CN109981198A - 一种基于多模光纤的宽带射频谱感知方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施了一种基于多模光纤的宽带射频谱感知方法及系统。该方法中，利用多模光纤对光脉冲信号进行随机滤波，得到滤波后的光脉冲信号；利用第一色散补偿光纤，对滤波后的光脉冲信号中的各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的光脉冲信号；将展宽后的光脉冲信号作为载波，对待感知的射频信号进行调制，得到调制信号；利用第二色散补偿光纤，对调制信号中各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的调制信号；对展宽后的调制信号依次进行光电转换和数模采样，得到采样信号；根据采样信号，重构射频信号的频谱。本发明实施例提供的基于多模光纤的宽带射频谱感知方法，可以降低具有宽带射频谱感知功能的系统的复杂度。

Description

一种基于多模光纤的宽带射频谱感知方法及系统

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，特别是涉及一种基于多模光纤的宽带射频谱感知方法及系统。

背景技术

频谱感知是无线电领域的关键技术，其工作原理是通过对未知射频信号进行采样，从而根据采样信号实现对射频信号的频谱的重构。

由于光子器件具有大带宽的特性，因此，现有的频谱感知方法通常结合光子技术来实现对射频信号的频谱感知，以适应日益增长的宽带应用的需求。该现有的频谱感知方法包括：利用在光域上调制的高速伪随机信号，对射频信号进行调制，得到光调制信号；通过光电探测器将光调制信号转化为电信号；利用ADC(analog-digital converter，模数转换器)对电信号进行采样，得到采样信号；根据采样信号重构射频信号的频谱。

然而，由于在光上调制的高速伪随机信号，其调制速率需高于对射频信号的奈奎斯特采样速率才能实现对射频信号的重构，而高速伪随机信号的发生装置实现起来较为复杂，从而导致具有宽带射频谱感知功能的系统复杂度较高。因此，急需一种射频谱感知方法，以降低具有宽带射频谱感知功能的系统的复杂度。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于多模光纤的宽带射频谱感知方法及系统，以降低具有宽带射频谱感知这种应用需求的系统的复杂度。具体技术方案如下：

一种基于多模光纤的宽带射频谱感知方法，包括：

利用多模光纤对光脉冲信号进行随机滤波，得到滤波后的光脉冲信号；

利用第一色散补偿光纤，对所述滤波后的光脉冲信号中的各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的光脉冲信号；所述展宽后的光脉冲信号中，每两个相邻的光脉冲在时域上不重合；

将所述展宽后的光脉冲信号作为载波，对待感知的射频信号进行调制，得到调制信号；

利用第二色散补偿光纤，对所述调制信号中各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的调制信号；所述展宽后的调制信号中，每两个相邻的光脉冲在时域上部分重合；

对所述展宽后的调制信号依次进行光电转换和数模采样，得到采样信号；

根据所述采样信号，重构所述射频信号的频谱。

可选地，所述调制信号包括多路；

所述利用第二色散补偿光纤，对所述调制信号中各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的调制信号，包括：

分别将每路调制信号通过光环形器送入所述第二色散补偿光纤的一端，在所述第二色散补偿光纤的另一端，得到展宽后的该路调制信号。

可选地，所述利用所述展宽后的光脉冲信号，对待感知的射频信号进行调制，得到调制信号的步骤，包括：

利用预设的时间窗口，从时域上分别对待感知的射频信号和所述展宽后的光脉冲信号进行截取；

将截取所得的多个光脉冲作为载波，利用电光调制器，对截取所得的射频信号进行调制，得到调制信号；

其中，所述截取所得的多个光脉冲中，第一个光脉冲的起始时间与所述时间窗口的起始时间相等，最后一个光脉冲的结束时间与所述时间窗口的结束时间相等。

可选地，所述多模光纤，包括阶跃型多模光纤。

一种基于多模光纤的宽带射频谱感知系统，包括：光脉冲源、多模光纤、第一色散补偿光纤、电光调制器、第二色散补偿光纤、光电探测器、数模转换器以及频谱重构组件；

所述光脉冲源，用于产生光脉冲信号；

所述多模光纤，用于对所述光脉冲信号进行随机滤波，得到滤波后的光脉冲信号；

所述第一色散补偿光纤，用于对所述滤波后的光脉冲信号中的各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的光脉冲信号；所述展宽后的光脉冲信号中，每两个相邻的光脉冲在时域上不重合；

所述电光调制器，用于将所述展宽后的光脉冲信号作为载波，对待感知的射频信号进行调制，得到调制信号；

所述第二色散补偿光纤，用于对所述调制信号进行展宽，得到展宽后的调制信号；所述展宽后的调制信号中，每两个相邻的光脉冲在时域上部分重合；

所述光电探测器，用于对所述展宽后的调制信号进行光电转换，得到转换后的信号；

所述数模转换器，用于对所述转换后的信号进行数模采样，得到采样信号；

所述频谱重构组件，用于根据所述采样信号，重构所述射频信号的频谱。

可选地，所述调制信号包括多路；

所述系统还包括：多个光环形器；其中，每个光环形器与一路调制信号对应，用于将该路调制信号送入所述第二色散补偿光纤。

可选地，所述系统还包括：信号截取组件；

所述信号截取组件，用于利用预设的时间窗口，从时域上分别对待感知的射频信号和所述展宽后的光脉冲信号进行截取；

所述电光调制器，具体用于：

将截取所得的多个光脉冲信号作为载波，对截取所得的射频信号进行调制，得到调制信号；

其中，所述截取所得的多个光脉冲中，第一个光脉冲的起始时间与所述时间窗口的起始时间相等，最后一个光脉冲的结束时间与所述时间窗口的结束时间相等。

可选地，所述多模光纤，包括阶跃型多模光纤。

本发明实施例提供的基于多模光纤的宽带射频谱感知方法中，利用多模光纤对光脉冲信号进行随机滤波，得到滤波后的光脉冲信号；利用第一色散补偿光纤，对滤波后的光脉冲信号中的各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的光脉冲信号；将展宽后的光脉冲信号作为载波，对待感知的射频信号进行调制，得到调制信号；进而，对调制信号中各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的调制信号，对展宽后的调制信号依次进行光电转换和数模采样，得到采样信号；并根据采样信号，重构射频信号的频谱。本方案中，利用无源的光纤结构代替现有的在光上调制高速的伪随机信号，可以显著地降低具有宽带射频谱感知功能的系统的复杂度。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于多模光纤的宽带射频谱感知方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种基于多模光纤的宽带射频谱感知方法中，时间窗口与多个光脉冲同步的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于多模光纤的宽带射频谱感知方法中，当调制信号包括2路时，将调制信号送入第二色散补偿光纤的一种连接方式的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种基于多模光纤的宽带射频谱感知系统的架构示意图。

具体实施方式

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。

为了降低具有宽带射频谱感知这种应用需求的系统的复杂度，本发明实施例提供了一种基于多模光纤的宽带射频谱感知方法及系统。

首先，对本发明实施例提供的一种基于多模光纤的宽带射频谱感知方法进行详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供的一种基于多模光纤的宽带射频谱感知方法，可以包括以下步骤：

S101：利用多模光纤对光脉冲信号进行随机滤波，得到滤波后的光脉冲信号。

这里，利用多模光纤对光脉冲信号进行随机滤波，得到滤波后的光脉冲信号，可以包括：将光脉冲信号送入多模光纤的一端，在多模光纤的另一端，得到展宽后的调制信号。

另外，对光脉冲信号进行随机滤波，是指随机地对光脉冲信号的频谱中的频率分量进行滤除。

可以理解的是，相较于单模光纤仅允许一种模式的光在该光纤上传输，多模光纤可以允许多种不同模式的光同时在该光纤上传输。这样，当光脉冲信号经过多模光纤后，由于不同的传输模式间存在干涉效应，故在多模光纤的输出端的局部空间位置可以产生随机的频率响应，从而达到对光脉冲信号进行随机滤波的效果。

在现有技术中，多模光纤包括阶跃型多模光纤和渐变型多模光纤两种。其中，渐变型多模光纤的芯的折射率，从外围到芯的中心点逐渐增加，从而可以减少光的色散；阶跃型多模光纤的芯，折射率不变，只有在最外围的表面上才会突然降低。

本发明实施例中，为了获得更好的滤波效果，多模光纤可以采用阶跃型多模光纤。

S102：利用第一色散补偿光纤，对滤波后的光脉冲信号中的各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的光脉冲信号，展宽后的光脉冲信号中，每两个相邻的光脉冲在时域上不重合。

其中，第一色散补偿光纤可以为一段色散补偿光纤，这里，色散补偿光纤为在现有的单模光纤的标准的基础上所开发的一种新型单模光纤，该色散补偿光纤的色散为负值。由于色散补偿光纤的色散为负值，可以使光脉冲信号产生线性的啁啾效应，故利用该线性的啁啾效应，可以实现光脉冲信号的时域与频域的映射，即光脉冲信号在时域上被展宽，且展宽后的波形可以与光脉冲信号在频域上的频谱图形达到相似的效果。这样，展宽后的光脉冲信号与光域上调制的高速伪随机信号相似，故利用多模光纤对光脉冲信号中的各个光脉冲进行随机滤波后得到的光脉冲信号，可以代替现有的在光上调制高速的伪随机信号。其中，啁啾效应，为光脉冲瞬时频率随时间的变化而变化的一种常见的物理现象。

这里，利用第一色散补偿光纤，对滤波后的光脉冲信号中各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的调制信号，可以包括：将滤波后的光脉冲信号送入第一色散补偿光纤的一端，在第二色散补偿光纤的另一端，得到展宽后的调制信号。可以理解的是，对滤波后的光脉冲信号中的各个光脉冲进行展宽，即是对各个光脉冲在时域上的宽度所进行的展宽。

可以理解的是，本发明实施例中，第一色散补偿光纤的作用在于，对展宽后的光脉冲信号中的各个光脉冲进行展宽。通过调整第一色散补偿光纤的色散，可以达到对展宽后的光脉冲信号中各个光脉冲所展宽的程度的调整。

需要说明的是，本发明对第一色散补偿光纤的色散的值，以及展宽后的光脉冲信号的展宽程度并不做限定，只需展宽后的光脉冲信号中，每两个相邻的光脉冲在时域上不重合即可。

在实际应用中，可以利用锁模脉冲激光器来产生光脉冲信号。关于锁模脉冲激光器产生光脉冲信号的具体实现方式，属于现有技术，本发明对在此不做赘述。

S103：将展宽后的光脉冲信号作为载波，对待感知的射频信号进行调制，得到调制信号。

这里，将展宽后的光脉冲信号作为载波，对待感知的射频信号进行调制，得到调制信号的具体实现方式存在多种。示例性的，在一种实现方式中，将展宽后的光脉冲信号作为载波，对待感知的射频信号进行调制，得到调制信号，可以包括：

将展宽后的光脉冲信号作为载波，利用电光调制器，对待感知的射频信号进行调制，得到调制信号。

在实际应用中，受限于电光调制器的数据处理能力，可以从待感知的射频信号和展宽后的光脉冲信号中，截取一部分的信号后再执行调制的动作。因此，在另一种实现方式中，将展宽后的光脉冲信号作为载波，对待感知的射频信号进行调制，得到调制信号，可以包括：

利用预设的时间窗口，从时域上分别对待感知的射频信号和所述展宽后的光脉冲信号进行截取；

将截取所得的多个光脉冲作为载波，利用电光调制器，对截取所得的射频信号进行调制，得到调制信号；

其中，截取所得的多个光脉冲中，第一个光脉冲的起始时间与所述时间窗口的起始时间相等，最后一个光脉冲的结束时间与所述时间窗口的结束时间相等，如图2所示。

在实际应用中，可以将上述的时间窗口设置为与预设数量个光脉冲同步，这样，在利用该时间窗口对待感知的射频信号进行截取后，也就实现了对光脉冲信号的同步截取，并且，截取到的光脉冲可以为预设数量个完整的光脉冲。

可以理解的是，电光调制器的作用在于将截取所得的多个光脉冲与截取所得的射频信号进行相乘。另外，电光调制器的种类可以存在多种。示例性的，上述的电光调制器可以包括马赫曾德尔调制器，当然并不局限于此。

S104：利用第二色散补偿光纤，对调制信号中各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的调制信号。其中，展宽后的调制信号中，每两个相邻的光脉冲在时域上部分重合。

其中，第二色散补偿光纤可以为一段色散补偿光纤，第二色散补偿光纤作用在于，使调制信号中原本互不重合的光脉冲产生重合，即产生非相干混叠，从而对调制信号实现光上的积分运算。通过调整第二色散补偿光纤的色散，可以达到对展宽后的调制信号中各个光脉冲所展宽的程度的调整。

另外，利用第二色散补偿光纤，对调制信号中各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的调制信号，可以包括：将调制信号送入第二色散补偿光纤的一端，在第二色散补偿光纤的另一端，得到展宽后的调制信号。可以理解的是，对调制信号中的各个光脉冲进行展宽，即是对各个光脉冲在时域上的宽度所进行的展宽。

需要说明的是，本发明对第二色散补偿光纤的色散的值，以及展宽后的调制信号的展宽程度不做限定，只需展宽后的调制信号中，光脉冲间有重叠的效果即可。

另外，在实际应用中，利用电光调制器得到的调制信号可以包括多路，因此，利用第二色散补偿光纤，对所述调制信号中各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的调制信号，可以包括：分别将每路调制信号通过光环形器送入所述第二色散补偿光纤的一端，在所述第二色散补偿光纤的另一端，得到展宽后的该路调制信号。

这里，光环形器包括3个端口：端口1、端口2以及端口3。其中，端口1通向端口2，但端口2不能通向端口1；端口2通向端口3，但端口3不能通向端口2；端口1和端口3则互不相通。这里所说端口2不能通向端口1、端口3不能通向端口2以及端口1和端口3互不相通，是指信号从这样的方向通过后，损耗会很大。

举例而言，假设利用电光调制器得到的调制信号可以包括A路调制信号和B路调制信号共2路，那么将这2路调制信号送入第二色散补偿光纤的实现方式可以如图3所示，图3中，实线代表A路调制信号的走向，虚线代表B路调制信号的走向。其中，A路调制信号进入光环形器A的端口1，从光环形器A的端口2进入第二色散补偿光纤，通过第二色散补偿光纤后，进入光环形器B的端口2，从光环形器B的端口3进入光电转换器；B路调制信号进入光环形器B的端口1，从光环形器B的端口2进入第二色散补偿光纤，通过第二色散补偿光纤后，进入光环形器A的端口2，从光环形器A的端口3进入光电转换器。

从图3中可见，由于每个光环形器均有2条通路，故每个光环形器的作用不仅在于将一路调制信号送入第二色散补偿光纤，还可以将另外一路通过第二色散补偿光纤后的调制信号，送入光电转换器中。

S105：对展宽后的调制信号依次进行光电转换和数模采样，得到采样信号。

本步骤中，对展宽后的调制信号进行光电转换，可以利用光电探测器来实现。另外，对进行过光电转换后的调制信号进行数模采样，可以利用数模转换器来实现。关于利用光电探测器和数模转换器对展宽后的调制信号进行光电转和数模采样的具体实现方式，属于现有技术，本发明对在此不做赘述。

S106：根据采样信号，重构射频信号的频谱。

这里，根据采样信号，重构射频信号的频谱实现方式可以存在多种。示例性的，在一种实现方式中，可以采用现有的压缩感知技术中，重构射频信号的方法，对射频信号的频谱进行重构。

可以理解的是，重构了射频信号的频谱，即完成了射频信号的频谱感知。

本发明实施例提供的基于多模光纤的宽带射频谱感知方法中，利用多模光纤对光脉冲信号进行随机滤波，得到滤波后的光脉冲信号；利用第一色散补偿光纤，对滤波后的光脉冲信号中的各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的光脉冲信号；将展宽后的光脉冲信号作为载波，对待感知的射频信号进行调制，得到调制信号；进而，利用第二色散补偿光纤对调制信号中各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的调制信号，对展宽后的调制信号依次进行光电转换和数模采样，得到采样信号；并根据采样信号，重构射频信号的频谱。本方案中，利用无源的光纤结构代替现有的在光上调制高速的伪随机信号，可以显著地降低具有宽带射频谱感知功能的系统的复杂度。

另外，为了在S105中重构射频信号的频谱时计算方便，可以对S102中展宽后的光脉冲信号的光脉冲的宽度，以及对S104中展宽后的调制信号的光脉冲的宽度进行具体的限定。

可选地，在一种实现方式中，对S102中展宽后的光脉冲信号的光脉冲的宽度的限定，可以包括：展宽后的光脉冲信号中，每两个相邻的光脉冲在时域上互相衔接但不重合；而S104中展宽后的调制信号中的光脉冲的宽度，可以满足下述公式：w₂＝(n-1)×w₁。

其中，w₂为展宽后的调制信号中的光脉冲的宽度；w₁为在调制步骤之前，展宽后的光脉冲信号的光脉冲的宽度；n为与S103中的时间窗口同步的预设数量个光脉冲的个数。这样，展宽后的调制信号中，每两个相邻的光脉冲在时域重合的宽度，等于一个光脉冲的宽度的(n-1)/n，第一个光脉冲和最后一个光脉冲也有部分重合，且重合的宽度等于一个光脉冲的宽度的1/n。

其中，对展宽后的光信号中的光脉冲的宽度的限定，可以通过限定第一色散补偿光纤的色散的方式来实现；对展宽后的调制信号中的光脉冲的宽度的限定，可以通过限定第二色散补偿光纤的色散的方式来实现。

在实际应用中，由于20dB带宽可以代表脉冲的全高全宽，故可以将光脉冲信号的重复产生光脉冲时的时间间隔除以每个光脉冲的20dB带宽后的值，取负值后作为第一色散补偿光纤的色散的值；将第一色散补偿光纤的色散乘以(n-1)之后的值，作为第二色散补偿光纤的色散的值。

相应于上述的一种基于多模光纤的宽带射频谱感知方法，本发明实施例还提供了一种基于多模光纤的宽带射频谱感知系统。如图4所示，本发明实施例提供的基于多模光纤的宽带射频谱感知系统，可以包括：光脉冲源401、多模光纤402、第一色散补偿光纤403、电光调制器404、第二色散补偿光纤405、光电探测器406、数模转换器407以及频谱重构组件408；

其中，所述光脉冲源401，用于产生光脉冲信号；

所述多模光纤402，用于对所述光脉冲信号进行随机滤波，得到滤波后的光脉冲信号；

所述第一色散补偿光纤403，用于对滤波后的光脉冲信号中的各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的光脉冲信号；

所述电光调制器404，用于将所述展宽后的光脉冲信号作为载波，对待感知的射频信号进行调制，得到调制信号；

所述第二色散补偿光纤405，用于对所述调制信号进行展宽，得到展宽后的调制信号；

所述光电探测器406，用于对所述展宽后的调制信号进行光电转换，得到转换后的信号；

所述数模转换器407，用于对所述转换后的信号进行数模采样，得到采样信号；

所述频谱重构组件408，用于根据所述采样信号，重构所述射频信号的频谱。

其中，多模光纤402可以为一段阶跃型多模光纤。

可以理解的是，光脉冲信号通过多模光纤后，光脉冲信号的频谱可以被多模光纤随机地滤除，成为滤波后电光脉冲信号；滤波后的光脉冲信号通过第一色散补偿光纤后，滤波后的光脉冲信号中的各个光脉冲的宽度可以被第一色散补偿光纤展宽。另外，当调制信号通过第二色散补偿光纤后，调制信号中的各个光脉冲的宽度可以被第二色散补偿光纤展宽。

可选地，在一种实现方式中，电光调制器404输出的调制信号可以包括多路，当需要使多路调制信号同时通过第二色散补偿光纤时，本发明实施例提供的一种基于多模光纤的宽带射频谱感知系统，还可以包括多个光环形器；其中，每个光环形器与一路调制信号对应，用于将该路调制信号送入所述第二色散补偿光纤。

关于利用环形器将多路调制信号送入第二色散补偿光纤的具体实现方式，在对本发明实施例提供的一种基于多模光纤的宽带射频谱感知方法的描述中已经进行过详细描述，此处不再赘述。

可选地，在一种实现方式中，本发明实施例提供的一种基于多模光纤的宽带射频谱感知系统，还可以包括信号截取组件，该信号截取组件，用于利用预设的时间窗口，从时域上分别对待感知的射频信号和所述展宽后的光脉冲信号进行截取。其中，截取所得的多个光脉冲中，第一个光脉冲的起始时间与时间窗口的起始时间相等，最后一个光脉冲的结束时间与时间窗口的结束时间相等。

相应的，上述的电光调制器可以具体用于：将截取所得的多个光脉冲作为载波，对截取所得的射频信号进行调制，得到调制信号。

本发明实施例提供的基于多模光纤的宽带射频谱感知系统，利用多模光纤对光脉冲信号进行随机滤波，得到滤波后的光脉冲信号；利用第一色散补偿光纤，对滤波后的光脉冲信号中的各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的光脉冲信号；将展宽后的光脉冲信号作为载波，对待感知的射频信号进行调制，得到调制信号；进而，利用第二色散补偿光纤对调制信号中各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的调制信号，对展宽后的调制信号依次进行光电转换和数模采样，得到采样信号；并根据采样信号，重构射频信号的频谱。本方案中，利用无源的光纤结构代替现有的在光上调制高速的伪随机信号，因此，相较于现有的宽带射频谱感知系统，本发明实施例提供的基于多模光纤的宽带射频谱感知系统，复杂度较低。

下面，以一具体的实施例为例，对本发明实施例提供的基于多模光纤的宽带射频谱感知系统，进行进一步的说明。需要说明的是，该具体实施例所示出的各类型光纤的数量和色散、光脉冲信号的参数、光电转换器的种类，调制器的种类、重构算法的种类以及数模转换器的转换速率仅仅作为示例，并不应该构成对本发明的限定。

示例性的，本发明实施例提供的基于多模光纤的宽带射频谱感知系统中，光脉冲源所产生的光脉冲信号可以为波长为1550纳米、重复频率为100兆赫兹、半高全宽为166.7飞秒，以及20dB带宽约为60纳米的高斯光脉冲；第一色散补偿光纤可以为一段色散为-166.7皮秒/纳米的色散补偿光纤；截取组件所采用的时间窗口，可以与脉冲信号中的16个光脉冲同步，即该时间窗口的长度，等于时域上16个光脉冲的长度；电光调制器可以为一个马赫增德尔调制器，马赫增德尔调制器输出的调制信号为2路，故光环形器的数量可以为2；第二色散补偿光纤可以为一段色散为-2500皮秒/纳米的色散补偿光纤；光电转换器可以为一个平衡探测器，这里；数模转换器可以采用转换速率为4.65吉赫兹的数模转换器；算法重构组件所采用的算法可以为lasso(Lesat absolute shrinkage and seletion operator，最小绝对值收敛和选择算子)算法。关于马赫增德尔调制器、平衡探测器以及lasso算法的工作或实现原理，均属于现有技术，本发明在此不做赘述。

其中，光脉冲信号的重复频率为100兆赫兹，即光脉冲信号的重复产生时间的间隔为10纳秒。将光脉冲信号的重复产生时间的间隔除以每个光脉冲的20dB带宽后的值，取负值后作为第一色散补偿光纤的色散的值，即第一色散补偿光纤的色散＝-(10纳秒/60纳米)＝-166.7皮秒/纳米。第二色散补偿光纤的色散＝-166.7皮秒/纳米×(16-1)＝-2500皮秒/纳米。

需要强调的是，该实施例中，将第一色散补偿光纤的色散和第二色散补偿光纤的色散分别设定为-166.7皮秒/纳米和-2500皮秒/纳米，是基于后续利用重构算法重构射频信号的频谱时方便计算来考虑的，因此，上述的关于第一色散补偿光纤和第一色散补偿光纤的色散的计算或确定方式，仅仅作为示例，并不应该构成对本发明的限定。任何可达到下述展宽效果的第一色散补偿光纤和第二色散补偿光纤，均适用于本发明实施例提供的基于多模光纤的宽带射频谱感知方法：

展宽后的光脉冲信号中，每两个相邻的光脉冲在时域上不重合即可；

展宽后的调制信号中，每两个相邻的光脉冲在时域上部分重合即可。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于多模光纤的宽带射频谱感知方法，其特征在于，包括：

利用多模光纤对光脉冲信号进行随机滤波，得到滤波后的光脉冲信号；

利用第一色散补偿光纤，对所述滤波后的光脉冲信号中的各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的光脉冲信号；所述展宽后的光脉冲信号中，每两个相邻的光脉冲在时域上不重合；

将所述展宽后的光脉冲信号作为载波，对待感知的射频信号进行调制，得到调制信号；

利用第二色散补偿光纤，对所述调制信号中各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的调制信号；所述展宽后的调制信号中，每两个相邻的光脉冲在时域上部分重合；

对所述展宽后的调制信号依次进行光电转换和数模采样，得到采样信号；

根据所述采样信号，重构所述射频信号的频谱。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调制信号包括多路；

所述利用第二色散补偿光纤，对所述调制信号中各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的调制信号，包括：

分别将每路调制信号通过光环形器送入所述第二色散补偿光纤的一端，在所述第二色散补偿光纤的另一端，得到展宽后的该路调制信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述展宽后的光脉冲信号，对待感知的射频信号进行调制，得到调制信号的步骤，包括：

利用预设的时间窗口，从时域上分别对待感知的射频信号和所述展宽后的光脉冲信号进行截取；

将截取所得的多个光脉冲作为载波，利用电光调制器，对截取所得的射频信号进行调制，得到调制信号；

其中，所述截取所得的多个光脉冲中，第一个光脉冲的起始时间与所述时间窗口的起始时间相等，最后一个光脉冲的结束时间与所述时间窗口的结束时间相等。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多模光纤，包括阶跃型多模光纤。

5.一种基于多模光纤的宽带射频谱感知系统，其特征在于，包括：光脉冲源、多模光纤、第一色散补偿光纤、电光调制器、第二色散补偿光纤、光电探测器、数模转换器以及频谱重构组件；

所述光脉冲源，用于产生光脉冲信号；

所述多模光纤，用于对所述光脉冲信号进行随机滤波，得到滤波后的光脉冲信号；

所述第一色散补偿光纤，用于对所述滤波后的光脉冲信号中的各个光脉冲进行展宽，得到展宽后的光脉冲信号；所述展宽后的光脉冲信号中，每两个相邻的光脉冲在时域上不重合；

所述电光调制器，用于将所述展宽后的光脉冲信号作为载波，对待感知的射频信号进行调制，得到调制信号；

所述第二色散补偿光纤，用于对所述调制信号进行展宽，得到展宽后的调制信号；所述展宽后的调制信号中，每两个相邻的光脉冲在时域上部分重合；

所述光电探测器，用于对所述展宽后的调制信号进行光电转换，得到转换后的信号；

所述数模转换器，用于对所述转换后的信号进行数模采样，得到采样信号；

所述频谱重构组件，用于根据所述采样信号，重构所述射频信号的频谱。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述调制信号包括多路；

所述系统还包括：多个光环形器；其中，每个光环形器与一路调制信号对应，用于将该路调制信号送入所述第二色散补偿光纤。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：信号截取组件；

所述信号截取组件，用于利用预设的时间窗口，从时域上分别对待感知的射频信号和所述展宽后的光脉冲信号进行截取；

所述电光调制器，具体用于：

将截取所得的多个光脉冲信号作为载波，对截取所得的射频信号进行调制，得到调制信号；

其中，所述截取所得的多个光脉冲中，第一个光脉冲的起始时间与所述时间窗口的起始时间相等，最后一个光脉冲的结束时间与所述时间窗口的结束时间相等。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述多模光纤，包括阶跃型多模光纤。