CN104486026A - 一种多路微波相位稳定传输的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于微波射频领域，尤其是涉及一种多路微波相位稳定传输的方法及装置。本发明针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种多路微波相位稳定传输的方法及装置，通过采用波分复用器，利用双波长矢量方法来完成单路微波信号的稳相传输。如果波分复用器的路数为N(N为偶数)，那么就可以实现路微波信号的稳相传输。本方法通过第一波分复用器分离出光载波的第四微波调制光信号，通过反馈单元提取出第一功分器输出的另一路微波信号与第一波分复用器分离出光载波的第四微波调制光信号之间的相位误差信号；反馈单元将相位误差信号送入相位校正单元的调节端，对整个光纤传输链路进行相位补偿，使得微波输入信号与微波输出信号之间的信号稳相传输。

Description

一种多路微波相位稳定传输的方法及装置

技术领域

本发明属于微波射频领域，尤其是涉及一种多路微波相位稳定传输的方法及装置。

背景技术

在分布式的接收系统中，为了保证中心站和各个节点端的相位特性，需要将中心站的微波信号的相位稳定地传输至各个节点端。如图1所示为光纤稳定相位传输的工作原理图。假设输入微波信号的初始相位为，长距离光纤带来的相位扰动为，相位调整单元的相位改变为。相位检测单元通过对比和的差异，通过相位调整单元对进行调整。当满足时，节点处的微波信号相位，此时节点端相位和中心站的相位保持一致。

如图2所示，现有的技术中，稳相传输的光链路一般采用光环形器结合反射透射镜来完成。光环形器将中心站激光器发出的光发送到节点端，同时接收节点端反射透射镜的反射光。节点的反射光经过光环形器、中心站的探测器后，输出微波信号。中心站通过输入的微波信号以及节点端返回的微波信号来动态调整相位校正单元，进而完成微波信号的稳定相位传输。

传统方法的整个光纤链路采用单波长传输，中心站需要采用混频、滤波等复杂的相位检测方法，系统较复杂，扩展性不强，只适合单路微波信号的稳定相位传输。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术中存在的问题，本专利提供一种多路微波相位稳定传输的方法及装置，通过采用波分复用器，利用双波长矢量方法来完成单路微波信号的稳相传输。如果波分复用器的路数为N(N为偶数)，那么就可以实现路微波信号的稳相传输。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

      一种多路微波相位稳定传输方法包括：

    步骤1：所述一路微波输入信号通过第一功分器后，分为相位完全相同的微波信号，其中第一功分器输出的一路微波信号通过第一光调制单元调制在光载波上，成为第一微波调制光信号；所述第一微波调制光信号经过第一N路微波复用器后，通过单模光纤传输至相位校正单元，然后经由长距离单模光纤传输到节点端装置；

    步骤2：所述第一微波调制光信号进入节点端装置的第二N路波分复用器之后，经由第二N路波分复用器分离出波长为的第二微波调制光信号，第二微波调制光信号通过解调单元之后恢复出调制在光载波上的微波信号，微波信号通过第二功分器分为两路完全相同的微波信号，其中第二功分器输出的一路微波信号作为微波输出信号，即为中心站装置传输到节点端装置的信号；第二功分器输出的另一路微波信号则通过第二光调制单元调制在光载波上，成为第三微波调制光信号；然后第三微波调制光信号通过第二波分复用器以及长距离单模光纤原理返回中心站装置；第三微波调制光信号回到中心站装置后，经由相位校正单元通过单模光纤汇入第一波分复用器；

    步骤3：第三微波调制光信号通过第一波分复用器分离出光载波的第四微波调制光信号；通过反馈单元提取出第一功分器输出的另一路微波信号与第一波分复用器分离出光载波的第四微波调制光信号之间的相位误差信号；反馈单元将相位误差信号送入相位校正单元的调节端，对整个光纤传输链路进行相位补偿，使得微波输入信号与微波输出信号之间的信号稳相传输；

    步骤4：重复步骤1至3，完成N/2个微波输入信号到N/2个微波输出信号的稳相传输。

其中所述中心站装置包括N/2个微波输入信号调理模块、第一N路波分复用器、相位校正单元；节点端装置包括N/2个微波输出信号调理模块、第二N路波分复用器；每个微波输入信号调理模块的反馈单元分别与相位校正单元的调节端连接；

    所述微波输入信号调理模块包括第一功分器、第一光调制单元、反馈单元；所述微波输出信号调理模块包括第二功分器、解调单元以及第二光调制单元，N大于等于2；所述反馈单元使得微波输入信号与微波输出信号之间的相位稳定同步，达到中心站装置到节点端装置之间信号稳相传输。

进一步的，所述步骤3具体过程是：

      步骤31：所述第一波分复用器分离出光载波的第四微波调制光信号，第四微波调制光信号通过探测器恢复出微波信号；

  步骤32：探测器恢复出的微波信号与第一功分器输出的另一路微波信号在相位检测单元中进行相位对比，使得相位检测单元提取出长距离传输过程中所引入的相位误差信号；

  步骤33：相位检测单元将相位误差信号送入相位校正单元，实现对整个光纤传输链路进行相位补偿，使得微波输入信号与微波输出信号之间稳相传输；

  其中所述反馈单元包括相位检测单元以及探测器；

进一步的，所述相位检测单元包括宽带模拟鉴相器和滤波放大电路，相位检测单元工作具体过程是：探测器恢复出的微波信号与第一功分器输出的另一路微波信号分别输入到宽带模拟鉴相器的两个输入端，宽带模拟鉴相器根据这两个输入信号计算相位误差信号，宽带模拟鉴相器将计算后的行为误差信号输入到滤波放大电路进行滤波放大处理后，送入相位校正单元的调节端。其中所述第一功分器一输出端口与宽带模拟鉴相器一输入端连接，探测器输出端与宽带模拟鉴相器另一输入端连接；宽带模拟鉴相器输出端通过滤波放大电路与相位校正单元调节端连接。

进一步的，所述相位校正单元是可变光纤延迟线，滤波放大电路输出端与可变光纤延迟线调节端连接，可变光纤延迟线一双向端口与第一波分复用器合成端双向连接，可变光纤延迟线另一双向端口与长距离单模光纤一端双向通讯连接。

进一步的，一种多路微波相位稳定传输装置所述包括中心站装置、长距离单模光纤以及节点端装置，中心站装置通过长距离单模光纤与节点段装置之间双向通讯；所述中心站装置包括N/2个微波输入信号调理模块、第一N路波分复用器、相位校正单元；节点端装置包括N/2个微波输出信号调理模块、第二N路波分复用器；所述N/2个微波输入信号调理模块分别与第一N路波分复用器隔离端口对应连接；第二N路波分复用器隔离端分别对应于N/2个微波输出信号调理模块连接；第一波分复用器合成端通过单模光纤与相位校正单元的一双向端口连接，相位校正单元的另一双向端口通过长距离单模光纤与第二波分复用器合成端双向通讯连接；相位校正单元每个微波输入信号调理模块的反馈单元分别与相位校正单元的调节端连接；所述反馈单元使得微波输入信号与微波输出信号之间的相位稳定同步，达到中心站装置到节点端装置之间信号稳相传输；所述微波输入信号调理模块包括第一功分器、第一光调制单元、反馈单元；所述微波输出信号调理模块包括第二功分器、解调单元以及第二光调制单元。

进一步的，所述微波输入信号调理模块包括第一功分器、第一光调制单元、反馈单元；所述反馈单元包括相位检测单元以及探测器；所述微波输入信号通过第一功分器输入，第一功分器两个输出端分别与第一光调制单元输入端、相位检测单元一输入端连接；相位检测单元另一输入端与探测器输出端连接，相位检测单元输出端与相位校正单元调节端连接；第一光调制单元输出端与第一波分复用器第一隔离端连接，第一波分复用器第二隔离端与探测器输入端连接。

进一步的，所述微波输出信号调理模块包括第二功分器、解调单元以及第二光调制单元；所述第二功分器一输入端口输出微波输出信号；第二功分器另一输出端快与第二光调制单元输入端连接，第二光调制单元输出端与第二波分复用器第二隔离端连接；第二波分复用器第一隔离端口与解调单元输入端连接；解调单元输出端与第二功分器输入端连接。

进一步的，所述相位检测单元包括宽带模拟鉴相器和滤波放大电路，所述第一功分器一输出端口与宽带模拟鉴相器一输入端连接，探测器输出端与宽带模拟鉴相器另一输入端连接；宽带模拟鉴相器输出端通过滤波放大电路与相位校正单元调节端连接；

进一步的，所述相位校正单元是可变光纤延迟线，滤波放大电路输出端与可变光纤延迟线调节端连接，可变光纤延迟线一双向端口与第一波分复用器合成端双向连接，可变光纤延迟线另一双向端口与长距离单模光纤一端双向通讯连接。

本发明的有益效果：

1)        采用双波长矢量稳相传输方法，通过扩展波分复用器有N个隔离端后，可以完成N/2多个微波信号的稳定相位传输；

2)        稳定相位传输的特性好，可实现宽带微波信号的稳定相位传输；

3)        方案简洁，实施简单，可扩展性强，如果要实现中心站和节点端之间的多路微波信号的稳相传输，只需在中心站和节点端各自对微波信号输入调理模块以及对应的微波信号输出调理模块进行硬件复制扩展即可，无需对长距离传输路径中光纤的铺设进行施工，可扩展的通道数最高可达长距离单模光纤的最高通道数N。

附图说明

图1是稳定相位传输方法的原理图。

图2是现有技术中稳定相位传输装置框图。

图3是本专利结构框图。

图4是本专利的多路稳定相位传输装置框图。

图5是本专利实施例一的结构框图。

具体实施方式

下列非限制性实施例用于说明本发明。

本专利相关说明：

1.        第一光调制单元、第二光调制单元都是激光器，第一、第二光调制单元输入端为激光器输入端，第一、第二光调制单元输出端为激光器输出端，第一光调制单元、第二光调制单元作用是将需传输的微波信号调制到光载波上，以便利用光纤实现远距离传输。

相位校正单元的一双向端口指的是与第一波分复用器合成端连接的端口，相位校正单元另一双向端口指的是与长距离单模光纤连接的端口。相位校正单元是可变光纤延迟线时，可变光纤延迟线的调整端与相位检测单元输出端连接，通过调整端接收到的相位校正信号实现光纤长度的调整，可变光纤延迟线的另外两个端口分别与第一波分复用器合成端、长距离单模光纤一端连接。解调单元是探测器，解调单元的输入端是探测器的输入端口，解调单元输出端是探测器输出端，解调单元作用是将调制在光上的微波信号分离出来。

第一功分器、第二功分器都是一分二的功分器。

       N路波分复用器有N个隔离端，一个合成端，其中N个隔离端可对应分别输入或输出N个光波长的微波调制信号。

宽带模拟鉴相器是模拟鉴相器，作用是实现对两路微波信号相位误差的量化，用电压量化表示。

长距离单模光纤是单模光纤，其长度根据应用需求确定的。

、的范围需在石英光纤的两个低损耗区进行选取，包括1310nm窗口区和1550nm窗口区。

所述的多路稳定相位传输方法主要分为中心站部分、长距离单模光纤以及节点端三部分构成，具体框图如图3所示。中心站装置和节点端装置由长距离单模光纤连接起来，长距离单模光纤长度根据实际应用需求而定。

1.硬件部分

本装置包括中心站装置、长距离单模光纤以及节点端装置，中心站装置通过长距离单模光纤与节点段装置之间双向通讯；所述中心站装置包括N/2个微波输入信号调理模块、第一N路波分复用器、相位校正单元；节点端装置包括N/2个微波输出信号调理模块、第二N路波分复用器；所述N/2个微波输入信号调理模块分别与第一N路波分复用器隔离端口对应连接；第二N路波分复用器隔离端分别对应于N/2个微波输出信号调理模块连接；第一波分复用器合成端通过单模光纤与相位校正单元的一双向端口连接，相位校正单元的另一双向端口通过长距离单模光纤与第二波分复用器合成端双向通讯连接；相位校正单元每个微波输入信号调理模块的反馈单元分别与相位校正单元的调节端连接；所述反馈单元使得微波输入信号与微波输出信号之间的相位稳定同步，达到中心站装置到节点端装置之间信号稳相传输；

微波输入信号从第N/2个微波输入信号调理模块第一端口输入；第一个微波输入信号调理模块第二端口、第一个微波输入信号调理模块第三端口分别与第一波分复用器第一隔离端口、第一波分复用器第二隔离端口连接；第一波分复用器合成端通过单模管线与相位校正单元一双向端口连接；第一个微波输入信号调理模块第四端口与相位校正单元的调节端连接；相位校正单元另一双向端口通过长距离单模光纤与第二波分复用器合成端双向连接；第N/2个微波输入信号调理模块第二端口、第N/2个微波输入信号调理模块第三端口分别与第一波分复用器第（N-1）个隔离端口、第一波分复用器第N个隔离端口连接；第N/2个微波输入信号调理模块第四端口与相位校正单元的调节端连接；

微波输出信号从第N/2个微波输入信号调理模块第一端口输出；第一个微波输出信号调理模块第二端口、第一个微波输出信号调理模块第三端口分别与第二波分复用器第一隔离端口、第二波分复用器第二隔离端口连接；第N/2个微波输出信号调理模块第二端口、第N/2个微波输出信号调理模块第三端口分别与第一波分复用器第（N-1）个隔离端口、第一波分复用器第N个隔离端口连接。

所述微波输入信号调理模块包括第一功分器、第一光调制单元、反馈单元；所述反馈单元包括相位检测单元以及探测器；所述微波输入信号通过第一功分器输入，第一功分器两个输出端分别与第一光调制单元输入端、相位检测单元一输入端连接；相位检测单元另一输入端与探测器输出端连接，相位检测单元输出端与相位校正单元调节端连接；第一光调制单元输出端与第一波分复用器第一隔离端连接，第一波分复用器第二隔离端与探测器输入端连接；

  所述微波输出信号调理模块包括第二功分器、解调单元以及第二光调制单元；所述第二功分器一输入端口输出微波输出信号；第二功分器另一输出端快与第二光调制单元输入端连接，第二光调制单元输出端与第二波分复用器第二隔离端连接；第二波分复用器第一隔离端口与解调单元输入端连接；解调单元输出端与第二功分器输入端连接。

2.工作流程：

双波长矢量方法的含义为运用了和两种波长完成一路微波信号的稳相传输，本方法的工作流程参考图4所示如下：微波信号                                                输入在中节点通过功分器分为相位完全同步的两路和，通过激光器调制在光载波上，成为微波调制光信号，经过波分复用器后汇入单模光纤，之后通过相位校正单元后，经由长距离单模光纤传输到节点端；信号进入节点端的波分复用器之后，由分离出波长为的微波调制光信号，经过探测器之后恢复出调制在光载波上的微波信号,通过功分器分为相位完全同步的两路和,即为中心站需传输到节点端的信号，则送入激光器调制在光载波上，成为微波调制光信号,通过波分复用以及长距离单模光纤原路返回中心站，回到中心站后，经由相位校正单元汇入单模光纤，再通过波分复用器分离出光载波的微波调制光信号,通过探测器恢复出微波信号,和两路微波信号在相位检测单元中进行相位对比，提取出长距离传输过程中所引入的相位误差信号,送入相位校正单元对整个光纤传输链路进行相位补偿，系统稳定之后，即可实现和之间的相位稳定同步，达到了中心站到分节点端之间的信号稳相传输的目的。

基于本技术方法，采用双波长实现了长距离的单路微波信号的稳定相位传输，达到了良好的稳相传输结果。具体实施实例如图5所示：微波信号输入采用Agilent公司的多功能微波信号源8267D来代替；激光器采用EMOCRE公司的微波调制带宽为22GHz的电光调制器，将微波信号调制到光载波上，中心站激光器的光载波波长，节点端的激光器光载波波长为；探测器采用了EM4公司的带宽为20GHz的光电二极管。波分复用器采用的是WTD公司的八通道波分复用器；长距离单模光纤采用的是烽火通信公司的生产的G.652单模光纤，其总长度为2km。

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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多路微波相位稳定传输方法，其特征在于包括：

步骤1：所述一路微波输入信号通过第一功分器后，分为相位完全相同的微波信号，其中第一功分器输出的一路微波信号通过第一光调制单元调制在光载波上，成为第一微波调制光信号；所述第一微波调制光信号经过第一N路微波复用器后，通过单模光纤传输至相位校正单元，然后经由长距离单模光纤传输到节点端装置；

步骤2：所述第一微波调制光信号进入节点端装置的第二N路波分复用器之后，经由第二N路波分复用器分离出波长为的第二微波调制光信号，第二微波调制光信号通过解调单元之后恢复出调制在光载波上的微波信号，微波信号通过第二功分器分为两路完全相同的微波信号，其中第二功分器输出的一路微波信号作为微波输出信号，即为中心站装置传输到节点端装置的信号；第二功分器输出的另一路微波信号则通过第二光调制单元调制在光载波上，成为第三微波调制光信号；然后第三微波调制光信号通过第二波分复用器以及长距离单模光纤原理返回中心站装置；第三微波调制光信号回到中心站装置后，经由相位校正单元通过单模光纤汇入第一波分复用器；

步骤3：第三微波调制光信号通过第一波分复用器分离出光载波的第四微波调制光信号；通过反馈单元提取出第一功分器输出的另一路微波信号与第一波分复用器分离出光载波的第四微波调制光信号之间的相位误差信号；反馈单元将相位误差信号送入相位校正单元的调节端，对整个光纤传输链路进行相位补偿，使得微波输入信号与微波输出信号之间的信号稳相传输；

步骤4：重复步骤1至3，完成N/2个微波输入信号到N/2个微波输出信号的稳相传输；

其中所述中心站装置包括N/2个微波输入信号调理模块、第一N路波分复用器、相位校正单元；节点端装置包括N/2个微波输出信号调理模块、第二N路波分复用器；每个微波输入信号调理模块的反馈单元分别与相位校正单元的调节端连接；

所述微波输入信号调理模块包括第一功分器、第一光调制单元、反馈单元；所述微波输出信号调理模块包括第二功分器、解调单元以及第二光调制单元，N大于等于2；所述反馈单元使得微波输入信号与微波输出信号之间的相位稳定同步，达到中心站装置到节点端装置之间信号稳相传输。

2.根据权利要求1所述的一种多路微波相位稳定传输方法，其特征在于所述步骤3具体过程是：

步骤31：所述第一波分复用器分离出光载波的第四微波调制光信号，第四微波调制光信号通过探测器恢复出微波信号；

步骤32：探测器恢复出的微波信号与第一功分器输出的另一路微波信号在相位检测单元中进行相位对比，使得相位检测单元提取出长距离传输过程中所引入的相位误差信号；

步骤33：相位检测单元将相位误差信号送入相位校正单元，实现对整个光纤传输链路进行相位补偿，使得微波输入信号与微波输出信号之间稳相传输；

其中所述反馈单元包括相位检测单元以及探测器。

3.根据权利要求2所述的一种多路微波相位稳定传输方法，其特征在于所述相位检测单元包括宽带模拟鉴相器和滤波放大电路，相位检测单元工作具体过程是：探测器恢复出的微波信号与第一功分器输出的另一路微波信号分别输入到宽带模拟鉴相器的两个输入端，宽带模拟鉴相器根据这两个输入信号计算相位误差信号，宽带模拟鉴相器将计算后的行为误差信号输入到滤波放大电路进行滤波放大处理后，送入相位校正单元的调节端；其中所述第一功分器一输出端口与宽带模拟鉴相器一输入端连接，探测器输出端与宽带模拟鉴相器另一输入端连接；宽带模拟鉴相器输出端通过滤波放大电路与相位校正单元调节端连接。

4.根据权利要求3所述的一种多路微波相位稳定传输方法，其特征在于所述相位校正单元是可变光纤延迟线，滤波放大电路输出端与可变光纤延迟线调节端连接，可变光纤延迟线一双向端口与第一波分复用器合成端双向连接，可变光纤延迟线另一双向端口与长距离单模光纤一端双向通讯连接。

5.采用权利要求1所述多路微波相位稳定传输方法的一种多路微波相位稳定传输装置，其特征在于所述包括中心站装置、长距离单模光纤以及节点端装置，中心站装置通过长距离单模光纤与节点段装置之间双向通讯；所述中心站装置包括N/2个微波输入信号调理模块、第一N路波分复用器、相位校正单元；节点端装置包括N/2个微波输出信号调理模块、第二N路波分复用器；所述N/2个微波输入信号调理模块分别与第一N路波分复用器隔离端口对应连接；第二N路波分复用器隔离端分别对应于N/2个微波输出信号调理模块连接；第一波分复用器合成端通过单模光纤与相位校正单元的一双向端口连接，相位校正单元的另一双向端口通过长距离单模光纤与第二波分复用器合成端双向通讯连接；相位校正单元每个微波输入信号调理模块的反馈单元分别与相位校正单元的调节端连接；所述反馈单元使得微波输入信号与微波输出信号之间的相位稳定同步，达到中心站装置到节点端装置之间信号稳相传输；所述微波输入信号调理模块包括第一功分器、第一光调制单元、反馈单元；所述微波输出信号调理模块包括第二功分器、解调单元以及第二光调制单元。

6.根据权利要求5所述的一种多路微波相位稳定传输装置，其特征在于所述微波输入信号调理模块包括第一功分器、第一光调制单元、反馈单元；所述反馈单元包括相位检测单元以及探测器；所述微波输入信号通过第一功分器输入，第一功分器两个输出端分别与第一光调制单元输入端、相位检测单元一输入端连接；相位检测单元另一输入端与探测器输出端连接，相位检测单元输出端与相位校正单元调节端连接；第一光调制单元输出端与第一波分复用器第一隔离端连接，第一波分复用器第二隔离端与探测器输入端连接。

7.根据权利要求5所述的一种多路微波相位稳定传输装置，其特征在于所述微波输出信号调理模块包括第二功分器、解调单元以及第二光调制单元；所述第二功分器一输入端口输出微波输出信号；第二功分器另一输出端快与第二光调制单元输入端连接，第二光调制单元输出端与第二波分复用器第二隔离端连接；第二波分复用器第一隔离端口与解调单元输入端连接；解调单元输出端与第二功分器输入端连接。

8.根据权利要求6所述的一种多路微波相位稳定传输装置，其特征在于所述相位检测单元包括宽带模拟鉴相器和滤波放大电路，所述第一功分器一输出端口与宽带模拟鉴相器一输入端连接，探测器输出端与宽带模拟鉴相器另一输入端连接；宽带模拟鉴相器输出端通过滤波放大电路与相位校正单元调节端连接。

9.根据权利要求5所述的一种多路微波相位稳定传输装置，其特征在于所述相位校正单元是可变光纤延迟线，滤波放大电路输出端与可变光纤延迟线调节端连接，可变光纤延迟线一双向端口与第一波分复用器合成端双向连接，可变光纤延迟线另一双向端口与长距离单模光纤一端双向通讯连接。