CN105450306B - 毫米波的生成方法及rof系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种毫米波的生成方法及ROF系统，该系统包括：中心站和基站；其中，中心站包括：第一激光器、第二激光器、第一耦合器、与第一耦合器连接的第一调制器，与第一调制器连接的射频信号源和第一滤波器，与第一滤波器连接的第一光电探测器和第二耦合器，与第一光电探测器连接的隔直流器，分别与隔直流器和第二耦合器连接的第二调制器和第三调制器，分别与第二调制器和第三调制器连接的第三耦合器，与第三耦合器连接的第二滤波器，与第二滤波器连接的第三滤波器，与第三滤波器连接的光纤放大器，基站包括：第二光电探测器。本发明提供的毫米波的生成方法及ROF系统，降低了基站的复杂度，生成的毫米波具有较高的纯净度和极低的误码率。

Description

毫米波的生成方法及ROF系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种毫米波的生成方法及ROF系统。
背景技术
无线通信和宽带通信是通信业未来的发展方向，光载射频(radio over fiber，简称ROF)技术利用光纤和高频无线电波各自的优点，实现大容量、低成本的射频信号光纤传输和超宽带无线接入，解决了高频率毫米波信号由于光纤损耗和色散的原因无法实现长距离通信的难题，对未来通信领域有着突破性的意义。
在ROF技术中毫米波的产生方法是该技术的重点。目前在ROF技术中毫米波的产生方法有多种，主要包括：直接调制技术、光外差技术、光学倍频技术、外调制技术等。但是上述方法都有各自独立的应用场景，都存在着成本高、基站系统复杂的缺点。
发明内容
本发明提供一种毫米波的生成方法及ROF系统，用以解决现有技术中毫米波得生成成本高，基站系统复杂的问题。
本发明第一方面提供一种ROF系统，该系统包括：
中心站和与所述中心站连接的基站；其中，
所述中心站包括：
第一激光器、第二激光器、与所述第一激光器和所述第二激光器连接的第一耦合器，与所述第一耦合器连接的第一调制器，与所述第一调制器连接的射频信号源和第一滤波器，与所述第一滤波器连接的第一光电探测器和第二耦合器，与所述第一光电探测器连接的隔直流器，分别与所述隔直流器和所述第二耦合器连接的第二调制器和第三调制器，分别与所述第二调制器和所述第三调制器连接的第三耦合器，与所述第三耦合器连接的第二滤波器，与所述第二滤波器连接的第三滤波器，与所述第三滤波器连接的光纤放大器；
所述基站包括：第二光电探测器；
所述第二光电探测器与所述光纤放大器连接。
本发明第二方面提供一种毫米波的生成方法，该方法包括：
触发第一耦合器接收第一激光器输出第一光信号和第二激光器输出的第二光信号，并对所述第一光信号和所述第二光信号进行耦合处理生成第三光信号；
触发射频信号源驱动第一调制器对所述第三光信号进行光载波抑制调制，生成第四光信号，其中，所述射频信号源输出的驱动信号频率为fs；
触发第一滤波器对所述第四光信号进行滤波处理，生成第一路光信号和第二路光信号；
触发第二耦合器对所述第二路光信号进行耦合处理，并将所述耦合处理后生成的光信号发送给第二调制器和第三调制器；
触发第一光电探测器对所述第一路光信号进行光电转换处理，并将所述光电转换处理后生成的第一电信号输入隔直流器；
触发所述隔直流器驱动所述第二调制器和所述第三调制器对所述第二耦合器输出的光信号进行调制处理，并将调制处理后生成的光信号输入第三耦合器；
触发第三耦合器对所述第二调制器和所述第三调制器输出的光信号进行耦合处理；
触发第二滤波器和第三滤波器，对所述第三耦合器输出的光信号进行滤波处理，生成第五光信号，所述第五光信号包含两个频率间隔为4fs的频率分量；
触发光电放大器将所述第五光信号发送给位于基站中的第二光电探测器。
本发明提供的毫米波的生成方法及ROF系统，通过第一耦合器对第一激光器和第二激光器输出的信号进行耦合处理，通过第一调制器对第一耦合器输出的光信号进行光载波抑制调制处理，再通过第一滤波器对第一调制器输出的光信号进行滤波处理，生成第一路光信号和第二路光信号，并通过第一光电探测器对第一路光信号进行光电转换处理，将生成的第一电信号通过隔直流器分别输入第二调制器和第三调制器，驱动第二调制器和第三调制器对第二路光信号进行调制，并将调制后的光信号输入第三耦合器进行耦合处理，通过第二滤波器和第三滤波器对第三耦合器输出的光信号进行滤波，生成毫米波，并通过光纤放大器将生成的毫米波发送给基站中的第二光电探测器，降低了基站的复杂度，生成的毫米波具有较高的纯净度和极低的误码率。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的ROF系统的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的毫米波生成方法的流程示意图。
附图标记：
1-中心站； 2-单模光纤； 3-基站；
1-1-第一激光器； 1-2-第二激光器； 1-3-第一耦合器；
1-4-第一调制器； 1-5-射频信号源； 1-6-第一滤波器；
1-7-第一光电探测器； 1-8-第二耦合器； 1-9-隔直流器；
1-10-第二调制器； 1-11-第三调制器； 1-12-第三耦合器；
1-13-第二滤波器； 1-14-第三滤波器； 1-15-光纤放大器；
1-16-π相移器； 1-17-π/2相移器； 1-18--π/2相移器；
1-19-偏置电压源； 1-20-偏置电压源； 1-21-偏置电压源；
1-22-偏置电压源； 3-1-第二光电探测器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明一实施例提供的ROF系统的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的ROF系统包括：
中心站1和与所述中心站1连接的基站3；其中，
所述中心站1包括：
第一激光器1-1、第二激光器1-2、与所述第一激光器1-1和所述第二激光器1-2连接的第一耦合器1-3，与所述第一耦合器1-3连接的第一调制器1-4，与所述第一调制器1-4连接的射频信号源1-5和第一滤波器1-6，与所述第一滤波器1-6连接的第一光电探测器1-7和第二耦合器1-8，与所述第一光电探测器1-7连接的隔直流器1-9，分别与所述隔直流器1-9和所述第二耦合器1-8连接的第二调制器1-10和第三调制器1-11，分别与所述第二调制器1-10和所述第三调制器1-11连接的第三耦合器1-12，与所述第三耦合器1-12连接的第二滤波器1-13，与所述第二滤波器1-13连接的第三滤波器1-14，与所述第三滤波器1-14连接的光纤放大器1-15；
所述基站3包括：第二光电探测器3-1；
所述第二光电探测器3-1与所述光纤放大器1-15连接。
其中，第一调制器1-4、第二调制器1-10、第一调制器1-11优选的可以为双臂马赫曾德尔调制器；第一耦合器1-3、第二耦合器1-8、第三耦合器1-12优选的可以为3dB耦合器；第一滤波器1-6、第二滤波器1-13、第三滤波器1-14优选的可以为光交织滤波器。
进一步的，本实施例提供的ROF系统还包括π相移器1-16、π/2相移器1-17和-π/21-18相移器。射频信号源1-5包括第一输出端和第二输出端，其中，第一输出端与第一调制器1-4的一射频电极连接，第二输出端与π相移器1-16连接，再通过π相移器1-16与第一调制器1-4的另一射频电极连接。隔直流器1-9包括第三输出端、第四输出端、第五输出端和第六输出端，并通过第三输出端和第四输出端与第二调制器1-10连接，通过第五输出端和第六输出端与第三调制器1-11连接。其中，第三输出通过π/2相移器1-17与第二调制器1-10的一射频电极连接，所述第四输出端与所述第二调制器1-10的另一射频电极连接，第五输出端通过-π/21-18相移器与第三调制器1-11的一射频电极连接，第六输出端与第三调制器1-11的另一射频电极连接。
进一步的，本实施提供的ROF系统还包括偏置电压源1-19、偏置电压源1-20、偏置电压源1-21和偏置电压源1-22。其中，偏置电压源1-19和偏置电压源1-20分别与第一调制器1-4连接，使得第一调制器1-4的相位差为π。偏置电压源1-21和偏置电压源1-22同时与第二调制器1-10和第三调制器1-11连接，使得第二调制器1-10的相位差为π/2，第三调制器1-11的相位差为-π/2。
再进一步的，本实施例中优选通过单模光纤将基站2中的第二光电探测器3-1与中心站1中的光纤放大器1-15连接。
本实施例提供的ROF系统，通过将第一激光器和第二激光器与第一耦合器连接，射频信号源与第一调制器连接，第一调制器与第一耦合器连接和第一滤波器连接，再分别将第一光电探测器、第二耦合器与第一滤波器连接，隔直流器与第一光电探测器连接，再将并联连接的第二调制器和第三调制器分别与第二耦合器和隔直流器连接，将第二调制器和第三调制器依次与第二滤波器、第三滤波器连接，再将第三滤波器通过光纤放大器和单模光纤与基站连接，从而使得生成的毫米波具有较高的纯净度和极低的误码率，并且降低了基站的复杂程度。
图2为本发明一实施例提供的毫米波生成方法的流程示意图，如图2所示，本实施例提供的毫米波的生成方法包括以下步骤：
步骤101、触发第一耦合器接收第一激光器输出第一光信号和第二激光器输出的第二光信号，并对所述第一光信号和所述第二光信号进行耦合处理生成第三光信号；
具体的，本实施例中可以将第一耦合器优选为3dB耦合器，假设第一激光器输出的第一光信号的频率为f1，第二激光器输出的第二光信号的频率为f2，则通过3dB耦合器接收第一光信号和第二光信号，将第一光信号和第二光信号合成一路光信号，即第三光信号。
步骤102、触发射频信号源驱动第一调制器对所述第三光信号进行光载波抑制调制，生成第四光信号，其中，所述射频信号源输出的驱动信号频率为fs；
具体的，本实施例中第一调制器可以优选为双臂马赫曾德尔调制器，假设射频信号源生成的驱动信号的频率为fs，则该驱动信号通过该射频信号源的第一输出端输入第一调制器的一射频电极，并通过该射频信号源的第二输出端输入π相移器，使得π相移器对该驱动信号进行相位调制，生成与原驱动信号相位差为π的光信号，并将该光信号输入第一调制器的另一射频电极，使得第一调制器对第三光信号进行光载波抑制调制处理，生成第四光信号，其中，该第四光信号包含四个频率分量，频率分别为f1-fs、f2-fs、f1+fs、f2+fs。
步骤103、触发第一滤波器对所述第四光信号进行滤波处理，生成第一路光信号和第二路光信号；
具体的，本实施例中第一滤波器可以优选为光交织滤波器，第一滤波器在接收到第四光信号后，对该第四光信号进行滤波处理，生成四个频率分别为f1-fs、f2-fs、f1+fs、f2+fs的光信号，并将频率为f2-fs和f1+fs的两个光信号作为第一路光信号输入第一光电探测器，将频率为f1-fs和f2+fs的两个光信号作为第二路光信号输入第二耦合器，其中，第二耦合器在本实施例中优选为3dB耦合器。
步骤104、触发第二耦合器对所述第二路光信号进行耦合处理，并将所述耦合处理后生成的光信号发送给第二调制器和第三调制器；
具体的，本实施例中，将第二调制器和第三调制器优选为双臂马赫曾德尔调制器。第二耦合器将频率为f1-fs和f2+fs的两个光信号进行耦合处理后，将形成的光信号发送给分别与其连接的第二调制器和第三调制器，其中，第二调制器与第三调制器并联连接。
步骤105、触发第一光电探测器对所述第一路光信号进行光电转换处理，并将所述光电转换处理后生成的第一电信号输入隔直流器；
步骤106、触发所述隔直流器驱动所述第二调制器和所述第三调制器对所述第二耦合器输出的光信号进行调制处理，并将调制处理后生成的光信号输入第三耦合器；
具体的，隔直流器包括第三输出端、第四输出端、第五输出端、第六输出端。隔直流器在接收到第一光电探测器输入的第一电信号后，将该第一电信号通过第三输出端输入π/2相移器，使得π/2相移器对该电信号进行π/2的相移处理后生成第二电信号，并将生成的电信号输入第二调制器的一射频电极；通过第四输出端将第一电信号输入第二调制器的另一射频电极。并通过第五输出端将第一电信号输入-π/2相移器，使得-π/2相移器对该电信号进行-π/2的相移处理，生成第三电信号，并将生成的电信号输入第三调制器的一射频电极，通过第六输入端将第一电信号输入第三调制器的另一射频电极。
第二调制器和第三调制器在电信号的驱动下对第二耦合器出入的光信号进行调制处理，将调制处理后生成的光信号输入第三耦合器。其中，本实施例中，将第三耦合器优选为3dB耦合器。
步骤107、触发第三耦合器对所述第二调制器和所述第三调制器输出的光信号进行耦合处理；
步骤108、触发第二滤波器和第三滤波器，对所述第三耦合器输出的光信号进行滤波处理，生成第五光信号，所述第五光信号包含两个频率间隔为4fs的频率分量；
具体的，本实施例中优选将第二滤波器和第三滤波器设置为光交织滤波器。通过第二滤波器和第三滤波器依次对第三耦合器输出的光信号进行滤波处理，最终获得包含两个频率间隔为4fs的频率分量的第五光信号，即目的获得的毫米波信号。
步骤109、触发光纤放大器将所述第五光信号发送给位于基站中的第二光电探测器。
具体的，通过光纤放大器对所述第五光信号进行放大处理，并将经过所述放大处理后的第五光信号通过单模光纤发送给所述第二光电探测器。
这里需要说明的是，上述方法中涉及到的调制原理以及滤波原理的部分与现有的调制原理和滤波原理类似，在这里不再赘述。
本实施例提供的毫米波的生成方法，通过第一耦合器对第一激光器和第二激光器输出的信号进行耦合处理，通过第一调制器对第一耦合器输出的光信号进行光载波抑制调制处理，再通过第一滤波器对第一调制器输出的光信号进行滤波处理，生成第一路光信号和第二路光信号，并通过第一光电探测器对第一路光信号进行光电转换处理，将生成的第一电信号通过隔直流器分别输入第二调制器和第三调制器，驱动第二调制器和第三调制器对第二路光信号进行调制，并将调制后的光信号输入第三耦合器进行耦合处理，通过第二滤波器和第三滤波器对第三耦合器输出的光信号进行滤波，生成毫米波，并通过光纤放大器将生成的毫米波发送给基站中的第二光电探测器，降低了基站的复杂度，生成的毫米波具有较高的纯净度和极低的误码率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种ROF系统，其特征在于，包括：
中心站和与所述中心站连接的基站；其中，
所述中心站包括：
第一激光器、第二激光器、与所述第一激光器和所述第二激光器连接的第一耦合器，与所述第一耦合器连接的第一调制器，与所述第一调制器连接的射频信号源和第一滤波器，与所述第一滤波器连接的第一光电探测器和第二耦合器，与所述第一光电探测器连接的隔直流器，分别与所述隔直流器和所述第二耦合器连接的第二调制器和第三调制器，分别与所述第二调制器和所述第三调制器连接的第三耦合器，与所述第三耦合器连接的第二滤波器，与所述第二滤波器连接的第三滤波器，与所述第三滤波器连接的光纤放大器；
所述基站包括：第二光电探测器；
所述第二光电探测器与所述光纤放大器连接；
还包括π/2相移器和-π/2相移器；所述隔直流器包括第三输出端、第四输出端、第五输出端和第六输出端；其中，
所述第三输出端通过π/2相移器与所述第二调制器的一射频电极连接，所述第四输出端与所述第二调制器的另一射频电极连接，所述第五输出端通过-π/2相移器与所述第三调制器的一射频电极连接，所述第六输出端与所述第三调制器的另一射频电极连接。
2.根据权利要求1所述的ROF系统，其特征在于，还包括π相移器；所述射频信号源包括第一输出端和第二输出端，其中，所述第一输出端与所述第一调制器的一射频电极连接，所述第二输出端通过π相移器与所述第一调制器的另一射频电极连接。
3.根据权利要求1所述的ROF系统，其特征在于，所述第二光电探测器通过单模光纤与所述光纤放大器连接。
4.一种毫米波的生成方法，其特征在于，包括：
触发第一耦合器接收第一激光器输出第一光信号和第二激光器输出的第二光信号，并对所述第一光信号和所述第二光信号进行耦合处理生成第三光信号；
触发射频信号源驱动第一调制器对所述第三光信号进行光载波抑制调制，生成第四光信号，其中，所述射频信号源输出的驱动信号频率为fs；
触发第一滤波器对所述第四光信号进行滤波处理，生成第一路光信号和第二路光信号；
触发第二耦合器对所述第二路光信号进行耦合处理，并将所述耦合处理后生成的光信号发送给第二调制器和第三调制器；
触发第一光电探测器对所述第一路光信号进行光电转换处理，并将所述光电转换处理后生成的第一电信号输入隔直流器；
触发所述隔直流器驱动所述第二调制器和所述第三调制器对所述第二耦合器输出的光信号进行调制处理，并将调制处理后生成的光信号输入第三耦合器；
触发第三耦合器对所述第二调制器和所述第三调制器输出的光信号进行耦合处理；
触发第二滤波器和第三滤波器，对所述第三耦合器输出的光信号进行滤波处理，生成第五光信号，所述第五光信号包含两个频率间隔为4fs的频率分量；
触发光纤放大器将所述第五光信号发送给位于基站中的第二光电探测器；
所述触发所述隔直流器驱动所述第二调制器和所述第三调制器对所述第二耦合器输出的光信号进行调制处理，包括：
触发所述隔直流器的第三输出端将所述第一电信号输入π/2相移器，使得所述π/2相移器对所述第一电信号进行处理生成第二电信号，并将所述第二电信号输入所述第二调制器的一射频电极；
触发所述隔直流器的第四输出端将所述第一电信号输入所述第二调制器的另一射频电极；
触发所述隔直流器的第五输出端将所述第一电信号输入-π/2相移器，使得所述-π/2相移器对所述第一电信号进行处理，生成第三电信号，并将所述第三电信号输入所述第三调制器的一射频电极；
触发所述隔直流器的第六输出端将所述第一电信号输入所述第三调制器的另一射频电极，使得所述第二调制器和所述第三调制器对所述第二耦合器输出的光信号进行调制处理。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述触发射频信号源驱动第一调制器对所述第三光信号进行光载波抑制调制，包括：
触发所述射频信号源生成所述驱动信号，并将所述驱动信号通过所述射频信号源的第一输出端发送给所述第一调制器的一射频电极，并通过所述射频信号源的第二输出端发送给π相移器，经过所述π相移器处理后，发送给所述第一调制器的另一射频电极，使得所述第一调制器对所述第三光信号进行光载波抑制调制处理。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述触发光纤放大器将所述第五光信号发送给基站，包括：
触发所述光纤放大器对所述第五光信号进行放大处理，并将经过所述放大处理后的第五光信号通过单模光纤发送给所述第二光电探测器。
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