CN111555812A - 采用双极化mzm调制器同时产生有线无线信号的装置及系统 - Google Patents

采用双极化mzm调制器同时产生有线无线信号的装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用双极化MZM调制器同时产生有线无线信号的装置及系统，该装置用于产生包含QPSK信号I路数据、QPSK信号Q路数据和OOK数据信号的混合光信号，包括：毫米波载波发生模块，用于产生毫米波载波；I/Q混频器，用于产生QPSK毫米波信号；双极化MZM调制器，采用光副载波复用技术，同时产生QPSK调制格式的无线毫米波信号和OOK调制格式的有线基带信号，形成双边带光信号；光放大器，用于对双边带光信号进行放大；光滤波器，用于将放大后的双边带光信号转换为最终输出的混合光信号。与现有技术相比，本发明具有可靠性高、稳定性强、成本低廉、结构简单和易于实现等优点。

Description

采用双极化MZM调制器同时产生有线无线信号的装置及系统
技术领域
本发明属于光生毫米波技术领域，涉及一种基于光纤-无线(Radio-over-Fiber，缩写为RoF)的通信系统，尤其是涉及一种采用双极化MZM调制器同时产生有线无线信号的装置及系统。
背景技术
近年来，随着互联网技术的迅猛发展，各种新业务和新技术引发了数据流量急剧增长，通信网络带宽和容量规模的需求不断增大。移动通信、空间通信的通信频段正向更高频率的毫米波频段移动，该频段能够支持更大的传输带宽和速率，提供更大的系统容量。然而，基于电域技术已经难以产生高质量的毫米波信号。先进的光子技术己经能够产生高频的微波毫米波信号，突破电子带宽瓶颈的影响,并且可调频率范围大，相位噪声极低，并且能够与光通信网络实现无缝对接。为了充分利用光纤的巨大带宽和无线通信的灵活性，无线网络和光网络融合的RoF系统成为同时满足大容量和移动性的潜在解决方案。
下一代接入网正在推动有线和无线双重服务的融合，以经济高效的方式为终端用户提供更多超高带宽服务选择。在一些传统的有线和无线服务的融合方案中，使用级联的调制器同时产生基带和射频信号，这在增加成本的同时，提高了系统的复杂性和不稳定性，因此并不适用未来高速无线系统的发展。具有简单、低成本而可靠配置的高速有线和无线信号的生成和传输对于在实际网络中成功部署至关重要。
文献“Simultaneous generation of independent wired and wirelessservices using asingle modulator in millimeter-wave-band radio-over-fibersystems”(Z.Jia,J.Yu,A.Chowdhury,G.Ellimas,and G.-K.Chang,IEEE PhotonicsTechnology Letters,vol.19,no.20,pp.1691–1693,2007)中提出了一种使用单个双臂马赫-曾德尔调制器(Mach-Zehnder Modulator，缩写为MZM)，同时产生独立的有线、无线二进制开关键控(On-offkeying，缩写为OOK)信号的方案，从而使用较低成本实现超高速有线和无线双重服务。但是仍然存在有线、无线信号间相互干扰的问题，并且受到双边带引起的光纤色散走离效应的影响，从而使光纤传输距离受到限制，造成一定的功率损失，影响系统的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种采用双极化MZM调制器同时产生有线无线信号的装置及系统，可实现简单、成本低廉的高速有线和无线双重服务，同时具有高可靠性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种采用双极化MZM调制器同时产生有线无线信号的装置，该装置用于产生包含QPSK信号I路数据、QPSK信号Q路数据和OOK数据信号的混合光信号，包括：
毫米波载波发生模块，用于产生毫米波载波；
I/Q混频器，用于将QPSK信号I路数据和QPSK信号Q路数据加载至所述毫米波载波上，产生QPSK毫米波信号；
双极化MZM调制器，在所述QPSK毫米波信号和OOK基带电信号的驱动下，采用光副载波复用技术，同时产生QPSK调制格式的无线毫米波信号和OOK调制格式的有线基带信号，形成双边带光信号；
光放大器，用于对双边带光信号进行放大；
光滤波器，用于将放大后的双边带光信号转换为最终输出的混合光信号。
进一步地，所述毫米波载波发生模块包括相连接的正弦发生器和倍频器。
进一步地，所述QPSK毫米波信号和OOK基带电信号经电放大器放大后传输至所述双极化MZM调制器中。
进一步地，所述双极化MZM调制器的数据源为分布式反馈激光器。
进一步地，所述双极化MZM调制器包括两个PSK调制器、一个偏振分束器和一个偏振光束耦合器。
进一步地，所述双极化MZM调制器将QPSK毫米波信号和OOK基带电信号分别调制在原始光载波和与所述原始光载波相距设定频率的光毫米波副载波上，所述原始光载波的频率为fc，原始光载波的频率为，fR为毫米波载波的频率。
进一步地，所述双极化MZM调制器产生的双边带光信号中，无线毫米波信号和有线基带信号处于相互正交的偏振方向。
进一步地，所述混合光信号通过单模光纤传输。
本发明还提供一种通信系统，包括相连接的中心站和基站，所述中心站为所述的采用双极化MZM调制器同时产生有线无线信号的装置。
进一步地，所述基站包括：
光电二极管，用于将混合光信号转换为基带信号和毫米波电信号；
毫米波发送天线，用于发射毫米波电信号；
基带接收机，用于接收和处理基带信号。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明采用光副载波复用技术，利用一个双极化MZM调制器，同时产生QPSK调制格式的无线毫米波信号和OOK调制格式的有线基带信号，实现两种信号同时在同一波长上通过光纤传输，以经济高效的方式同时提供独立的有线和无线服务，供不同用户使用；也是首次将QPSK调制格式应用于有线、无线信号的双重服务。
2)本发明利用双极化MZM调制器，将两种信号调制在相互正交的偏振方向上，避免了两种信号在光电二极管中的相互干扰，从而保证提供高质量的有线和无线服务。
3)本发明将原双边带信号变为单边带信号，从而避免了两个边带引起的光纤色散走离效应，经过光纤传输后的光信号不需要进行色散补偿，从而实现一定长度光纤上的可靠传输。
4)本发明用较低廉的成本、结构简单的RoF系统，提供了可靠性较高的有线和无线双重服务。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为用户移动终端示意图；
图3为本发明实施例中的光信号光谱图；
图中，1—中心站，2—基站，3—QPSK信号I路数据，4—QPSK信号Q路数据，5—正弦波发生器，6—倍频器，7—I/Q混频器，8—电放大器，9—OOK数据信号，10—电放大器，11—分布式反馈激光器，12—双极化MZM调制器，13—光放大器，14—光滤波器，15—单模光纤，16—光电二极管，17—基带接收机，18—毫米波发射天线，19—毫米波接收天线，20—正弦波发生器，21—倍频器，22—混频器，23—基带接收机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
参考图1所示，本实施例提供一种采用双极化MZM调制器同时产生有线无线信号的装置，该装置用于产生包含QPSK信号I路数据3、QPSK信号Q路数据4和OOK数据信号9的混合光信号，包括毫米波载波发生模块、I/Q混频器7、双极化MZM调制器12、光放大器13和光滤波器14。毫米波载波发生模块用于产生频率为fR的毫米波载波，包括相连接的正弦发生器5和倍频器6。I/Q混频器7用于将QPSK信号I路数据和QPSK信号Q路数据加载至所述毫米波载波上，产生QPSK毫米波信号。双极化MZM调制器12在所述QPSK毫米波信号和OOK基带电信号的驱动下，采用光副载波复用技术，同时产生QPSK调制格式的无线毫米波信号和OOK调制格式的有线基带信号，形成双边带光信号；光放大器13用于对双边带光信号进行放大；光滤波器14用于将放大后的双边带光信号转换为最终输出的混合光信号。该装置可以仅利用单个双极化MZM调制器，同时产生QPSK无线毫米波信号和OOK有线基带信号，通过光副载波复用技术使两种信号同时在同一波长上通过光纤传输，以经济高效的方式同时提供独立的有线和无线服务。
双极化MZM调制器12的数据源为分布式反馈激光器11，通过分布式反馈激光器11产生中心频率fc的持续光波。QPSK毫米波信号和OOK基带电信号经电放大器8、10放大后传输至所述双极化MZM调制器12中，OOK基带电信号经电放大器10放大后在X偏振方向驱动双极化MZM调制器，QPSK毫米波信号经电放大器8放大后在Y偏振方向驱动双极化MZM调制器。双极化MZM调制器12将QPSK毫米波信号和OOK基带电信号分别调制在原始光载波和与所述原始光载波相距设定频率的光毫米波副载波上，且让两种信号处于相互正交的偏振方向，从而避免两种信号在接收端光电二极管中的相互干扰，所述原始光载波的频率为fc，原始光载波的频率为fc-fR，fc+fR，fR为毫米波载波的频率。本实施例中，双极化MZM调制器12由两个PSK调制器、一个偏振分束器和一个偏振光束耦合器集成而成。
调制产生的双边带光信号在光纤中会受到光纤色散走离效应的影响，从而限制光纤传输距离，因此需要使用光滤波器将双边带信号变为单边带信号，进而消除光纤色散走离效应的影响。本实施例中，光放大器13采用掺铒光纤光放大器，光滤波器14采用输入输出频率间隔为100/200G的光交错复用器。
本实施例中，OOK基带电信号为10Gbit/s。正弦发生器5产生15GHz正弦波，经过倍频器6，频率增倍至30GHz。产生的30GHz正弦信号通过I/Q混频器与I路二进制数据3、Q路二进制数据4混频，进行上变频，产生频率为30GHz的QPSK射频信号，生成QPSK光毫米波信号，QPSK毫米波信号为20Gbit/s。分布式反馈激光器11产生中心频率为1551.6nm的持续光波，双极化MZM调制器12基于光副载波复用技术，将10Gbaud有线OOK信号和10Gbaud无线QPSK信号分别加载在原始光载波和与载波相距30GHz的光毫米波副载波上，调制产生的双边带光信号经过掺铒光纤光放大器13放大的双边带光信号经光滤波器14变为单边带信号，并在15公里单模光纤15上进行传输。图3中的(a)和(b)分别给出了未使用光滤波器、使用光滤波器后的光信号光谱。
实施例2
如图1所示，本实施例提供一种通信系统，包括相连接的中心站1和基站2，所述中心站1为如实施例1所述的采用双极化MZM调制器同时产生有线无线信号的装置。所述基站2包括光电二极管16、毫米波发送天线18和基带接收机17，光电二极管16用于将混合光信号转换为基带信号和毫米波电信号；毫米波发送天线18用于发射毫米波电信号；基带接收机17用于接收和处理基带信号。
本实施例中，接收到的光信号经过光电二极管16直接检测，转换为电基带、电毫米波混合信号。对于电基带信号，可以直接用基带接收机17进行接收和处理；而电毫米波信号由30GHz波段发送天线18发射。
基站发射的信号可由用户移动终端接收。在图2所示的用户移动终端中，由30GHz波段接收天线19接收基站发射的30GHz毫米波信号。15GHz正弦波发生器20和倍频器21产生30GHz正弦波作为本地振荡信号，通过混频器22与接收到的毫米波进行混频，完成下变频，从而将信号由30GHz移至基带，最后基带信号通过基带接收机23进行接收和处理。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由本发明所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种采用双极化MZM调制器同时产生有线无线信号的装置，其特征在于，该装置用于产生包含QPSK信号I路数据、QPSK信号Q路数据和OOK数据信号的混合光信号，包括：
毫米波载波发生模块，用于产生毫米波载波；
I/Q混频器(7)，用于将QPSK信号I路数据和QPSK信号Q路数据加载至所述毫米波载波上，产生QPSK毫米波信号；
双极化MZM调制器(12)，在所述QPSK毫米波信号和OOK基带电信号的驱动下，采用光副载波复用技术，同时产生QPSK调制格式的无线毫米波信号和OOK调制格式的有线基带信号，形成双边带光信号；
光放大器(13)，用于对双边带光信号进行放大；
光滤波器(14)，用于将放大后的双边带光信号转换为最终输出的混合光信号。
2.根据权利要求1所述的采用双极化MZM调制器同时产生有线无线信号的装置，其特征在于，所述毫米波载波发生模块包括相连接的正弦发生器(5)和倍频器(6)。
3.根据权利要求1所述的采用双极化MZM调制器同时产生有线无线信号的装置，其特征在于，所述QPSK毫米波信号和OOK基带电信号经电放大器(8、10)放大后传输至所述双极化MZM调制器(12)中。
4.根据权利要求1所述的采用双极化MZM调制器同时产生有线无线信号的装置，其特征在于，所述双极化MZM调制器(12)的数据源为分布式反馈激光器(11)。
5.根据权利要求1所述的采用双极化MZM调制器同时产生有线无线信号的装置，其特征在于，所述双极化MZM调制器(12)包括两个PSK调制器、一个偏振分束器和一个偏振光束耦合器。
6.根据权利要求1所述的采用双极化MZM调制器同时产生有线无线信号的装置，其特征在于，所述双极化MZM调制器(12)将QPSK毫米波信号和OOK基带电信号分别调制在原始光载波和与所述原始光载波相距设定频率的光毫米波副载波上，所述原始光载波的频率为fc，原始光载波的频率为(fc-fR，fc+fR)，fR为毫米波载波的频率。
7.根据权利要求1所述的采用双极化MZM调制器同时产生有线无线信号的装置，其特征在于，所述双极化MZM调制器(12)产生的双边带光信号中，无线毫米波信号和有线基带信号处于相互正交的偏振方向。
8.根据权利要求1所述的采用双极化MZM调制器同时产生有线无线信号的装置，其特征在于，所述混合光信号通过单模光纤(15)传输。
9.一种通信系统，其特征在于，包括相连接的中心站(1)和基站(2)，所述中心站(1)为如权利要求1所述的采用双极化MZM调制器同时产生有线无线信号的装置。
10.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，所述基站(2)包括：
光电二极管(16)，用于将混合光信号转换为基带信号和毫米波电信号；
毫米波发送天线(18)，用于发射毫米波电信号；
基带接收机(17)，用于接收和处理基带信号。
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