CN106100750B - 采用基于i/q调制器的光独立边带调制的2×2 mimo光纤无线融合方法和系统 - Google Patents

采用基于i/q调制器的光独立边带调制的2×2 mimo光纤无线融合方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于光载无线通信系统技术领域，具体为一种采用基于I/Q调制器的光独立边带调制的2×2 MIMO光纤无线融合方法和系统。本发明公开的2×2 MIMO光纤无线融合系统采用基于I/Q调制器的光ISB调制实现两路独立的矢量毫米波信号的同时产生。本发明避免了光偏振复用和光偏振分集的使用，从而极大地简化了系统架构并增加了系统的稳定性。本发明系统适合于不同调制格式、不同波特率以及不同载波频率复用的MIMO型光载无线通信。

Description

采用基于I/Q调制器的光独立边带调制的2×2 MIMO光纤无线 融合方法和系统
技术领域
本发明属于光载无线通信系统技术领域，具体的说，涉及一种采用基于I/Q调制器的光独立边带调制的2×2 MIMO光纤无线融合方法和系统。
背景技术
光纤无线（Radio-over-Fiber,缩写为RoF）融合系统集成了大容量长距离的光纤通信和高移动性的无线通信，有望为移动数据通信提供大容量长距离的无线传输链路。在近来科研界所报道的众多光纤无线融合系统中，无线多输入多输出（multiple-inputmultiple output，缩写为MIMO）技术被用来增加无线传输容量，以匹配超大的光纤传输容量【X. Li, Z. Dong, J. Yu, N. Chi, Y. Shao, and G. K. Chang, “Fiber wirelesstransmission system of 108-Gb/s data over 80-km fiber and 2×2 MIMO wirelesslinks at 100GHz W-band frequency,” Optics Letters 37(24), 5106-5108 (2012)】，【J. Yu, X. Li, and N. Chi, “Faster than fiber: over 100-Gb/s signal deliveryin fiber wireless integration system,” Optics Express 21(19), 22885-22904(2013)】。但是，为了能够同时生成用于无线MIMO传输的多路无线毫米波信号，现有的MIMO型光纤无线融合系统通常需要采用光偏振复用和光偏振分集，这极大地增加了系统架构的复杂度【X. Li, Z. Dong, J. Yu, N. Chi, Y. Shao, and G. K. Chang, “Fiberwireless transmission system of 108-Gb/s data over 80-km fiber and 2×2 MIMOwireless links at 100GHz W-band frequency,” Optics Letters 37(24), 5106-5108(2012)】，【J. Yu, X. Li, and N. Chi, “Faster than fiber: over 100-Gb/s signaldelivery in fiber wireless integration system,” Optics Express 21(19), 22885-22904 (2013)】。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种采用基于I/Q调制器的光独立边带（independent sideband, 缩写为ISB）调制的2×2 MIMO光纤无线融合方法和系统。基于I/Q调制器的光ISB调制可以实现两路独立的矢量毫米波信号的同时产生，从而可以极为灵活地为2×2 MIMO无线链路提供具有不同调制格式、不同波特率以及不同载波频率的两路独立的矢量毫米波。同时采用基于I/Q调制器的光ISB调制避免了光偏振复用和光偏振分集的使用，从而极大地简化了系统架构并增加了系统的稳定性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种采用基于I/Q调制器的光独立边带调制的2×2 MIMO光纤无线融合方法，具体步骤如下：
在发射端，首先利用数字信号处理产生两个独立的数字基带矢量信号；
一个数字基带矢量信号与正频率f s1 的数字复正弦式射频源相乘，从而被上变频成载波频率为f s1 的上边带数字矢量信号；另一个数字基带矢量信号与负频率-f s2 的数字复正弦式射频源相乘，从而被上变频成载波频率为-f s2 的下边带数字矢量信号；
上下边带数字矢量信号的实部和虚部分别相加，所求实部和虚部之和被分别送入一个数模转换器同相（in-phase, 缩写为I）和正交相(quadrature-phase,缩写为Q)输入口；
数模转换器的I和Q输出被放大后，分别为一个I/Q调制器提供I路和Q路的驱动输入，以调制一个来自一个单模激光器的工作频率为f c 的连续波长的光载波，用于实现光ISB调制；
生成的光ISB信号包括频率为f c 的中心光载波、载波频率为f c +f s1 的矢量调制的光上边带以及载波频率为f c -f s2 的矢量调制的光下边带；
生成的光ISB信号经掺铒光纤放大器放大并在一定长度的单模光纤中传输后，被一个光梳状分波器分成一个光上边带信号和一个光下边带信号，光上边带信号包含频率为f c 的中心光载波和载波频率为f c +f s1 的矢量调制的光上边带，光下边带信号包含频率为f c 的中心光载波和载波频率为f c -f s2 的矢量调制的光下边带；
两个单端光电二极管分别将光上边带信号和光下边带信号转变成载波频率为f s1 和f s2 的电矢量毫米波信号；
生成的载波频率为f s1 和f s2 的电矢量毫米波信号分别经由发射端毫米波放大器放大后，再分别经由两个发送端天线被同时发送到自由空间中进行传输；
两个接收端天线用于从自由大气空间中分别接收载波频率为f s1 和f s2 的电矢量毫米波信号，并将其分别送入两个无线毫米波接收机中进行处理，借助联合的数字信号处理算法恢复出两组独立的发送数据。
本发明中，两个独立的数字基带矢量信号可以具有相同或不同的波特率，并采用相同或不同的矢量调制格式，包括正交相移键控（quadrature phase shift keying, 缩写为QPSK），8阶正交幅度调制（8-ary quadrature amplitude modulation, 缩写为8QAM），16阶正交幅度调制（16-ary quadrature amplitude modulation, 缩写为16QAM）， 64阶正交幅度调制（64-ary quadrature amplitude modulation，缩写为64QAM）等等。
本发明中，f s1 和f s2 可以相等或不相等
本发明还提供一种采用基于I/Q调制器的光独立边带调制的2×2 MIMO光纤无线融合系统，其包括：
两个数字基带矢量信号产生模块，用于产生两个独立的数字基带矢量信号，这两个数字基带矢量信号可以具有相同或不同的波特率，并采用相同或不同的矢量调制格式，包括QPSK, 8QAM, 16QAM, 64QAM 等等；
两组数字复正弦式射频源和数字乘法器，其中一组正频率f s1 的数字复正弦式射频源和对应的数字乘法器用于将一个数字基带矢量信号上变频成载波频率为f s1 的上边带数字矢量信号，另一组负频率-f s2 的数字复正弦式射频源和对应的数字乘法器用于将另一个数字基带矢量信号上变频成载波频率为-f s2 的下边带数字矢量信号，f s1 和f s2 可以相等或不相等；
两个数字加法器，其中一个数字加法器用于实现上下边带数字矢量信号的实部的相加，所求之和被送入一个数模转换器的I输入口，另一个数字加法器用于实现上下边带数字矢量信号的虚部的相加，所求之和被送入同一个数模转换器的Q输入口；
一个数模转换器，用于实现上下边带数字矢量信号实部之和与虚部之和从数字域到模拟域的转换，从而为I/Q调制器提供I路和Q路的驱动输入；
两个电放大器，分别用于放大I/Q调制器I路和Q路的驱动输入；
一个单模激光器，用于为I/Q调制器提供工作频率为f c 的连续波长的光载波输入；
一个I/Q调制器，用于实现光ISB调制，其输出包括频率为f c 的中心光载波、载波频率为f c +f s1 的矢量调制的光上边带以及载波频率为f c -f s2 的矢量调制的光下边带；
一个掺铒光纤放大器，用于放大光ISB信号；
一定长度的单模光纤，用于传输光ISB信号；
一个光梳状分波器，用于将光ISB信号分成光上边带信号和光下边带信号，光上边带信号包含频率为f c 的中心光载波和载波频率为f c +f s1 的矢量调制的光上边带，光下边带信号包含频率为f c 的中心光载波和载波频率为f c -f s2 的矢量调制的光下边带；
两个单端光电二极管，一个单端光电二极管用于将光上边带信号转变成载波频率为f s1 的电矢量毫米波信号，另一个单端光电二极管用于将光下边带信号转变成载波频率为f s2 的电矢量毫米波信号；
两个发射端毫米波放大器，分别用于放大载波频率为f s1 和f s2 的电矢量毫米波信号；
两个发送端天线，分别用于发送载波频率为f s1 和f s2 的电矢量毫米波信号到自由大气空间中；
两个接收端天线，用于从自由大气空间中分别接收载波频率为f s1 和f s2 的电矢量毫米波信号；
两个无线毫米波接收机，用于分别处理接收到的载波频率为f s1 和f s2 的电矢量毫米波信号，并借助联合的数字信号处理算法以恢复出两组独立的发送数据。
和现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过采用基于I/Q调制器的光ISB调制，来实现两路独立的矢量毫米波信号的同时产生，这避免了光偏振复用和光偏振分集的使用，从而极大地简化了系统架构并增加了系统的稳定性。并且两路独立的矢量毫米波信号可以采用不同的调制格式，不同的波特率以及不同的载波频率，使得系统具有很强的灵活性。
附图说明
图1 是本发明提出的采用基于I/Q调制器的光ISB调制的2×2 MIMO光纤无线融合系统示意图。
图中标号：1-数字基带矢量信号产生模块；2-数字基带矢量信号产生模块；3-正频率f s1 的数字复正弦式射频源；4-负频率-f s2 的数字复正弦式射频源；5-数字乘法器；6-数字乘法器；7-数字加法器；8-数字加法器；9-数模转换器；10-电放大器；11-电放大器；12-I/Q调制器；13-单模激光器；14-掺铒光纤放大器；15-单模光纤；16-光梳状分波器；17-单端光电二极管；18-单端光电二极管；19-毫米波放大器；20-毫米波放大器；21-发送端天线；22-发送端天线；23-接收端天线；24-接收端天线；25-无线毫米波接收机；26-无线毫米波接收机。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作具体说明。
图1为采用基于I/Q调制器的光ISB调制的2×2 MIMO光纤无线融合系统的示意图，它包括：
两个数字基带矢量信号产生模块1，2，用于产生两个独立的数字基带矢量信号s1和s2。这两个数字基带矢量信号可以具有相同或不同的波特率，并采用相同或不同的矢量调制格式，包括QPSK, 8QAM, 16QAM, 64QAM 等等。随后，数字基带矢量信号s1经由数字乘法器5与正频率f s1 的数字复正弦式射频源3相乘，从而被上变频成载波频率为f s1 的上边带数字矢量信号；数字基带矢量信号s2经由数字乘法器6与负频率-f s2 的数字复正弦式射频源4相乘，从而被上变频成载波频率为-f s2 的下边带数字矢量信号。f s1 和f s2 可以相等或不相等。数字加法器7用于实现上下边带数字矢量信号的实部的相加，所求之和被送入数模转换器9的I输入口；数字加法器8用于实现上下边带数字矢量信号的虚部的相加，所求之和被送入数模转换器9的Q输入口。数模转换器9用于实现上下边带数字矢量信号实部之和与虚部之和从数字域到模拟域的转换，从而为I/Q调制器12提供I路和Q路的驱动输入。两个电放大器10和11分别用于放大I/Q调制器12的I路和Q路的驱动输入。单模激光器13用于为I/Q调制器12提供工作频率为f c 的连续波长的光载波输入。用于实现光ISB调制的I/Q调制器12的光输出包括频率为f c 的中心光载波、载波频率为（f c +f s1 ）的矢量调制的光上边带以及载波频率为（f c -f s2 ）的矢量调制的光下边带。生成的光ISB信号经掺铒光纤放大器14放大后被送入具有一定长度的单模光纤15中进行传输。光梳状分波器16将经单模光纤15传输后的光ISB信号分成光上边带信号和光下边带信号，光上边带信号包含频率为f c 的中心光载波和载波频率为（f c +f s1 ）的矢量调制的光上边带，光下边带信号包含频率为f c 的中心光载波和载波频率为（f c -f s2 ）的矢量调制的光下边带。单端光电二极管17将光上边带信号转变成载波频率为f s1 的电矢量毫米波信号，单端光电二极管18将光下边带信号转变成载波频率为f s2 的电矢量毫米波信号。生成的载波频率为f s1 和f s2 的电矢量毫米波信号分别经由两个发射端毫米波放大器19和20放大后，再分别经由两个发送端天线21和22被同时发送到自由空间中进行传输。两个接收端天线23和24用于从自由大气空间中分别接收载波频率为f s1 和f s2 的电矢量毫米波信号。两个无线毫米波接收机25和26分别用于处理接收到的载波频率为f s1 和f s2 的电矢量毫米波信号，并借助联合的数字信号处理算法以恢复出两组独立的发送数据。
总之，本发明所述的2×2 MIMO光纤无线融合系统，采用基于I/Q调制器的光ISB调制产生两路可以采用不同调制格式、不同波特率以及不同载波频率的，独立的矢量毫米波信号，从而增强了系统的灵活性；避免了光偏振复用和光偏振分集的使用，从而极大地简化了系统架构并增加了系统的稳定性。本发明所述的采用基于I/Q调制器的光ISB调制的2×2MIMO光纤无线融合系统适合于不同调制格式、不同波特率以及不同载波频率复用的MIMO型光载无线通信。

Claims (4)

1.一种采用基于I/Q调制器的光独立边带调制的2×2 MIMO光纤无线融合方法，其特征在于，具体步骤如下：
在发射端，首先利用数字信号处理产生两个独立的数字基带矢量信号；
一个数字基带矢量信号与正频率f s1 的数字复正弦式射频源相乘从而被上变频成载波频率为f s1 的上边带数字矢量信号，另一个数字基带矢量信号与负频率-f s2 的数字复正弦式射频源相乘从而被上变频成载波频率为-f s2 的下边带数字矢量信号；
上下边带数字矢量信号的实部和虚部分别相加，所求实部和虚部之和被分别送入一个数模转换器同相I和正交相Q输入口；
数模转换器的I和Q输出被放大后，分别为一个I/Q调制器提供I路和Q路的驱动输入，以调制一个来自一个单模激光器的工作频率为f c 的连续波长的光载波，用于实现光独立边带ISB调制，生成的光独立边带ISB信号包括频率为f c 的中心光载波、载波频率为f c +f s1 的矢量调制的光上边带以及载波频率为f c -f s2 的矢量调制的光下边带；
生成的光独立边带ISB信号经掺铒光纤放大器放大并在单模光纤中传输后，被一个光梳状分波器分成一个光上边带信号和一个光下边带信号，光上边带信号包含频率为f c 的中心光载波和载波频率为f c +f s1 的矢量调制的光上边带，光下边带信号包含频率为f c 的中心光载波和载波频率为f c -f s2 的矢量调制的光下边带；
两个单端光电二极管分别将光上边带信号和光下边带信号转变成载波频率为f s1 和f s2 的电矢量毫米波信号；
生成的载波频率为f s1 和f s2 的电矢量毫米波信号分别经由发射端毫米波放大器放大后，再分别经由两个发送端天线被同时发送到自由空间中进行传输；
两个接收端天线用于从自由大气空间中分别接收载波频率为f s1 和f s2 的电矢量毫米波信号，并将其分别送入两个无线毫米波接收机中进行处理，借助联合的数字信号处理算法可以恢复出两组独立的发送数据。
2.根据权利要求1所述的采用基于I/Q调制器的光独立边带调制的2×2 MIMO光纤无线融合方法，其特征在于，两个独立的数字基带矢量信号具有相同或不同的波特率，并采用相同或不同的矢量调制格式，所述矢量调制格式包括QPSK，8QAM，16QAM和64QAM。
3.根据权利要求1所述的采用基于I/Q调制器的光独立边带调制的2×2 MIMO光纤无线融合方法，其特征在于， f s1 和f s2 相等或不相等。
4.一种采用基于I/Q调制器的光独立边带调制的2×2 MIMO光纤无线融合系统，其特征在于，该系统包括：
两个数字基带矢量信号产生模块，用于产生两个独立的数字基带矢量信号；
两组数字复正弦式射频源和数字乘法器，其中一组正频率f s1 的数字复正弦式射频源和对应的数字乘法器用于将一个数字基带矢量信号上变频成载波频率为f s1 的上边带数字矢量信号，另一组负频率-f s2 的数字复正弦式射频源和对应的数字乘法器用于将另一个数字基带矢量信号上变频成载波频率为-f s2 的下边带数字矢量信号，f s1 和f s2 可以相等或不相等；
两个数字加法器，其中一个数字加法器用于实现上下边带数字矢量信号的实部的相加，所求之和被送入一个数模转换器的I输入口，另一个数字加法器用于实现上下边带数字矢量信号的虚部的相加，所求之和被送入同一个数模转换器的Q输入口；
一个数模转换器，用于实现上下边带数字矢量信号实部之和与虚部之和从数字域到模拟域的转换，从而为I/Q调制器提供I路和Q路的驱动输入；
两个电放大器，分别用于放大I/Q调制器I路和Q路的驱动输入；
一个单模激光器，用于为I/Q调制器提供工作频率为f c 的连续波长的光载波输入；
一个I/Q调制器，用于实现光独立边带ISB调制，其输出包括频率为f c 的中心光载波、载波频率为f c +f s1 的矢量调制的光上边带以及载波频率为f c -f s2 的矢量调制的光下边带；
一个掺铒光纤放大器，用于放大光独立边带ISB信号；
一定长度的单模光纤，用于传输光独立边带ISB信号；
一个光梳状分波器，用于将光独立边带ISB信号分成光上边带信号和光下边带信号，光上边带信号包含频率为f c 的中心光载波和载波频率为f c +f s1 的矢量调制的光上边带，光下边带信号包含频率为f c 的中心光载波和载波频率为f c -f s2 的矢量调制的光下边带；
两个单端光电二极管，一个单端光电二极管用于将光上边带信号转变成载波频率为f s1 的电矢量毫米波信号，另一个单端光电二极管用于将光下边带信号转变成载波频率为f s2 的电矢量毫米波信号；
两个发射端毫米波放大器，分别用于放大载波频率为f s1 和f s2 的电矢量毫米波信号；
两个发送端天线，分别用于发送载波频率为f s1 和f s2 的电矢量毫米波信号到自由大气空间中；
两个接收端天线，用于从自由大气空间中分别接收载波频率为f s1 和f s2 的电矢量毫米波信号；
两个无线毫米波接收机，用于分别处理接收到的载波频率为f s1 和f s2 的电矢量毫米波信号，并借助联合的数字信号处理算法以恢复出两组独立的发送数据。
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