CN105790880A - 一种基于微波光子技术的射频交换方法 - Google Patents

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张安旭
孙亨利
黄宁博
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Abstract

本发明提出了一种基于微波光子技术的射频交换方法，采用波分复用技术，将射频信号调制到光载波上进行交换，利用不同波长来区分光载波，在光上根据波长选择器件进行交换，完成光电转换后进行输出。本发明可以实时配置波长路由选择开关的交换规则与信号带宽，通过设定每个输出端口输出的波长值，实现任意端口输出任意波长组合的光信号，使得射频交换具备很大的信号带宽和更好的射频隔离性能。

Description

一种基于微波光子技术的射频交换方法
技术领域
本发明涉及射频交换技术领域的一种基于微波光子技术的射频交换方法。
背景技术
射频交换系统广泛应用在卫星、地面站、微波测试以及智能天线等其他系统中。
传统的射频交换矩阵的交叉方法是通过crossbar网络实现的。具体的说就是要实现M×N交换，需要N个1×M和M个N×1，实现线路的全连接，通道的完全无阻塞传输。其主要缺点是内部连线数量多，需要占用很大面积布线，来防止线间串扰，如果是线缆连接，则需要更大的空间；内部连线多带来的还有就是线路传输的接插件较多，设备体积较大；而且配置灵活性差，交换容量变化时，设备的交换方法要重新设计。
随着宽带数据的不断增长，射频交换系统正在向着高频、宽带的方向发展。当前使用的射频交换电路中，大都只能提供较窄频段的射频信号的分配，所以不能满足宽频段通信的需求。多功能射频系统逐渐使用多至数百个子波束天线并带来超过数十Gbit/s的信号交换容量，射频开关带宽不足和电磁兼容问题越来越突出。
与本专利申请最接近的现有技术的实现方案：
中国专利公开号：CN203445872U，专利名称：大功率射频交换矩阵；
主要内容：该实用新型公开了一种大功率射频交换矩阵，包括n个m选一大功率输入电子开关、m个n选一大功率输出电子开关，所述n个m选一大功率输入电子开关和m个n选一大功率输出电子开关立体级联，其中n和m均为大于1的正整数，本实用新型，以大功率电子开关为基础，在保证损耗小、承受功率大、转换时间快的前提下，进一步将多个大功率电子开关进行立体组合，从而提高通道隔离度，实现任一输入信号均能覆盖多个通道全频段的目。
如图1所示，大功率电子开关主要采用大功率PIN二极管实现，满足承受大功率，导通插损小，关断隔离度大和转换速度快等要求，图1中，外部输入的控制器经译码器和驱动器处理后控制各路PIN开关(即PIN二极管)的通断，在同一时间，仅有一路PIN开关导通，其余截止。当图1的大功率电子开关作为大功率输入电子开关时，通道接口接输入信号，各个开关接口接大功率输出电子开关对应的开关接口。当图1的大功率电子开关作为大功率输出电子开关时，通道接口输出信号，各个开关接口接大功率输入电子开关对应的开关接口。以图2为例说明:A1为24选1大功率电子开关，其24个开关接口分别连接24个6选1大功率电子开关的一个开关接口。
如图2所示，大功率射频交换矩阵由输入电子开关阵列1和输出电子开关阵列2立体级联组成，任一电台输入信号通过该矩阵后可转换到指定通路输出，实现覆盖完整工作频段的功能，例如:当要求信号从Al输入BI输出时，仅需要将Al和BI间的PIN开关管导通即可。
现有技术的缺点：
传统的射频交换矩阵的交叉方法是通过crossbar网络实现的。具体的说就是要实现M×N交换，需要N个1×M和M个N×1，实现线路的全连接，通道的完全无阻塞传输。其主要缺点是内部连线数量多，需要占用很大面积布线，来防止线间串扰，如果是线缆连接，则需要更大的空间；内部连线多带来的还有就是线路传输的接插件较多，设备体积较大；而且配置灵活性差，交换容量变化时，设备的交换方法要重新设计。
当前使用的射频交换电路中，大都只能提供较窄频段的射频信号的分配，所以不能满足宽频段通信的需求。多功能射频系统逐渐使用多至数百个子波束天线并带来超过数十Gbit/s的信号交换容量，射频开关带宽不足和电磁兼容问题越来越突出。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：鉴于现有的射频交换技术存在处理带宽低、体制固化的问题，限制了其应用的灵活性，本发明提供一种基于微波光子技术的射频交换方法，以优化射频交换矩阵的设计，降低系统的体积、重量、功耗；并且满足大容量宽带射频信号的交换处理，支持动态可重配置。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：
本发明提出了一种基于微波光子技术的射频交换方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将M路射频信号，经过电光调制器分别调到M个不同的光载波上，得到M路光信号；其中M为大于1的自然数；
(2)波分复用单元将M路光信号耦合为一路光信号；
(3)波长路由单元接收控制单元的控制，将输入的光信号经波长选择后输出到不同输出端口；
(4)对波长路由单元输出的光信号，进行光电转换后输出射频信号。
其中，步骤(3)具体为：控制单元实时配置波长路由单元的波长选择开关的交换规则与信号带宽，通过设定波长路由单元的每个输出端口输出的波长值，将任意输出端口输出任意波长组合的光信号，进而实现射频信号的广播、组播功能。
其中，电光调制器的调制方式包括强度调制和相位调制。
其中，所述的波分复用单元采用N×1的阵列波导光栅，波长路由单元采用1×N的波长选择开关，其中N为大于1的自然数。
其中，步骤(4)中的光电转换是采用光电探测器或平衡光电探测器来实现的。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、宽带大容量：
光信号具有超过50THz的宽带，采用微波光子的交换技术，核心交换单元在光上实现，能够充分发挥光学辅助手段的宽带优点，使得射频交换具备很大的信号带宽。
2、提高隔离度：
基于微波光子的交换方式与传统的微波交换矩阵相比，在信道间隔离度指标上具有巨大优势，能够提供更好的射频隔离性能。
3、动态可重构：
利用光学交换矩阵实现功能可重构的信号交换。控制面板接收用户指令，实时配置波长路由选择开关的交换规则与信号带宽，通过设定每个输出端口输出的波长值，实现任意端口输出任意波长组合的光信号。当需要改变波长选择开关的路由规则时，仅需更新配置指令便可以实现新的交换模式，完成交换功能的重构，满足多功能、多频段的交换需求。
4、降低尺寸功耗：
利用波分复用技术，在不改变原来交换架构的同时，可以灵活地扩展系统的容量。光学交换矩阵体积小、功耗小、重量轻。并且，随着光交换规模的增加，光学交换器件的体积、重量、功耗变化不明显。
附图说明
图1是现有技术的大功率电子开关示意图；
图2是现有技术的大功率射频交换矩阵示意图；
图3是本发明的射频交换架构框图；
图4是本发明实施例的原理框图。
具体实施方式
下面，结合图3至图4对本发明做进一步说明。
如图3和图4所示，一种基于微波光子技术的射频交换方法，包括射频输入、全光交换和射频输出，采用波分复用技术，将射频信号调制到光载波上进行交换，利用不同波长来区分光载波，在光上根据波长选择器件进行交换，完成光电转换输出到对应射频端口；具体包括以下步骤：
(1)将M路射频信号，经过电光调制器分别调到M个不同的光载波上，得到M路光信号；其中M为大于1的自然数；
实施例中：
输入的是M路射频信号，经过电光调制器(EOM)分别调到M个不同的光载波上(以λ1，λ2…λM区分)，完成对射频信号的光发送。电光调制器的调制方式包括强度调制和相位调制。
(2)波分复用单元将M路光信号耦合为一路光信号；
实施例中，波分复用单元的作用是将M路光信号耦合为一路，可以采用波分复用器来实现，比如N×1的阵列波导光栅(AWG)，其中N为大于1的自然数。
(3)波长路由单元接收控制单元的控制，将输入的光信号经波长选择后输出到不同输出端口；
其中，步骤(3)具体为：控制单元实时配置波长路由单元的波长选择开关的交换规则与信号带宽，通过设定波长路由单元的每个输出端口输出的波长值，实现任意输出端口输出任意波长组合的光信号。
实施例中，波长路由单元采用1×N的波长选择开关(WSS)。WSS基于LCoS(硅基液晶)技术，通过硅基液晶控制器把来自用户系统的指令转化为WSS输出端口对光波长的选择，最终实现编程控制光波长路由变换，并且可以实现广播和组播功能。控制单元经由控制接口接收用户指令，实时配置波长路由选择开关的交换规则，控制波长路由单元每个输出端口输出的波长值与信号带宽，实现任意端口输出任意波长组合的光信号。波长路由单元接收控制单元的控制，将输入光信号路由选择后输出到不同输出端口。
(4)对波长路由单元输出的光信号，进行光电转换后输出射频信号。
其中，步骤(4)中的光电转换是采用光电探测器或平衡光电探测器来实现的。
实施例中，对接收到的光信号，完成光电转换输出射频信号。射频输出的光接收可以选用简单的光电探测器(PD)，也可以选用平衡探测(BPD)。
工作原理：
本发明中，光发送单元采用M个激光器提供M束不同波长的激光；电光调制器可以将M路输入的射频信号调制到对应的、不同波长的激光上。其中，电光调制器可以根据性能指标需要，选择不同的调制方式，例如强度调制(IntensityModulation，简称IM)、相位调制(PhaseModulation，简称PM)等；由于基于微波光子的交换方式与传统的微波交换矩阵相比，在信道间隔离度指标上具有巨大优势，因此可保证不同射频信号之间相互隔离，不会出现混叠。
控制单元经由控制接口接收用户指令，实时配置波长选择开关的交换规则，控制波长路由单元的每个输出接口输出的波长值与信号带宽，实现任意接口输出任意波长组合的光信号的目的。波长路由单元受到控制单元的控制，将波分复用单元输入的光束经过波长选择后输出到不同的扩展模块上。波长路由单元可以采用1×N的波长选择开关(WavelengthSelectiveSwitch，简称WSS)实现。WSS基于硅基液晶(LiquidCrystalonSilicon，简称LCoS)技术，控制单元为硅基液晶控制器，可把来自用户系统的控制指令转化为WSS输出接口对光波长的选择，最终实现编程控制光波长路由变换。当需要改变波长选择开关的路由规则时，仅需更新控制指令便可以实现新的交换模式，完成交换功能的重构。
光接收单元可以选用简单的光电探测器(PhotoconductiveDetector，简称PD)，也可以选用平衡光电探测器(BalancedPhotoconductiveDetector，简称BPD)，N个光电探测器完成光载射频信号到射频信号的转换，并将各射频信号输出到对应的射频输出接口。

Claims (5)

1.一种基于微波光子技术的射频交换方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将M路射频信号，经过电光调制器分别调到M个不同的光载波上，得到M路光信号；其中M为大于1的自然数；
(2)波分复用单元将M路光信号耦合为一路光信号；
(3)波长路由单元接收控制单元的控制，将输入的光信号经波长选择后输出到不同输出端口；
(4)对波长路由单元输出的光信号，进行光电转换后输出射频信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于微波光子技术的射频交换方法，其特征在于步骤(3)具体为：控制单元实时配置波长路由单元的波长选择开关的交换规则与信号带宽，通过设定波长路由单元的每个输出端口输出的波长值，让任意输出端口输出任意波长组合的光信号，进而实现射频信号的广播、组播。
3.根据权利要求1所述的一种基于微波光子技术的射频交换方法，其特征在于：电光调制器的调制方式包括强度调制和相位调制。
4.根据权利要求1所述的一种基于微波光子技术的射频交换方法，其特征在于：所述的波分复用单元采用N×1的阵列波导光栅，波长路由单元采用1×N的波长选择开关，其中N为大于1的自然数。
5.根据权利要求1所述的一种基于微波光子技术的射频交换方法，其特征在于：步骤(4)中的光电转换是采用光电探测器或平衡光电探测器来实现的。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106501792A (zh) * 2016-10-08 2017-03-15 浙江大学 一种基于光交换的重构光控相控阵雷达发射机
CN109687920A (zh) * 2018-12-03 2019-04-26 大连理工大学 一种微波光子射频信号监测装置及方法
CN109962747A (zh) * 2019-03-13 2019-07-02 中国电子科技集团公司第二十九研究所 宽带电磁信号的光子神经网络自适应处理装置
CN110190889A (zh) * 2018-11-06 2019-08-30 中国人民解放军63686部队 一种基于微波光子学的地面站系统的实现方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103490823A (zh) * 2013-09-22 2014-01-01 中国科学院半导体研究所 一种基于微波光子的多微波本振源产生装置
CN104993870A (zh) * 2015-07-22 2015-10-21 北京邮电大学 一种射频交换装置
CN105119647A (zh) * 2015-07-08 2015-12-02 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种混合柔性转发器的实现方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103490823A (zh) * 2013-09-22 2014-01-01 中国科学院半导体研究所 一种基于微波光子的多微波本振源产生装置
CN105119647A (zh) * 2015-07-08 2015-12-02 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种混合柔性转发器的实现方法
CN104993870A (zh) * 2015-07-22 2015-10-21 北京邮电大学 一种射频交换装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106501792A (zh) * 2016-10-08 2017-03-15 浙江大学 一种基于光交换的重构光控相控阵雷达发射机
CN110190889A (zh) * 2018-11-06 2019-08-30 中国人民解放军63686部队 一种基于微波光子学的地面站系统的实现方法
CN109687920A (zh) * 2018-12-03 2019-04-26 大连理工大学 一种微波光子射频信号监测装置及方法
CN109687920B (zh) * 2018-12-03 2021-05-07 大连理工大学 一种微波光子射频信号监测装置及方法
CN109962747A (zh) * 2019-03-13 2019-07-02 中国电子科技集团公司第二十九研究所 宽带电磁信号的光子神经网络自适应处理装置

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