本振混频上变频，通过电光调制加载到光载波上，经光纤传输到远端天线单元，在此通过光滤波器，将光载波和信号分开，信号上下两个边带经过光电探测实现差拍，再经电滤波得到二倍于参考时钟信号的射频信号，之后被放大和天线发射。

如图3为采用两个不同频率的相干光差拍实现信号的上变频。在中心站，射频参考本振控制主激光器产生含有高次谐波分量的激光，其经由耦合器注入到参考激光器和从激光器，参考激光器和从激光器分别锁定两个不同频率的谐波，其中一路激光经电光调制加载中频信号，而后两路光经耦合器合路后再经光纤传输到远端天线单元，远端天线单元结构如图1a，两波长通过光电探测器探测时差拍产生射频信号。

图4为单边带调制信号产生方案，在中心站，第一级电光调制器先将中频信号调制到直流光上，再经第二级双平行调制器实现单边带调制，该调制器的两臂上分别加射频本振和90度移相后的射频本振，得到单边带信号经光纤传输到远端天线单元，远端天线单元结构同图1a，两波长通过光电探测器探测时差拍产生射频信号。

从以上技术方案来看，在光纤拉远装置中，不仅要考虑光载无线信号传输中受光纤色散影响，同时还要考虑远端天线单元结构简单、低成本的要求，其中关键技术在于简单、有效、易行的信号上变频。本发明把信号上变频融合到传输过程中，利用信号传输中的不可避免的色散在远端天线单元处实现上变频，从而能很好满足上述要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题，并且提供一种对数据信号进行上变频的装置和方法以及一种光纤拉远通信系统。

根据本发明一方面，提供一种对数据信号进行上变频的装置，包括：激光光源，被配置为产生激光载波；调制模块，其包括时钟信号调制器和数据信号调制器，被配置为以第一正弦时钟信号和所述数据信号对所述激光载波进行调制来获得数据调制光波信号；色散型谐波增强器，被配置为从所述调制模块接收所述数据调制光波信号，对所述数据调制光波信号进行色散以获得携载所述数据信号的光脉冲；光电探测模块，被配置为通过对所述携载所述数据信号的光脉冲进行光电探测来获得电信号；带通滤波器，被配置为通过对所述电信号进行滤波来获得上变频数据信号。

根据本发明另一方面，提供一种对数据信号进行上变频的方法，包括：产生激光载波；以第一正弦时钟信号和所述数据信号对所述激光载波进行调制来获得数据调制光波信号；接收所述数据调制光波信号，对所述数据调制光波信号进行色散以获得携载所述数据信号的光脉冲；通过对所述携载所述数据信号的光脉冲进行光电探测来获得电信号；通过对所述电信号进行滤波来获得上变频数据信号。

根据本发明又一方面，提供一种光纤拉远通信系统，包括：上述对数据信号进行上变频的装置；光放大器，布置在所述调制模块与所述色散型谐波增强器之间，用于对所述数据调制光波信号进行放大；光耦合器，布置在所述色散型谐波增强器与所述光电探测模块之间；电放大器，布置在所述带通滤波器之后，用于对所述上变频数据电信号进行放大；环行器，与所述电放大器连接；天线，连接到所述环行器，用于发射放大的上变频数据信号。

附图说明

参照对应附图，从阅读通过非限定性示例所给出的本发明多个实施例的以下描述，本发明的其它特征和优点将变得更清楚，其中：

图1a至图1c为不同信号传输方式的光纤拉远结构原理框图，图1a为射频传输方式，图1b为中频传输方式，图1c为基带传输方式；

图2为现有技术的上变频原理框图，其中，采用双频差拍，虚线表示电信号，实线表示光信号；

图3为现有技术的上变频原理框图，其中，采用双光源外差方案，虚线表示电信号，实线表示光信号；

图4为现有技术的上变频原理框图，其中，采用单边带外调制器方案，虚线表示电信号，实线表示光信号；

图5a和图5b为根据本发明实施例的脉冲压缩方式的数据信号上变频装置的框图，图5c和图5d为根据本发明实施例的脉冲压缩方式的数据信号上变频方法的流程图，其中，采用一般结构，并且使用强度调制方式、不含切割脉冲，虚线表示电信号，实线表示光信号；

图6a和图6b为根据本发明实施例的脉冲压缩方式的数据信号上变频装置框图，图6c和图6d为根据本发明实施例的脉冲压缩方式的数据信号上变频方法的流程图，其中，采用强度调制方式、含切割脉冲，虚线表示电信号，实线表示光信号；

图7a为根据本发明实施例的脉冲压缩方式数据信号上变频装置框图，图7b为根据本发明实施例的脉冲压缩方式数据信号上变频方法的流程图，其中，采用正交复用，含切割脉冲，虚线表示电信号，实线表示光信号；

图8a为根据本发明实施例的脉冲压缩方式数据信号上变频装置框图，图8b为根据本发明实施例的脉冲压缩方式数据信号上变频方法流程图，其中，数据信号采用相位调制方式，不含切割脉冲，虚线表示电信号，实线表示光信号；

图9为根据本发明实施例的脉冲压缩方式上变频装置框图，其中，采用全双工结构，一般性结构，虚线表示电信号，实线表示光信号；

图10为根据本发明实施例的从脉冲激光载波中提取正弦载波和上行射频信号下变频装置框图，其中，虚线表示电信号，实线表示光信号；

图11-图19分别示出根据本发明实施例的数据信号上变频装置的性能图线；

图20是示出根据本发明的各个信号之间的时序图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

数据信号强度调制方式脉冲压缩的数据信号上变频装置51

图5a为根据本发明实施例的通过脉冲压缩方式实现数据信号上变频的数据信号上变频装置51的框图。

数据信号上变频装置51主要针对待发射数据信号以强度方式对激光载波进行调制的实现方式。如图5a所示，数据信号上变频装置51包括激光光源510、调制模块520、色散型谐波增强器530、光电探测器540和带通滤波器550。

激光光源510产生激光作为激光载波，其可以是连续光载波（又称作直流光、准连续光，表明其光强恒定不变）。

如图5a所示，调制模块520包括时钟信号调制器5201和数据信号调制器5203。

时钟信号调制器5201连接到激光光源510，接收其产生的光载波。时钟信号调制器5201以正弦时钟信号对从激光光源510发出的光载波进行调制（在此示出为例如相位调制），从而获得相位正弦调制光波信号，并且将该相位正弦调制光波信号发送到数据信号调制器5203。在此，正弦时钟信号不限于是单频信号，也可以是双频或多频信号，比如一组谐波信号。

数据信号调制器5203接收待发射的数据信号，以其来调制（在此示出为例如强度调制）从时钟信号调制器5201所发送的相位正弦调制光波信号，从而获得数据调制光波信号，并且将该数据调制光波信号发送到色散型谐波增强器530。在此，数据信号调制器5203是强度调制器。但应理解，数据信号调制器5203不限于此，其也可以是相位调制器。

色散型谐波增强器530连接到调制模块520，从调制模块520中的数据信号调制器5203处接收数据调制光波信号。当数据调制光波信号通过色散型谐波增强器530时，色散型谐波增强器530使得数据调制光波信号经历色散，从而生成窄光脉冲。色散型谐波增强器530可以包括例如任何传输光纤，但不限于此。在此，应理解，色散型谐波增强器530可以是能够对光波信号产生色散的任何装置。例如，为实现脉冲压缩所需的色散，也可以在发射端由中心站加适当的色散补偿单元或者在接收端远端天线单元处加适当的色散补偿单元提供，从而使得传输距离满足要求。

在此，可以根据传输光纤长度和指定的光载波频率来改变正弦时钟信号幅度，从而调整激光载波的相位调制系数。在此，相位调制系数定义为正弦时钟信号幅度峰峰值与相位调制器半波电压之比乘以pi。通常，所需的载波频率越高（固定正弦时钟信号频率条件下），则相位调制系数越大，而光纤传输距离较短。

可选地，数据信号上变频装置51还可以包括光放大器，布置在调制模块520与色散型谐波增强器530之间，对来自调制模块520的数据调制光波信号进行放大。在数据调制光波信号被该光放大器放大后，经过色散型谐波增强器530，受到色散之后传输到光电探测器540，如图5a所示。

色散型谐波增强器530中的光纤色散使得相位正弦调制光波信号中不同频率分量的群速度不同。例如，当色散型谐波增强器530为广泛使用的标准单模光纤时，此时的光纤色散是反常色散。

此时，正弦时钟信号的下降沿部分对应着相位正弦调制光波信号中的红移分量群速度慢于上升沿部分对应着相位正弦调制光波信号中的蓝移分量群速度。这使得两部分能量向中间点（即正弦时钟信号谷点对应的部分）汇聚，相位正弦调制光波信号形成一个个光脉冲，光脉冲最高点出现在正弦时钟信号最低点对应的地方。这些光脉冲进一步被压缩成为窄光脉冲，从而其各高次谐波分量得到增强。原先待发射数据信号的频谱在脉冲形成过程中仍保持不变。因此，为待发射的数据信号调制而得到的数据调制光波信号的频谱从低频搬移到了各高次谐频。

另一方面，色散型谐波增强器530中的光纤色散压缩形成的窄光脉冲相当于对于待发射的数据信号进行时间采样。当采样率高于奈奎斯特采样率时，待发射数据信号的频谱以该采样率为周期在频率轴上周期延拓，且各部分无交叠，从而待发射数据信号的信息被完整保留下来，而其频谱被搬移到以采样率各次谐波为中心的频率处。

光电探测器540连接到色散型谐波增强器530，从色散型谐波增强器530处接收其生成的光脉冲，通过光电探测而将其转换为电信号。在此，光电探测器540的带宽应覆盖所指定的载波频率范围。

带通滤波器550连接到光电探测器540，从光电探测器540处接收电信号，对其进行带通滤波，从而选出指定频率范围的带通信号。带通滤波器550的中心频率与指定的光脉冲重复频率的谐波频率一致，决定了上变频后的数据信号载波的频率。带通滤波器550的带宽决定了可用的数据信号带宽。在此，应理解，带通滤波器并非严格意义上的物理实体，其可以是具体的带通滤波器实体，也可以是具有通带特性的射频放大器或者是发射天线等。

可选地，数据信号上变频装置51还可以包括射频放大器，布置在带通滤波器550之后。带通滤波后的信号经过射频放大器提升功率后，再经过天线发射出去，为移动台所接收。

在此，应理解，包括强度调制和相位调制等的电光调制器的传递特性说明了实施方案中正弦时钟信号调制与待发射数据信号调制（在此示出为例如光载波强度调制）的次序是可以互换的。也就是说，时钟信号调制器5201和数据信号调制器5203的位置可以互换。虽然图5a给出的数据信号上变频装置51中正弦时钟信号调制（即光载波相位调制）位于前面，但将其置于待发射数据信号调制之后也同样可行，并同样构成本发明的内容，以下所有涉及到的信号调制顺序应做同样理解，除非特别指明。

数据信号强度调制方式脉冲压缩的数据信号上变频装置52

将参照图5b描述根据本发明另一实施例的通过脉冲压缩实现信号上变频的数据信号上变频装置52的框图。

图5b所示的数据信号上变频装置51主要针对待发射数据信号以强度方式对光载波进行调制的实现方式。如图5b所示，数据信号上变频装置52包括激光光源510、调制模块520、色散型谐波增强器530、光电探测器540和带通滤波器550。

图5b所示的数据信号上变频装置52与图5a所示的数据信号上变频装置51的差异仅在于数据信号上变频装置52中的调制模块520中的时钟信号调制器5201和数据信号调制器5203的位置。在此，数据信号调制器5203与激光光源510连接。而时钟信号调制器5201布置在数据信号调制器5203之后。

在图5b中，数据信号上变频装置52中的激光光源510、色散型谐波增强器530、光电探测器540和带通滤波器550与图5a所示的相同，在此不再赘述。

为了简明，现将仅描述与图5a的差异。

数据信号调制器5203连接到激光光源510，接收其产生的光载波。同时，数据信号调制器5203还接收待发射的数据信号，以其对从激光光源510发出的光载波进行调制（在此示出为例如强度调制），从而获得数据调制光波信号，并且将该数据调制光波信号发送到时钟信号调制器5201。在此，数据信号调制器5203是强度调制器。但应理解，数据信号调制器5203不限于此，其也可以是相位调制器。

时钟信号调制器5201从数据信号调制器5203接收数据调制光波信号，并且用正弦时钟信号来调制（在此示出为例如相位调制）该数据调制光波信号，从而获得相位正弦调制光波信号，并且将该相位正弦调制光波信号发送到色散型谐波增强器530。

色散型谐波增强器530连接到调制模块520，从调制模块520中的时钟信号调制器5201接收相位正弦调制光波信号。当相位正弦调制光波信号通过色散型谐波增强器530时，色散型谐波增强器530使得相位正弦调制光波信号经历色散，从而生成光脉冲。色散型谐波增强器530可以包括例如任何传输光纤，但不限于此。在此，应理解，色散型谐波增强器530可以是能够对光信号产生色散的任何装置。

数据信号强度调制方式脉冲压缩的数据信号上变频方法53

图5c为根据本发明实施例的通过脉冲压缩实现数据信号上变频的数据信号上变频方法53的流程图。

现将参照图5c来描述数据信号上变频方法53。

在步骤S510中，产生激光作为光载波，其可以是连续光载波（又称作直流光、准连续光，表明其光强恒定不变）。

在步骤S520中，以正弦时钟信号对所产生的光载波进行调制（在此示出为例如相位调制），从而获得相位正弦调制光波信号。

在步骤S530中，接收待发射的数据信号，以其来调制（在此示出为例如强度调制）相位正弦调制光波信号，从而获得数据调制光波信号。

在步骤S540中，接收数据调制光波信号，使得数据调制光波信号经历色散，从而生成光脉冲。

在步骤S550中，接收所生成的光脉冲，通过光电探测而将其转换为电信号。

在步骤S560中，接收电信号，对其进行带通滤波，从而选出指定频率范围的带通信号，获得上变频的数据信号。

可选地，数据信号上变频装置51还可以包括射频放大器，布置在带通滤波器550之后。带通滤波后的信号经过射频放大器提升功率后，再经过天线发射出去，为移动台所接收。

在此，应理解，包括强度调制和相位调制等的电光调制器的传递特性说明了实施方案中正弦时钟信号调制（在此示出为例如光载波相位调制）与待发射数据信号调制（在此示出为例如光载波强度调制）的次序是可以互换的，也就是说，获得相位正弦调制光波信号和数据调制光波信号的步骤的顺序可以互换。虽然图5c给出的数据信号上变频方法53中正弦时钟信号调制（即光载波相位调制）步骤位于前面，但将其置于待发射数据信号调制步骤之后也同样可行，并同样构成本发明的内容，以下所有涉及到的信号调制顺序应做同样理解，除非特别指明。

数据信号强度调制方式脉冲压缩的数据信号上变频方法54

图5d为根据本发明实施例的通过脉冲压缩实现数据信号上变频的数据信号上变频方法54的流程图。

现将参照图5d来描述数据信号上变频方法54。

图5d所示的数据信号上变频方法54与图5c所示的数据信号上变频方法53的差异仅在于数据信号上变频方法54中的获得相位正弦调制光波信号和数据调制光波信号的步骤的顺序。在此，在生成光载波之后获得数据调制光波信号。而时钟调制信号是在获得数据调制光波信号之后获得的。

在图5d中，步骤S510、S550和S560与图5c所示的相同，在此不再赘述。

为了简明，现将仅描述与图5c的差异。

在步骤S520’中，以数据信号对所产生的光载波进行调制（在此示出为例如相位调制），从而获得数据调制光波信号。

在步骤S530’中，接收正弦时钟信号，以其来调制（在此示出为例如强度调制）数据调制光波信号，从而获得相位正弦调制光波信号。

在步骤S540’中，接收相位正弦调制光波信号，使得相位正弦调制光波信号经历色散，从而生成光脉冲。

对光载波强度进行脉冲切割的强度调制方式脉冲压缩的数据信号上变频装置61

图6a为根据本发明实施例的脉冲压缩方式上变频装置61的框图。

与图5a类似，图6a所示的数据信号上变频装置61包括激光光源610、调制模块620、色散型谐波增强器630、光电探测器640和带通滤波器650。

在此，激光光源610、时钟信号调制器6201、数据信号调制器6203、色散型谐波增强器630、光电探测器640和带通滤波器650分别对应于图5a所示的激光光源510、时钟信号调制器5201、数据信号调制器5203、色散型谐波增强器530、光电探测器540和带通滤波器550，将不再对其赘述。

为了简明，现将仅描述与图5a的差异。

图6a所示的数据信号上变频装置61与图5a所示的数据信号上变频装置61的差异仅在于，在数据信号上变频装置62中，调制模块620还包括：脉冲切割调制器6205，布置在时钟信号调制器6201与数据信号调制器6203之间；移相器6207，连接到脉冲切割调制器6205。在此，脉冲切割调制器6205是强度调制器。

脉冲切割调制器6205对激光光源610所生成的光载波进行脉冲切割。移相器6207接收正弦时钟信号，对其进行移相，以获得适当移相的正弦信号。该适当移相的正弦信号驱动脉冲切割调制器6205，将脉冲切割调制器6205偏置在正交点。控制切割的正弦信号幅度等于脉冲切割调制器6205的半波电压，则原来激光器610发出来的强度恒定的光载波此时变为强度以脉冲方式变化的脉冲光载波。也就是说，脉冲切割调制器6205所生成的脉冲切割信号是脉冲光载波，而脉冲光载波中的每个光脉冲的相位因受时钟信号调制器6201调制呈现正弦变化方式。

数据信号调制器6203接收待发射的数据信号，以其来调制（在此示出为例如强度调制）从脉冲切割调制器6205所发送的脉冲切割光波信号，从而获得数据调制光波信号，并且将该数据调制光波信号发送到色散型谐波增强器630。在此，数据信号调制器6203是强度调制器。但应理解，数据信号调制器6203不限于此，其也可以是相位调制器。

当色散型谐波增强器630为反常色散光纤时，时钟信号调制器6201所生成的正弦调制信号（在此示出为例如相位调制信号）的最低点对应着脉冲切割调制器6205所生成的光脉冲中心最高点。以此光脉冲为载波，通过数据信号调制器6203将待发射数据信号调制到所述的脉冲光载波上，获得数据调制光波信号。在此，数据信号调制器6203是强度调制器。但应理解，数据信号调制器6203不限于此，其也可以是相位调制器。

可选地，数据信号上变频装置61还可以包括光放大器，布置在调制模块620与色散型谐波增强器630之间，对来自调制模块620的数据调制光波信号进行放大。在数据调制光波信号被该光放大器放大后，经过色散型谐波增强器630，受到色散之后传输到光电探测器640，如图6a所示。

色散型谐波增强器630的光纤色散使得光脉冲在时域被压缩成为窄脉冲，从而各高次谐波分量得到增强。原先待发射数据信号的频谱在脉冲压缩过程中仍保持不变，因此，数据调制光波信号频谱从低频搬移到了各高次谐频。

应理解，包括强度调制和相位调制等的电光调制器的传递特性说明了实施方案中光载波相位调制与待发射数据信号调制的次序是可以互换的。也就是说，数据信号调制器6203可以布置在时钟信号调制器6201之前。虽然图6a给出的数据信号上变频装置61中时钟信号调制器（即光载波相位调制器）位于前面，但将其置于待发射数据信号调制之后也同样可行，并同样构成本发明的内容，以下所有涉及到的信号调制顺序应做同样理解，除非特别指明。

与图5a所示的数据信号上变频装置51相比，图6a所示的数据信号上变频装置61所需的正弦相位调制幅度更小，且生成的光脉冲含有更小的直流分量，功率效率更高。

对光载波强度进行脉冲切割的强度调制方式脉冲压缩的数据信号上变频装置62

将参照图6b描述根据本发明另一实施例的通过脉冲压缩实现信号上变频的数据信号上变频装置62的框图。

如图6b所示，数据信号上变频装置62包括激光光源610、调制模块620、色散型谐波增强器630、光电探测器640和带通滤波器650。

图6b所示的数据信号上变频装置62与图6a所示的数据信号上变频装置61的差异仅在于数据信号上变频装置62中的调制模块620中数据信号调制器6203的位置在时钟信号调制器6201之前。在此，数据信号调制器6203与激光光源610连接。而时钟信号调制器6201布置在数据信号调制器6203之后。

在图6b中，数据信号上变频装置62中的激光光源610、色散型谐波增强器630、光电探测器640和带通滤波器650与图6a所示的相同，在此不再赘述。

为了简明，现将仅描述与图6a的差异。

数据信号调制器6203连接到激光光源610，接收其产生的光载波。同时，数据信号调制器6203还接收待发射的数据信号，以其对从激光光源610发出的光载波进行调制（在此示出为例如强度调制），从而获得数据调制光波信号，并且将该数据调制信号发送到时钟信号调制器6201。在此，数据信号调制器6203是强度调制器。但应理解，数据信号调制器6203不限于此，其也可以是相位调制器。

时钟信号调制器6201从数据信号调制器6203接收数据调制光波信号，并且用正弦时钟信号来调制（在此示出为例如相位调制）该数据调制光波信号，从而获得正弦调制光波信号，并且将该正弦调制光波信号发送到脉冲切割调制器6205（强度调制器）。在此，时钟信号调制器6201是相位调制器。

移相器6207连接到脉冲切割调制器6205。在此，脉冲切割调制器6205是强度调制器。

移相器6207接收正弦时钟信号，对其进行移相，以获得适当移相的正弦信号。该适当移相的正弦信号驱动脉冲切割调制器6205，将脉冲切割调制器6205偏置在正交点。控制移相的正弦信号幅度等于脉冲切割调制器6205的半波电压，则原来激光器610发出来的强度恒定的光载波此时变为强度以脉冲方式变化的脉冲光载波。移相器6207将所生成的光脉冲发送到色散型谐波增强器630。

对光载波强度进行脉冲切割的强度调制方式脉冲压缩的数据信号上变频方法63

图6c为根据本发明另一实施例的对光载波强度进行脉冲切割的强度调制方式通过脉冲压缩实现数据信号上变频的数据信号上变频方法63的流程图。

现将参照图6c来描述数据信号上变频方法63。

在图6c中，步骤S610、S620以及S640-S660分别与图5c所示的步骤S510、S520以及S540-S560相同，在此不再赘述。

为了简明，现将仅描述与图5c的差异。

在步骤S625中，接收正弦时钟信号，对其进行移相，以获得适当移相的正弦信号，并且以该适当移相的正弦信号调制相位正弦调制光波信号，以获得脉冲切割光波信号。

在步骤S630中，接收待发射的数据信号，以其来调制（在此示出为例如强度调制）脉冲切割光波信号，从而获得数据调制光波信号。

对光载波强度进行脉冲切割的强度调制方式脉冲压缩的数据信号上变频方法64

图6d为根据本发明另一实施例的对光载波强度进行脉冲切割的强度调制方式通过脉冲压缩实现数据信号上变频的数据信号上变频方法64的流程图。

现将参照图6d来描述数据信号上变频方法64。

在图6d中，步骤S610以及S640-S660分别与图6c所示的步骤S610以及S640-S660相同，在此不再赘述。

在步骤S620’中，接收所产生的光载波。同时，还接收待发射的数据信号，以其对光载波进行调制（在此示出为例如强度调制），从而获得数据调制光波信号

在步骤S630’中，接收数据调制光波信号，并且用正弦时钟信号来调制（在此示出为例如相位调制）该数据调制光波信号，从而获得正弦调制光波信号。

在步骤S635中，接收正弦时钟信号，对其进行移相，以获得适当移相的正弦信号，并且以该适当移相的正弦信号调制相位正弦调制光波信号，以获得脉冲切割的光波信号。

在步骤S640中，接收脉冲切割光波信号，使得脉冲切割光波信号经历色散，从而生成光脉冲。

正交复用数据信号上变频装置71

图7a示出根据本发明另一实施例的正交复用数据信号上变频装置71的框图。

与图6a类似，图7a所示的正交复用数据信号上变频装置71包括激光光源710、调制模块720、色散型谐波增强器730、光电探测器740和带通滤波器750。

在此，激光光源710、色散型谐波增强器730、光电探测器740和带通滤波器750以及调制模块720中的时钟信号调制器7201、脉冲切割调制器7205和移相器7207分别对应于图6a所示的激光光源610、色散型谐波增强器630、光电探测器640和带通滤波器650以及调制模块620中的时钟信号调制器6201、脉冲切割调制器6205和移相器6207，将不再对其赘述。

为了简明，现将仅描述与图6a的差异。

图7所示的正交复用数据信号上变频装置71与图6所示的脉冲压缩数据信号上变频装置61不同之处在于，在脉冲切割调制器7205（在此示出为例如强度调制器，但不限于此）之后布置正交复用数据信号调制器，其包括：光耦合器7209、光延时线7211、同相数据信号调制器7203-1、正交数据信号调制器7203-2以及偏振合波器7213。同相数据信号调制器7203-1和正交数据信号调制器7203-2在此示出为例如强度调制器，但不限于此，其也可以是相位调制器。

如图7所示，从脉冲切割调制器7205输出的脉冲切割光波信号进入光耦合器7209，通过光耦合器7209分为两路脉冲切割光波信号。这两路脉冲切割光波信号中的一路输入到光延时线7211，然后输入到同相数据信号调制器7203-1，而另一路直接输入到正交数据信号调制器7203-2。这两路脉冲切割光波信号中的每路由包括I路（同相）数据信号和Q路（正交）数据信号的待发射数据信号独立调制。其中一路脉冲切割光波信号经过可调谐光延时线7211引入一定的延时，经过同相数据信号调制器7203-1而受I路数据信号（即同相数据信号）所调制（在此例如是强度调制），获得同相数据调制信号。而另一路脉冲切割光波信号则直接经过正交数据信号调制器7203-2而受Q路数据信号（即正交数据信号）所调制（在此例如是强度调制），获得正交数据调制信号。然后，同相数据调制信号和正交数据调制信号经过偏振合波器7213合成一路数据调制信号。

可选地，图7所示的正交复用数据信号上变频装置71还可以包括光放大器，布置在偏振合波器7213之后，对来自偏振合波器7213的光信号进行放大。在调制信号被该光放大器放大后，经过色散型谐波增强器730，受到色散之后，得到光脉冲，然后传输到光电转换模块740，如图7所示。

光电探测器740对数据调制信号进行光电探测，获得电信号。之后，电信号被带通滤波器750滤波，选出指定频率范围的带通信号。

可选地，图7所示的正交复用数据信号上变频装置71还可以包括射频放大器，布置在带通滤波器750之后。带通滤波后的信号经过射频放大器提升功率后，再经过天线发射出去，为移动台所接收。

在根据本发明该实施例的正交复用数据信号上变频装置71中，两路调制光载波的相对延时τ与脉冲重复频率F_rep和发射射频载波频率f_c有关，可描述为以下公式（1）：

$\mathrm{\τ}=\frac{m}{f_c}\±\frac{1}{{4f}_c}=\frac{m}{n{F}_{\mathrm{rep}}}\±\frac{1}{4n{F}_{\mathrm{rep}}}=\frac{1}{n{f}_{\mathrm{rep}}}(m\±\frac{1}{4})---\left(1\right)$

其中n为谐波次数，即射频载波频率与脉冲重复频率的比值，m为不大于n/2的正整数。公式（1）表明满足两路信号在载波f_c处正交的相对延时有多个值，而为了达到较好的效果，通常取m最接近于n/2的那个值。

本领域技术人员应理解，虽然图7所示的正交复用数据信号上变频装置71是对同一光源产生的两载波进行偏振正交合波来实现正交复用的，但对于采用不同光源产生的两载波合波实现正交复用方案仍然属于本发明的实施例范畴，因其本质仍是通过两载波的延时和不相干合波得到正交复用信号。

同样，应理解，图7所示的正交复用数据信号上变频装置71中的调制模块720可根据需要采用图5a所示的数据信号上变频装置51中的调制模块520产生光载波，无需脉冲切割。也就是说，根据本发明实施例的正交复用数据信号上变频装置71可以不包括脉冲切割调制器脉冲切割调制器7205和移相器7207。为了简明，在此不再赘述。

而光纤延时线7211也可以放在正交数据调制支路，最终目的是让同相脉冲切割光波信号与正交脉冲切割光波信号有一定的延时差，具体通过延时同相脉冲切割光波信号与正交脉冲切割光波信号中的任何一路来实现，本质都是相同的，都属于本发明的内容。

正交复用数据信号上变频方法72

图7b为根据本发明另一实施例的通过脉冲压缩实现数据信号上变频的数据信号上变频方法72的流程图。

现参照图7b来描述正交复用数据信号上变频方法72。

在图7b中，步骤S710、S720以及S730-S760分别与图6c所示的步骤S610、S620以及S640-S660相同，在此不再赘述。

为了简明，现将仅描述与图6c的差异。

在步骤S730中，脉冲切割光波信号经通过光耦合而分为两路脉冲切割光波信号。

在步骤S732中，这两路脉冲切割光波信号中的一路经受延时，然后受I路数据信号（即同相数据信号）所调制（在此例如是强度调制），获得同相数据调制光波信号。

在步骤S734中，这两路脉冲切割光波信号中的另一路脉冲切割光波信号则直接受Q路数据信号（即正交数据信号）所调制（在此例如是强度调制），获得正交数据调制光波信号。

然后，在步骤S736中，同相数据调制信号和正交数据调制信号合成一路数据调制光波信号。

在此，应理解，仅为了说明而示出步骤S732在步骤S734之前。然而，步骤S732和步骤S734的顺序可以互换，同样构成本发明。

待发射数据信号对光载波进行相位调制的数据信号上变频装置81

图8a为根据本发明实施例的用待发射数据信号对脉冲光载波进行相位调制的数据信号上变频装置81的框图。

与图5a所示的数据信号上变频装置51相似，根据该实施例的数据信号上变频装置81包括激光光源810、调制模块820、色散型谐波增强器830、光电探测模块840和带通滤波器850。调制模块820包括时钟信号调制器8201和数据信号调制器8203。光电探测模块840包括平衡探测器8401和延时差分干涉仪8403。

在图8a中，数据信号上变频装置81中的激光光源810、调制模块820中的时钟信号调制器8201、色散型谐波增强器830和带通滤波器550与图5a所示的相同，在此不再赘述。

为了简明，现将仅描述与图5a的差异。

图8所示的根据本发明实施例的数据信号上变频装置81与图5所示的数据信号上变频装置51主要差别在于：在上变频装置51中，调制模块520中的数据信号调制器5203将待发射数据信号以强度方式调制到光载波上，也就是说，强度调制器5203工作于强度调制方式（偏置在正交点）。而在数据信号上变频装置81的调制模块810中，数据信号调制器8203采用相位调制器而不是强度调制器来将待发射数据信号以相位方式调制到光载波上。也就是说，强度调制器切换到工作于相位调制方式（偏置在零点，主要针对数字调制信号），或者替换为相位调制器（针对一般调制信号）。

此外，数据信号上变频装置81的光电探测模块840中采用包括延时差分干涉仪8401和平衡探测器8403的鉴相器，将相位调制信号变换为强度信号。延时差分干涉仪8403上下两臂的延时与正弦时钟信号的周期相等。具体工作方式为：相位调制器8201在正弦时钟信号驱动下对从激光器810发出的激光进行相位调制，得到相位正弦调制光波信号。待发射数据信号通过数据信号调制器8203以相位调制方式加载到所述相位正弦调制光波信号上。

可选地，数据信号上变频装置81可以还包括光放大器，布置在调制模块820与色散型谐波增强器830之间，对来自调制模块820的数据调制光波信号进行放大。数据调制光波信号经过该光放大器放大后通过色散型谐波增强器830抵达光电探测模块840处，在此，信号经过延时差分干涉仪8403转换为两路强度互补的脉冲光进入平衡探测器8401，平衡探测器8401输出双极性电窄脉冲信号，所述窄脉冲信号被带通滤波器850滤波。

可选地，数据信号上变频装置81还可以包括射频放大器，布置在带通滤波器850之后。带通滤波后的信号经过射频放大器放大后通过天线发射出去，为移动台所接收。

采用相位调制方式带来以下几个好处：因脉冲光载波强度未受调制，可在鉴相之前供上行传输信号进行强度调制使用，从而实现全双工；未受强度调制的脉冲光载波含有丰富的频率分量，可提取这些分量作载波为上行传输信号使用，避免远端天线单元采用独立本振产生载波，从而简化装置；强度调制探测后的信号为单极性信号，而经鉴相器鉴相、平衡探测器输出的强度信号为双极性信号，因此具有更高的功率效率和抗噪声性能。

另外，本发明中，不要求进入平衡探测器的两路光功率严格相等，且可根据需要人为引入两者的功率差异，其目的是控制平衡探测器输出信号中载波分量的强弱，当所述两路光功率严格相等时，载波分量最弱，随着功率差别加大，载波分量变强，极端情况是一路光功率为零，则退化成为图5所示的强度调制解调方式。保留一定强度的载波分量的目的是方便接收端，如移动台，接收信号时恢复载波。

应用所述鉴相器得到的强度信号是原始待发射数据信号的差分信号，因此，在接收端解调后需要通过积分或者累加操作来恢复原始待发射数据信号，或者在发射端对待发射数据信号进行积分或累加预操作以消除接收端处理。

需要说明的是，前述的对光载波进行脉冲切割以及正交复用方法同样适用于相位调制。

待发射数据信号对光载波进行相位调制的数据信号上变频装置82

图8b为根据本发明实施例的通过脉冲压缩实现数据信号上变频的数据信号上变频方法82的流程图。

现将参照图8b来描述数据信号上变频方法82。

在图8b中，步骤S810、S820和S860与图5c所示的步骤S510、S520和S560相同，在此不再赘述。

图8b所示的数据信号上变频方法82与图5c所示的数据信号上变频方法53的差异仅在于步骤S830-S855。

为了简明，现将仅描述与图5c的差异。

在步骤S830中，通过相位调制而不是强度调制来产生数据调制光波信号。

在步骤S850中，对光脉冲进行延时，获得延时光脉冲。

在步骤S855中，对延时光脉冲进行平衡探测，获得电信号。

基于脉冲压缩上变频方法实现的全双工光纤拉远通信装置

图9所示为根据本发明实施例的实现的全双工光纤拉远通信装置的框图。其中，从中心站到远端天线单元的下行链路采用图8a所示的相位调制方式，而从远端天线单元到中心站的上行链路采用图5a所示的对脉冲光载波强度调制方式。具体工作方式为：电光相位调制器901在正弦信号驱动下对从激光器902发出的激光进行相位调制，得到光载波，待发射数据信号通过电光相位调制器903以相位调制方式加载到所述光载波上。被调制的光载波经过光放大器904放大后通过传输光纤905抵达远端天线单元906处，在此处演化为窄脉冲形式的光载波，然后被一光耦合器914分为两束，其中一束光经过延时差分干涉仪912转换为两路强度互补的脉冲光，然后进入平衡探测器913，平衡探测器913输出双极性电窄脉冲信号，所述双极性电窄脉冲信号被带通滤波器908滤波、射频放大器909放大后通过环形器915和天线910发射出去，成为下行链路发射信号。光耦合器914分出来的另一束光被来自天线910接收和环形器915分离以及放大器916放大的上行链路信号以强度方式调制，电光强度调制器917实现上行信号对脉冲光载波的强度调制。所述上行信号经过传输光纤918达到中心站，为光电探测器919探测，低通滤波器920滤波和电放大器921放大后进行接收处理，实现了上行链路通信，从而，整个装置为全双工通信装置。

应当理解，所述全双工光纤拉远通信装置仍然适用于结合前述的光载波脉冲切割和正交复用方法，由此构成的模块仍然属于本发明的内容。

图10所示为从脉冲光载波中提取正弦载波对上行射频信号进行下变频的模块1000的框图。该方案可作为图9中上行信号调制中的一部分（位于910和907之间），降低上行信号载波频率，从而降低对器件的性能要求。图9的装置900中下行的光脉冲信号经耦合器输出的一路光脉冲信号直接经过光电探测器1001探测，得到含有射频载波频率分量的电脉冲信号，通过1002的载波恢复单元提取出正弦载波，该单元可以用锁相环来实现，稳定频率正好在脉冲重复频率的整数倍处。提取的正弦载波与天线接收放大后的射频信号在混频器1003处混频，混频输出经滤波器1004滤波后得到基带或中频信号，再通过光电调制器1005对光载波进行强度调制得到上行光信号。

上述实施例中采用了重复频率与数字信号符号率相同的压缩脉冲信号，但本领域技术人员应该理解，所述脉冲重复频率不必要求如此，只需大于待调制信号的奈奎斯特采样率即可，而且待调制信号不仅限于数字信号，也可以是一般模拟限带信号或带通信号。

对上行信号，图10采用基带信号（1004输出）调制为例，但对于射频信号亦可。

有益效果

图11a至图11g为对应于图5的根据本发明实施例的一般性结构的性能图线，其中，图11a是被数据调制的压缩前光强波形，图11b和图11c是压缩后光脉冲载波波形和光谱，图11d和图11e是被带通滤波器滤波用于发射信号的电功率谱和波形，图11f和图11g是接收解调信号波形和眼图；

图12a至图12g为对应于图6的根据本发明实施例的对光载波进行脉冲切割的性能图线，其中，图12a是被数据调制的压缩前光强波形，图12b和图12c是压缩后光脉冲载波波形和光谱，图12d和图12e是被带通滤波器滤波用于发射信号的电功率谱和波形，图12f和图12g是接收解调信号波形和眼图；

图13a至图13h为对应于图7的根据本发明实施例的I、Q数据正交复用的性能图线，其中，图13a是被数据调制的偏振合波前I/Q两支路光强波形，图13b和图13c是I/Q两支路压缩后光脉冲载波波形和光谱，图13d和图13e是被带通滤波器滤波用于发射信号的电功率谱和波形，图13f和图13g是接收解调后I路信号波形和眼图，图13h是接收解调后Q路信号眼图；

图14a至图14g为对应于图8的根据本发明实施例的信号对光载波进行相位调制的性能图线，其中，图14a是被数据调制的传输前光强波形，图14b是传输后光强波形，图14c和图14d是传输压缩后经过鉴相器鉴相和平衡探测器探测后的双极性脉冲波形和频谱，图14e和图14f是被带通滤波器滤波后用于发射信号的频谱和波形，图14g和图14h是接收解调波形和眼图；

图15a至图15c为对应于图9的根据本发明实施例的全双工结构的性能图线，其中，图15a是接收到的上行被数据调制后的光脉冲载波信号，图15b是被低通滤波后的基带信号，图15c是恢复的基带信号眼图；（下行信号如图10所示）；

图16a至图16g为对应于图5的根据本发明实施例的一般性结构的采用二倍于信号数字信号频率的时钟频率调制产生光脉冲的性能图线，其中，图16a是被数据调制的传输压缩前光强波形，图16b和图16c是传输压缩后光脉冲载波波形和光谱，图16d和图16e是被带通滤波器滤波后用于发射信号的电功率谱和波形，图16f和图16g是接收解调信号波形和眼图；

图17a至图17g为对应于图5的根据本发明实施例的一般性结构的的传输锯齿波的性能曲线，其中，图17a是待传输的锯齿波波形，图17b是传输前被锯齿波调制的光强波形，图17c和图17d是传输后光强波形和光谱，图17e和图17f是经带通滤波器滤波后用于发射信号的电功率谱和波形，图17g是接收解调恢复的锯齿波信号；

图18a至图18f为对应于图9的根据本发明实施例的全双工结构的上行信号为射频信号的性能曲线，其中，图18a是下行经传输压缩信号脉冲，图18b是上行的射频信号，图18c是被上行信号调制后的光脉冲信号，图18d是中心站接收到的上行光脉冲信号，图18e和图18f是对上行接收光脉冲进行低通滤波后的信号和眼图；

图19a至图19d为对应于图8的根据本发明实施例的信号对光载波进行相位调制的利用下行光信号直接光电探测提取射频载波的性能曲线，其中，图19a是下行光信号直接光电探测得到的脉冲波形，图19b是直接光电探测后电域频谱，图19c和图19d是带通滤波后射频载波频谱和波形。

图20为对应于图6a和6b的根据本发明实施例的对光载波进行脉冲切割的各种信号的时序关系，其中从上向下的第一个波形为正弦时钟信号，用于驱动6203脉冲切割调制器，第二个波形为脉冲切割调制器输出的正弦调制光波信号，第三个波形为经过数据调制器调制后输出的数据调制光波信号，第四个波形为经过色散型谐波增强器进行脉冲压缩后的数据调制光波信号。注意到，当采用的色散型谐波增强器为反常色散光纤时（即普通单模光纤），驱动时钟信号调制器的正弦时钟信号的最低点对准脉冲切割光波信号的最高点，如图所示，而当色散型谐波增强器为正常色散光纤（比如色散补偿光纤），则该正弦时钟信号的最高点对准所述脉冲切割光波信号的最高点，这样才能确保脉冲压缩。

本发明利用传输光纤色散压缩频率啁啾光脉冲，实现将待发射数据信号频谱搬移到脉冲重复频率的各次谐波处，从而实现信号上变频。它利用电光调制器将待发射的信号调制到激光器发出的激光光载波上，在此基础上，对所述激光光载波进行正弦信号相位调制引入频率啁啾，利用传输光纤的色散将正弦相位调制的连续激光光载波变换为短脉冲形式的激光光载波，由于短脉冲的频谱中含有大量的谐波分量，待发射数据信号对光脉冲的调制即完成信号频谱到短脉冲各次谐波为中心的频谱搬移，实现了信号的上变频，这样只需在发射天线处用带通滤波器将待发射的频带信号滤出来放大发射即可。

与传统光纤拉远结构相比，本发明的数据信号上变频装置和方法具有如下优势：

1）采用宽带电光调制器取代窄带的电混频器直接将待发射数据信号频谱搬移到载波频率处，而不像传统光纤拉远结构中，先通过电混频器将待发射数据信号变换到指定频率的载波上，然后再经过电光调制器转移到光载波上，宽带电光调制器具有很大的信号调制带宽，比如几个GHz到几十GHz，远大于电混频器带宽，另外，对以脉冲为载波的线性调制方式比电混频器基于非线性混频的调制方式具有更高的线性度和功率动态范围；

2）采用低频电振荡器作为本振对光载波进行相位调制实现上变频，变频后射频载波频率为所述本振频率的各次谐频，而不是像传统光纤拉远结构中那样采用高频振荡器作为本振，采用低频本振容易获得较高的信号质量，如低相位噪声、高功率输出，受光纤色散影响小，且成本低；

3）对光载波进行正弦相位调制，利用传输光纤色散将所述光载波变换为光脉冲实现上变频，在光载波变换到光脉冲这一过程中，高次谐频得到增强，而不像传统光纤拉远结构中光纤色散将导致载波功率衰落，恶化信号质量；

4）远端天线单元用带通滤波器从光电探测后的被信号调制的脉冲光载波中选出所需的频带信号进行发射，带通滤波器的频率响应决定了发射信号的频谱分布，以满足对无线信号频谱管制要求；

5）本方法所适用的待发射数据信号可以是任意类型的信号，不仅包括基带数字信号，还包括任意模拟信号，任意频带信号等，对待发射数据信号的唯一要求是信号为带宽受限信号，它与载波相位正弦调制信号频率满足奈奎斯特采样定理，特别地对于基带数字信号，当符号率与正弦信号频率同步时，正弦调制信号最低频率即为符号率。

本发明利用重复率相同的两路激光脉冲光载波承载不同的待发射数据信号，改变两路光脉冲的相对延时再叠加，可在占据相同的带宽条件下，实现两路信号的正交复用，接收端可独立接收所述两路信号而相互间无串扰，由于复用信号占用带宽不变而发射信息加倍使得频谱利用率提高。

此外，在本发明中，所述激光脉冲光载波用于光纤拉远结构中，不仅可以携载下行待发射数据信号，也可在远端天线单元为上行传输信号提供所需的射频载波，从而进一步简化装置结构，因为调制光脉冲的频谱中含有大量的高纯度的谐波分量，在远端天线单元提取这些谐波分量作为载波可携载上行传输数据，从而避免在远端天线使用专门的本振源，达到进一步简化远端天线单元的目的。

此外，在本发明中，所述激光脉冲光载波不仅可以强度调制方式承载待发射数据信号，还可以相位调制方式承载待发射数据信号，即待发射数据信号通过相位调制方式加载到所述的经过正弦相位调制的激光载波上，经过光纤传输后激光载波演化为窄激光脉冲，信息携带在激光脉冲的光学相位上而不是强度上，在远端天线单元通过鉴相器可将相位变化变换为强度变化，从而按照前述的方法和模块将待发射数据信号上变频通过天线发射出去，而未经过鉴相器处理的激光脉冲强度保持恒定，可作为前述的上行信号传输的载波使用，最终可实现上下行数据同时传输的全双工装置。

此外，在本发明中，为了得到更理想的压缩激光窄脉冲，除了对激光载波进行相位调制外，还可以进一步对所述激光载波进行强度调制得到脉冲切割方式的激光载波，由于脉冲切割后的激光载波相邻脉冲之间无能量交叠，可减小相邻脉冲之间的能量串扰，并减小激光载波中的直流分量，提高功率效率。

此外，在中心站发射端合理控制光载波相位调制深度和注入光纤的光载波功率，利用光脉冲较高的峰值功率引入传输光纤非线性，该非线性与光纤色散的共同作用使得光脉冲在一定距离范围内保持形状不变，从而使得光脉冲传输较远的距离，如达到100km以上，而途中无需光放大器补偿光功率损失，以进一步简化链路结构和降低装置成本。

Claims (15)

1.一种对数据信号进行上变频的装置，包括：

激光光源，被配置为产生激光载波；

调制模块，其包括时钟信号调制器和数据信号调制器，被配置为以第一正弦时钟信号和所述数据信号对所述激光载波进行调制来获得数据调制光波信号；

色散型谐波增强器，被配置为从所述调制模块接收所述数据调制光波信号，对所述数据调制光波信号进行色散以获得携载所述数据信号的光脉冲；

光电探测模块，被配置为通过对所述携载所述数据信号的光脉冲进行光电探测来获得电信号；

带通滤波器，被配置为通过对所述电信号进行滤波来获得上变频数据信号。

2.如权利要求1所述的装置，所述调制模块包括：

时钟信号调制器，被配置为以所述第一正弦时钟信号对所述激光载波进行相位调制；

数据信号调制器，被配置为以所述数据信号对所述激光载波进行相位调制和强度调制中的至少一种，

其中，所述数据信号是数字信号、模拟信号和射频信号中的至少一种，其中，所述第一正弦时钟信号是单频信号、双频以及多频信号中的至少一种，并且其中，所述第一正弦时钟信号的频率不低于所述数据信号的带宽。

3.如权利要求2所述的装置，所述调制模块还包括：

移相器，被配置为对第二正弦时钟信号进行移相，生成移相信号；

脉冲切割调制器，其为强度调制器，布置在所述时钟信号调制器之后，被配置为以所述移相信号对受所述第一正弦时钟信号所调制的激光载波进行调制来获得脉冲切割光波信号，

其中，所述第一正弦时钟信号和所述第二正弦时钟信号是同一正弦时钟信号或彼此同步但频率不同的正弦时钟信号。

4.如权利要求3所述的装置，其中，所述数据信号调制器是正交复用数据信号调制器，被配置为对包括彼此正交的同相数据信号和正交数据信号的正交复用数据信号进行调制，其包括：

光耦合器，被配置为将所述脉冲切割调制器所输出的脉冲切割光波划分为同相脉冲切割光波信号和正交脉冲切割光波信号；

光延时线，被配置为接收所述同相脉冲切割光波信号和所述正交脉冲切割光波信号中的至少一个，对其进行延时；

同相数据信号调制器，被配置为以所述同相数据信号对所述延时的同相脉冲切割光波信号或未延时的同相脉冲切割光波信号进行调制；

正交数据信号调制器，被配置为以所述正交数据信号对所述延时的正交脉冲切割光波信号或未延时的正交脉冲切割光波信号进行调制；

偏振合波器，被配置对已调制同相数据信号和已调制正交数据信号进行合波，以生成所述数据调制光波信号，

其中，所述光延时线所产生的延时与所述上变频数据信号的载波频率有关，以使得通过所述带通滤波器的信号是正交的，

其中，所述同相数据信号调制器和所述数据信号正交调制器是相位调制器和强度调制器中的至少一种。

5.如权利要求2所述的装置，其中，所述数据信号调制器是相位调制器，所述光电探测模块包括：

延时差分干涉仪，被配置为通过上下两臂对所述光脉冲进行延时干涉来获得两路强度互补的脉冲光信号，其中，所述上下两臂的延时与所述第一正弦时钟信号的周期相等；

平衡探测器，被配置为对所述两路强度互补的脉冲光信号进行平衡探测，将其变换为幅度变化的双极性脉冲电信号，以获得所述电信号，

其中，控制进入所述平衡探测器的所述两路脉冲光信号的功率的差异来调节所述平衡探测器所输出的信号中的载波分量的强弱，当所述两路脉冲光信号的功率严格相等时，获得最弱的载波分量，所述载波分量随着所述功率的差异增加而变强。

6.如权利要求1所述的装置，所述色散型谐波增强器还包括：色散补偿单元，用于进行色散补偿，以改变经过所述色散型谐波增强器的数据调制光波信号的色散，使其适合于变频。

7.如权利要求3所述的装置，其中，所述色散型谐波增强器为反常色散光纤或正常色散光纤，并且其中，所述第一正弦时钟信号与所述脉冲切割光波信号之间的定时关系取决于所述色散型谐波增强器的色散，当所述色散型谐波增强器为反常色散光纤时，所述第一正弦时钟信号的最低点对准所述脉冲切割光波信号的最高点，当所述色散型谐波增强器为正常色散光纤时，所述第一正弦信号的最高点对准所述脉冲切割光波信号的最高点。

8.一种对数据信号进行上变频的方法，包括：

产生激光载波；

以第一正弦时钟信号和所述数据信号对所述激光载波进行调制来获得数据调制光波信号；

接收所述数据调制光波信号，对所述数据调制光波信号进行色散以获得携载所述数据信号的光脉冲；

通过对所述携载所述数据信号的光脉冲进行光电探测来获得电信号；

通过对所述电信号进行滤波来获得上变频数据信号。

9.如权利要求8所述的方法，其中，获得数据调制光波信号的步骤包括：

以所述第一正弦时钟信号对所述激光载波进行相位调制；

以所述数据信号对所述激光载波进行相位调制和强度调制中的至少一种，

其中，所述数据信号是数字信号、模拟信号和射频信号中的至少一种，其中，所述第一正弦时钟信号是单频信号、双频以及多频信号中的至少一种，并且其中，所述第一正弦时钟信号的频率不低于所述数据信号的带宽。

10.如权利要求9所述的方法，获得数据调制光波信号的步骤还包括：

对第二正弦时钟信号进行移相，生成移相信号；

以所述移相信号对受所述第一正弦时钟信号所调制的激光载波进行强度调制来获得脉冲切割光波信号，

其中，所述第一正弦时钟信号和所述第二正弦时钟信号是同一正弦时钟信号或彼此同步但频率不同的正弦时钟信号。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述数据信号是包括彼此正交的同相数据信号和正交数据信号的正交复用数据信号，获得数据调制光波信号的步骤还包括：

将所述脉冲切割光波信号划分为同相脉冲切割光波信号和正交脉冲切割光波信号；

接收所述同相脉冲切割光波信号和所述正交脉冲切割光波信号中的至少一个，对其进行延时；

以所述同相数据信号对所述延时的同相脉冲切割光波信号或未延时的同相脉冲切割光波信号进行调制；

以所述正交数据信号对所述延时的正交脉冲切割光波信号或未延时的正交脉冲切割光波信号进行调制；

对已调制同相数据信号和已调制正交数据信号进行合波，以生成所述数据调制光波信号，

其中，所述延时与所述上变频数据信号的载波频率有关，以使得通过所述滤波所得的信号是正交的，

其中，所述同相数据信号和所述正交数据信号进行的调制是相位调制和强度调制中的至少一种。

12.如权利要求9所述的方法，其中，所述数据信号进行的调制是相位调制，所述光电探测步骤还包括：

对所述光脉冲进行延时干涉来获得两路强度互补的脉冲光信号，其中，所述延时与所述第一正弦时钟信号的周期相等；

对所述两路强度互补的脉冲光信号进行平衡探测，将其变换为幅度变化的双极性脉冲电信号，以获得所述电信号，

其中，控制经历所述平衡探测的所述两路脉冲光信号的功率的差异来调节所述平衡探测步骤所输出的信号中的载波分量的强弱，当所述两路脉冲光信号的功率严格相等时，获得最弱的载波分量，所述载波分量随着所述功率的差异增加而变强。

13.如权利要求8所述的方法，还包括：进行色散补偿，以改变所述数据调制光波信号的色散，使其适合于变频。

14.如权利要求10所述的方法，其中，所述色散为反常色散或正常色散，并且其中，所述第一正弦时钟信号与所述脉冲切割光波信号之间的定时关系取决于所述色散，当所述色散为反常色散时，所述第一正弦时钟信号的最低点对准所述脉冲切割光波信号的最高点，当所述色散为正常色散时，所述第一正弦信号的最高点对准所述脉冲切割光波信号的最高点。

15.一种光纤拉远通信系统，包括：

如权利要求1所述的装置；

光放大器，布置在所述调制模块与所述色散型谐波增强器之间，用于对所述数据调制光波信号进行放大；

光耦合器，布置在所述色散型谐波增强器与所述光电探测模块之间；

电放大器，布置在所述带通滤波器之后，用于对所述上变频数据电信号进行放大；

环行器，与所述电放大器连接；

天线，连接到所述环行器，用于发射放大的上变频数据信号。