CN108768528A - 基于载波抑制产生八倍频毫米波的光载无线通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于载波抑制产生八倍频毫米波的光载无线通信系统，主要解决现有光载无线通信系统复杂、信号传输损失大的问题。其包括光源(1)、毫米波生成模块(2)和毫米波调制检测模块(3)。其中，光源(1)采用光学频率梳；光学频率梳对输入信号的频率进行调制；调制后的信号进入毫米波生成模块(2)，通过调整单驱动马赫增德尔调制器的直流偏压和射频信号的幅度电压，产生稳定高频的八倍频毫米波；该八倍频毫米波通过毫米波检测模块(3)检测出八倍频毫米波在单模光纤传输前后的功率损失。本发明简化了光载无线通信系统的结构，提高了系统产生毫米波的频率和稳定性，可用于毫米波信号源。

Description

基于载波抑制产生八倍频毫米波的光载无线通信系统
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种毫米波的光载无线通信系统，可用于毫米波信号源。
背景技术
随着人们对信息需求的不断增加，目前无线频谱资源已经非常的紧张，无线通讯系统必须利用更高频率的载波进行通讯，光载无线通信ROF技术是一种将光与通讯结合的技术，可以在光无线网络中提供宽带无线接入，相较于普通的电信号，它具备功耗低、易于安装、带宽较宽及避免干扰等优点，已经成为近年国际研究的热点之一。
光载无线通信ROF系统的关键技术之一是生成光载波抑制OCS毫米波信号。由于光载波不包含任何下行链路信息，尽管它在系统中消耗的光功率最大。因此，光载波功率需要抑制以提高光载无线通信ROF系统的性能，包括链路增益和噪声系数。已有专利提出了利用低成本和低频射频RF信号直接产生光载波抑制OCS高倍频毫米波的方法，提出了一种仅使用一个调制器的载波抑制方法，但是该系统只实现了四倍频(公开号：CN103078680A)。
这些专利的一个共同特征是光载波不能仅通过使用调制器来抑制，因此在链路上增加了昂贵的光滤波器来实现光载波抑制OCS，不仅大大增加了系统的复杂度和成本，而且降低了光信噪比SNR或光毫米波的功率。有研究提出利用与高斯光学带通滤波器交错的两个级联双电极马赫曾德尔调制器来实现频率的六倍频，而使用多级联调制器的稳定性是很难解决的问题(OPTICS COMMUNICATIONS，Vol.12,No.285,JUN 1 2012)。此外，有学者提出了基于四波混频FWM技术的高频非线性光纤和半导体光放大器的多频毫米波，但由四波混频FWM产生的光信号对噪声敏感，稳定性和信噪比也很差(OPTICSEXPRESS，Vol.15,No.19,JUL 18 2011)。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于载波抑制产生八倍频毫米波的光载无线通信系统，以降低系统的成本,提高毫米波的稳定性。
为实现上述目的，本发明基于载波抑制产生八倍频毫米波的光载无线通信系统，包括光源，毫米波生成模块，毫米波调制检测模块，其特征在于：
所述光源，使用光学频率梳，用于对输入信号频率的调整；
所述毫米波生成模块，使用一个单驱动马赫增德尔调制器，该马赫增德尔调制器连接在光源与第一电放大器之间，根据光源所给出不同频率的信号，产生不同频率的毫米波；仅使用一个单驱动马赫曾德尔调制器，调整调制器的直流偏压和射频信号的振幅电压就可以抑制中心载波和不需要的边带，产生八倍频毫米波。
作为优选，其特征在于：所述光学频率梳，包括激光器、光环形器、两个偏振控制器、偏振分束器、光纤萨格纳克环及起偏器；第一偏振控制器分别与激光器和光环形器连接，光环形器的另两端分别连接第二偏振控制器与偏振分束器，偏振分束器外接光纤萨格纳克环，第二偏振控制器的输出端与起偏器连接，通过控制偏振特性，生成平坦的光学频率梳。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
1)由于本发明的光源使用光学频率梳，与普通激光器相比，它作为多载波光源，可以实现输入信号频率的调制，避免了电混频造成的非线性损耗。
2)由于本发明在毫米波生成模块中只使用一个单驱动马赫增德尔调制器，简化了毫米波生成模块的结构；同时由于毫米波生成模块仅需要调整单驱动第一马赫曾德尔调制器的直流偏压Vb2和射频信号的幅度电压VRF1就可以抑制中心波长和不需要的边带，提高了八倍频毫米波的稳定性；
3)本发明系统结构简单，器械成本低，能够产生频率为72GHz、误码率为0.9dBm的毫米波。
附图说明
图1是本发明的整体结构图；
图2是本发明中的光学频率梳的结构图；
图3是本发明中的毫米波生成模块的结构图；
图4是本发明中的毫米波放大调制子模块的结构图；
图5是本发明中的本地振荡子模块的结构图；
图6是本发明中的误码率检测子模块的结构图；
图7是用本发明在直流偏压分别为7.4V,13.8V，8.3V时的单驱动马赫曾德尔调制器输出光谱图；
图8是用本发明对单模光纤传输前后的基带信号误码率性能对比图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例和效果进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
参照图1，本发明包括三个模块，分别为光源1、毫米波生成模块2和毫米波调制检测模块3。其中，光源1采用光学频率梳；毫米波调制检测模块3包括毫米波放大调制子模块31、本地振荡子模块32、和误码率检测子模块33。光学频率梳作为输入信号，进入毫米波生成模块2，由毫米波生成模块2产生八倍频毫米波。产生的毫米波进入毫米波放大调制子模块31进行功率放大和调制后，与本地振荡子模块32产生的本地振荡信号共同进入误码率检测子模块33进行混频，最后通过误码率检测子模块33检测出混频后的毫米波信号的误码率。
参照图2，所述光学频率梳包括激光器11、光环形器12、两个偏振控制器13和14、偏振分束器15、光纤萨格纳克环16及起偏器17。第一偏振控制器13分别与激光器11和光环形器12连接，光环形器12的另两端分别连接第二偏振控制器14与偏振分束器15，偏振分束器15外接光纤萨格纳克环16，第二偏振控制器14的输出端与起偏器17连接。
光学频率梳的工作原理如下：
激光器11产生的光波先由第一偏振控制器13控制，在第一偏振控制器13的作用下经由光环形器12进入偏振分束器15。光波在偏振分束器15的作用下被分成两束线偏振光，且这两束光的偏振方向相互垂直。两束光由偏振分束器进入光纤萨格纳克环16，其中一束光沿顺时针方向传播，另一束光沿逆时针方向传播。光纤萨格纳克环16只调制顺时针方向的光，不调制逆时针方向的光。两束光波各自沿光纤萨格纳克环16绕行一周后，再次到达偏振分束器15被耦合成一束光波。耦合后的光波具有相互垂直的两个偏振状态，经由光环形器12进入第二偏振控制器14。在第二偏振控制器14的作用下进入起偏器17，起偏器17将光波不同的偏振分量修正，生成平坦的光学频率梳。
参照图3，所述毫米波生成模块包括第一马赫增德尔调制器21、第一电放大器22和射频信号发生器23。第一马赫增德尔调制器21的输入端与光学频率梳连接；驱动端外接第一电放大器22的输出端；第一电放大器22的输入端与射频信号发生器23的输入端连接。通过调整第一马赫增德尔调制器21的直流偏压Vb2和射频信号的幅度电压VRF1，可以抑制输入信号的中心波长和不需要的边带，产生八倍频毫米波。
通过调整单驱动第一马赫曾德尔调制器21在它最大传输点偏置的驱动电压，能使大多数奇数阶边带被抑制。再通过调整单驱动第一马赫曾德尔调制器21的直流偏压Vb2，中心波长和不需要的边带就可以有效地被抑制。
参照图4，所述毫米波放大调制子模块31包括掺饵光纤放大器311、第三偏振控制器312、第二马赫增德尔调制器313、第二电放大器314、脉冲信号发生器315、单模光纤316、光电二极管317和第三电放大器318；掺饵光纤放大器311的输入端与第一马赫增德尔调制器21的输出端连接；第三偏振控制器312的输入端和输出端分别连接掺饵光纤放大器311的输出端和第二马赫增德尔调制器313的输入端；第二马赫增德尔调制器313的驱动端外接第二电放大器314的输出端；第二电放大器314的输入端连接脉冲信号发生器315；第二马赫增德尔调制器313的输出端与单模光纤316连接；单模光纤316的另一端光通过电二极管317与第三电放大器318的输入端连接。
由毫米波生成模块2产生的八倍频毫米波在掺饵光纤放大器311中进行功率放大，然后通过第三偏振控制器312进入第二马赫增德尔调制器313。八倍频毫米波信号在第二马赫增德尔调制器313中由脉冲信号发生器315产生的脉冲信号调制。调制后的毫米波信号通过单模光纤316进入光电二极管317，进行光电转换后进入误码率检测子模块33。
参照图5，本地振荡子模块32包括移相器321和本地振荡器322；本地振荡器322的输出端与移相器321的输入端连接；移相器321的输出端与误码率检测子模块33连接。
本地振荡器322产生的本地信号进入移相器321，在移相器321实现与八倍频毫米波信号的同步相位后，再进入误码率检测子模块33。
参照图6，误码率检测子模块33包括混频器331、低通滤波器332和误码率测试仪333；混频器331的两个输入端分别连接第三电放大器318和移相器321的输出端；混频器331的输出端与低通滤波器332的输入端连接；低通滤波器的输出端332与误码率测试仪333的输入端连接。
毫米波放大调制子模块31中的八倍频毫米波和本地振荡子模块32中的本地信号在混频器331中进行混频。混频后的毫米波信号进入低通滤波器332滤除不需要的高频信号，然后通过误码率测试仪333检测误码率。
本发明的效果可以通过以下实验来说明：
1.实验条件：
设光学频率梳的中心波长为1557.5nm、线宽小于100kHz、输出功率为14.5dBm；
射频信号发生器23发出的射频信号RF的中心频率为9GHz；
第一电放大器22的带宽为10GHz,放大功率为18dBm，第一电放大器22放大的射频信号的幅度电压VRF1设置为大约7.8V；
第一马赫增德尔调制器21和第二马赫曾德尔调制器313的电带宽为30GHz、半波电压为5V。
2.实验内容：
实验1.在上述条件下，通过运行本发明系统，利用光源1和毫米波生成模块2产生八倍频毫米波，结果如图7，其中：
图7(a)是单驱动第一马赫曾德尔调制器21的直流偏压设置为7.4V，射频信号幅度电压为7.6V时生成的毫米波光谱图。
图7(b)是单驱动第一马赫曾德尔调制器21的直流偏压设置为13.8V，射频信号幅度电压为8.1V时生成的毫米波光谱图。
图7(c)是单驱动第一马赫曾德尔调制器21的直流偏压设置为8.3V，射频信号幅度电压为7.8V时生成的毫米波光谱图。
从图7可见，图7(a)毫米波的中心波长由于没有被完全抑制，未能生成八倍频毫米波；图7(b)完全抑制了中心波长从而生成了八倍频毫米波，但是残余边带的功率还是很高；图7(c)产生了72GHz的八倍频毫米波，并且降低了残余边带的功率。
实验2.在上述条件下，通过运行本发明系统，利用毫米波调制检测模块3检测生成的八倍频毫米波经20km单模光纤传输前后的误码率。测量结果如图8所示。
由图8可见，在误码率为1×10-9时20km单模光纤316传输前后的光接收功率灵敏度分别为-22.8dBm和-21.9dBm，所造成的0.9dBm的功率损失是由光纤的色散产生。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，但在不脱离本发明的精神或范围的情况下的修改均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于载波抑制产生八倍频毫米波的光载无线通信系统，包括光源(1)，毫米波生成模块(2)，毫米波调制检测模块(3)，其特征在于：
所述光源(1)，使用光学频率梳，用于对输入信号频率的调整；
所述毫米波生成模块(2)，使用一个单驱动第一马赫增德尔调制器(21)，该马赫增德尔调制器(21)连接在光源(1)与第一电放大器(22)之间，根据光源(1)所给出不同频率的信号，产生不同频率的毫米波；仅使用一个单驱动马赫曾德尔调制器(21)，调整调制器的直流偏压和射频信号的振幅电压就可以抑制中心载波和不需要的边带，产生八倍频毫米波。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述光学频率梳，包括激光器(11)、光环形器(12)、两个偏振控制器(13,14)、偏振分束器(15)、光纤萨格纳克环(16)及起偏器(17)；第一偏振控制器(13)分别与激光器(11)和光环形器(12)连接，光环形器(12)的另两端分别连接第二偏振控制器(14)与偏振分束器(15)，偏振分束器(15)外接光纤萨格纳克环(16)，第二偏振控制器(14)的输出端与起偏器(17)连接，通过控制偏振特性，生成平坦的光学频率梳。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：毫米波调制检测模块(3)包括：
毫米波放大调制子模块(31)，用于将毫米波生成模块(2)产生的八倍频毫米波进行功率放大，并将基带信号加载在八倍频毫米波上，再进行光电转换；
本地振荡子模块(32)，用于产生本地振荡信号，实现本地振荡信号与毫米波放大调制子模块(31)产生的八倍频毫米波信号的相位同步；
误码率检测子模块(33)，用于将毫米波放大调制子模块(31)产生的八倍频毫米波信号与本地振荡子模块(32)产生的本地振荡信号进行混频，检测出八倍频毫米波信号的误码率。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：毫米波放大调制子模块(31)，包括掺饵光纤放大器(311)、第三偏振控制器(312)、第二马赫增德尔调制器(313)、第二电放大器(314)、脉冲信号发生器(315)、单模光纤(316)、光电二极管(317)和第三电放大器(318)；掺饵光纤放大器(311)的输入端与第一马赫增德尔调制器(21)的输出端连接；第三偏振控制器(312)的输入端和输出端分别连接掺饵光纤放大器(311)的输出端和第二马赫增德尔调制器(313)的输入端；第二马赫增德尔调制器(313)的驱动端外接第二电放大器(314)的输出端；第二电放大器(314)的输入端连接脉冲信号发生器(315)；第二马赫增德尔调制器(313)的输出端与单模光纤(316)连接；单模光纤(316)另一端光通过电二极管(317)与第三电放大器(318)的输入端连接。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：本地振荡子模块(32)，包括移相器(321)和本地振荡器(322)；本地振荡器(322)的输出端与移相器(321)的输入端连接；移相器(321)的输出端与误码率检测子模块(33)连接。
6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：误码率检测子模块(33)，包括混频器(331)、低通滤波器(332)和误码率测试仪(333)；混频器(331)的两个输入端分别连接第三电放大器(318)和移相器(321)的输出端；混频器(331)的输出端与低通滤波器(332)的输入端连接；低通滤波器的输出端(332)与误码率测试仪(333)的输入端连接。
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