CN111917475A - 基于单个调制器同时提供有线和单边带无线业务的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光纤‑无线通信技术领域，具体为一种基于单个调制器同时提供有线和单边带无线业务的系统。本发明系统包括：用于产生光载波的激光器，用于产生基带信号的两个信号发生器，用于产生单频率的电载波的本地振荡器，一个将有线和无线信号分别调制到光的两个正交偏振态上的双极化二进制相移键控调制器，以及倍频器、混频器、功分器、相位调节器和电放大器等；本发明采用双极化二进制相移键控调制器，即可完成有线和单边带无线信号的调制，利用偏振复用技术实现有线和单边带无线业务的融合，克服了两者在接收端的相互串扰问题。同时通过调节调制器的偏置电压以及射频信号的相位差，直接实现了单边带调制，可避免光滤波器的使用，节省成本。

Description

基于单个调制器同时提供有线和单边带无线业务的系统
技术领域
本发明属于光纤-无线通信技术领域，具体涉及基于单个调制器同时提供有线和单边带无线业务的系统。
背景技术
近些年来，随着云计算、多媒体服务以及交互式游戏等各种新兴业务的快速发展，各种新技术的产生需要大量的数据流量，通信网络的容量需求不断增大。毫米波频段可以支撑更大的带宽和更高的速率，扩大系统容量，因此移动通信的频段正向更高频率的毫米波段迈进。光纤通信传输频带宽、抗干扰性强、信号衰减小，已成为世界通信中主要传输方式。而光载无线通信（ROF）技术可以充分利用光纤的优点来降低成本，并能结合无线通信技术的灵活性，是未来通信网络中极具前景的备选方案。在一根光纤中同时传输基带信号和无线信号，更能为用户提供灵活便利的服务，提升工作效率。因此在ROF系统中，将基带有线信号和无线信号在光纤中共同传输至关重要。为了以经济高效的方式为用户提供超高宽带服务，研究者们正在推动无线和有线信号的融合，实现不同频段的无线和有线信号在同一个系统中进行传输。
在其它的无线和有线融合方案中，有些方案系统需要多个调制器来调制不同频段信号，结构复杂。有些方案虽使用单个调制器产生了有线和无线信号，但存在有线和无线信号间相互干扰的问题，且因为采用双边带调制会受到光纤色散带来的走离效应影响。为了解决这种影响，有些方案采用光滤波器滤或其他光学器件来去滤除双边带信号的一个边带得到单边带信号，从而克服光纤色散的走离效应，但这无疑会增加系统的成本，并且当微波/毫米波的频率发生变化时，通过滤波器产生单边带信号的方法就显得不够灵活。
发明内容
本发明的目的在于提出一种结构简单，复杂度低，传输距离大的基于单个调制器同时提供有线和单边带无线业务的系统。
本发明提供的基于单个调制器同时提供有线和单边带无线业务的系统，采用双极化二进制相移键控调制器，即可完成有线和单边带无线信号的调制；利用偏振复用技术实现有线和单边带无线业务的融合，克服了两者在接收端的相互串扰问题；本发明方案与其它类似方案相比，更加高效的地方在于，通过调节调制器的偏置电压以及射频信号的相位差，直接实现单边带调制，避免了光滤波器的使用，进一步节省了成本。
本发明提供的基于单个调制器同时提供有线和单边带无线业务的系统，具体包括：
一个本地振荡器，用于产生单频率的电载波；
一个倍频器，使输出端频率为输入端频率的整数倍（例如可以使用四倍频）；
一个混频器，用于进行上变频，将基带无线信号加载到倍频器输出的载波上；
两个电放大器，用于放大电信号；
一个功分器，将一路信号分束成两路；
一个相位调节器，用于调节相位差；
两个信号发生器，用于产生基带信号；
一个激光器，用于产生光载波；
一个双极化二进制相移键控调制器，该调制器是一个集成的光器件，包括一个偏振分束器、一个偏振光束耦合器和两个双驱动马赫曾德尔调制器：DD-MZM1和DD-MZM2；其作用是将有线和无线信号分别调制到光的两个正交的偏振态上；
一个光放大器，用于放大调制得到的混合光信号（具体可使用掺铒光纤放大器）；
一个光电探测器，实现光信号的光电转换，将光信号转化为电信号；
一段单模光纤，用于进行光传输。
其中，激光器连接双极化二进制相移键控调制器；本地振荡器连接倍频器、混频器、第一电放大器，第一信号发生器连接第一电放大器，第一电放大器连接功分器，功分器的一路直接连接到DD-MZM1，另一路连接相位调节器后再连接到DD-MZM1；第二信号发生器连接第二电放大器；第二电放大器连接到DD-MZM2；DD-MZM1和DD-MZM2的输出依次连接掺铒光纤放大器、单模光纤、光电探测器。
所述的基于单个调制器同时提供有线和单边带无线业务的系统，其工作过程如下：
激光器产生单一频率激光，作为光载波接入双极化二进制相移键控调制器的光输入端；由本地振荡器和倍频器产生所需要的电载波，混频器将第一信号发生器产生的基带无线信号加载到倍频器输出的电载波上，完成信号的上变频；由第二信号发生器直接产生有线基带信号；无线信号和基带有线信号分别经第一电放大器和第二电放大器放大后接到DD-MZM1和DD-MZM2的电输入端；双极化二进制相移键控调制器将两种信号分别调制到相互正交的两个光偏振态上：在X偏振态上，DD-MZM1实现单边带调制，无线信号加载在副载波上；在Y偏振态上，有线基带信号通过DD-MZM2调制到原始光载波；两路信号经耦合输出，通过掺铒光纤放大器光放大器放大后经单模光纤传输，最后光信号通过光电检测器，即得到电域的有线信号和无线信号。
本发明中，DD-MZM1、DD-MZM2中都有两条调制臂，都可以看作是相位调制器。从电放大器出来后的单路射频无线信号经功分器后分为两路，其中一路通过相位调节器来调节相位，最终相位差为90°的两路射频信号驱动DD-MZM1的两个交流电极，同时施加在DD-MZM1两臂上的直流偏压相差Vπ/2（Vπ代表半波电压），这样即可利用DD-MZM1在X偏振方向上实现单边带调制。而有线信号链路在Y偏振方向上采用强度调制，通过驱动DD-MZM2的一条调制臂，并在正交点偏置即可实现。
本发明提出基于单个调制器同时提供有线和单边带无线业务的系统，结构简单，复杂度低，调制效率高，用低廉的成本，提供了可靠性高的有线和单边带无线双重服务。具有如下优势：
1、通过一个调制器即可提供有线和单边带无线服务，结构简单，复杂度低。
2、通过调节DD-MZM两臂上的直流偏压以及驱动DD-MZM的两路射频信号相位差，直接产生单边带信号，避免了光滤波器的使用，进一步节约了成本。
3、调制器直接生成的单边带信号可有效克服光纤色散引起的走离效应，有效提升传输距离。
4、利用偏振复用技术，将无线和有线信号加载在两个相互正交的光偏振方向上，因此在光电探测器中没有任何的串扰。
附图说明
图1是本发明中基于单个调制器同时提供有线和单边带无线业务的系统结构图。其中，框中插图为各节点处光信号的简化频谱示意。
图中标号：1为激光器，2为双极化二进制相移键控调制器，3为掺铒光纤放大器，4为单模光纤，5为光电探测器，6为本地振荡器，7为倍频器，8为混频器，9为相位调节器，10为第一电放大器，11为功分器，12为第一信号发生器，13为第二信号发生器，14 为第二电放大器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实验实例，对本发明作进一步具体说明。
本发明的基于单个调制器同时提供有线和单边带无线业务的系统，其结构框图如图1所示。包括：激光器1，双极化二进制相移键控调制器2，掺铒光纤放大器3，单模光纤4，光电探测器5，本地振荡器6，倍频器7，混频器8，相位调节器9，第一电放大器10，功分器11，第一信号发生器12，第二信号发生器13，第二电放大器14。其中，激光器1连接双极化二进制相移键控调制器2；本地振荡器6连接倍频器7、混频器8、第一电放大器10，第一信号发生器12连接第一电放大器10，第一电放大器10连接功分器11，功分器11的一路直接连接到DD-MZM1，另一路连接相位调节器后再连接到DD-MZM1；第二信号发生器13连接第二电放大器14；第二电放大器14连接到DD-MZM2；DD-MZM1和DD-MZM2的输出依次连接掺铒光纤放大器3、单模光纤4、光电探测器5。
激光器1产生单一频率激光，作为光载波接入双极化二进制相移键控调制器2的光输入端。使用本地振荡器6和倍频器7产生所需要的电载波，混频器8将信号发生器12产生的基带无线信号加载到倍频器输出的电载波上，完成信号的上变频。而基带有线信号则由信号发生器13直接产生。无线信号经电放大器10放大，经功分器11后分为两路，其中一路通过相位调节器9，最终相位差为90°的两路射频信号驱动DD-MZM1。基带有线信号经电放大器14放大后驱动DD-MZM2。双极化二进制相移键控调制器2将两种信号分别调制到相互正交的两个光偏振态上：在X偏振态上，DD-MZM1实现单边带调制，无线信号加载在副载波上。在Y偏振态上，有线基带信号通过DD-MZM2调制到原始光载波。耦合输出后的信号通过光放大器3放大后进入单模光纤4传输，最后光信号通过光电检测器5即可得到电域的有线信号和无线信号。
本发明提供了一种基于单个调制器同时提供有线和单边带无线业务的方法及系统，不需要光滤波器的参与，通过单个调制器即可直接提供有线和单边带无线信号服务，而且解决了信号间干扰、光纤色散走离效应等因素的影响，避免传输距离限制的同时提高了系统的可靠性。其系统结构简单、经济高效、调制效率高，在未来的接入网中将发挥重要作用。

Claims (3)

1.一种基于单个调制器同时提供有线和单边带无线业务的系统，其特征在于，具体包括：
一个本地振荡器，用于产生单频率的电载波；
一个倍频器，使输出端频率为输入端频率的整数倍；
一个混频器，用于进行上变频，将基带无线信号加载到倍频器输出的载波上；
两个电放大器，用于放大电信号；
一个功分器，将一路信号分束成两路；
一个相位调节器，用于调节相位差；
两个信号发生器，用于产生基带信号；
一个激光器，用于产生光载波；
一个双极化二进制相移键控调制器，该调制器是一个集成的光器件，包括一个偏振分束器、一个偏振光束耦合器和两个双驱动马赫曾德尔调制器：DD-MZM1和DD-MZM2；其作用是将有线和无线信号分别调制到光的两个正交的偏振态上；
一个掺铒光纤放大器，用于放大调制得到的混合光信号；
一个光电探测器，实现光信号的光电转换，将光信号转化为电信号；
一段单模光纤，用于进行光传输；
其中，激光器连接双极化二进制相移键控调制器；本地振荡器依次连接倍频器、混频器、第一电放大器；第一信号发生器连接第一电放大器，第一电放大器连接功分器，功分器的一路直接连接到DD-MZM1，另一路连接相位调节器后再连接到DD-MZM1；第二信号发生器连接第二电放大器；第二电放大器连接到DD-MZM2；DD-MZM1和DD-MZM2的输出依次连接掺铒光纤放大器、单模光纤、光电探测器。
2.根据权利要求1所述的基于单个调制器同时提供有线和单边带无线业务的系统，其特征在于，其工作过程如下：
由激光器产生单一频率激光，作为光载波接入双极化二进制相移键控调制器的光输入端；由本地振荡器和倍频器产生所需要的电载波，混频器将第一信号发生器产生的基带无线信号加载到倍频器输出的电载波上，完成信号的上变频；由第二信号发生器直接产生有线基带信号；无线信号和基带有线信号分别经第一电放大器和第二电放大器放大后接到DD-MZM1和DD-MZM2的电输入端；双极化二进制相移键控调制器将两种信号分别调制到相互正交的两个光偏振态上：在X偏振态上，DD-MZM1实现单边带调制，无线信号加载在副载波上；在Y偏振态上，有线基带信号通过DD-MZM2调制到原始光载波；两路信号经耦合输出，通过掺铒光纤放大器放大后经单模光纤传输，最后光信号通过光电检测器，即得到电域的有线信号和无线信号。
3.根据权利要求2所述的基于单个调制器同时提供有线和单边带无线业务的系统，其特征在于，所述DD-MZM1、DD-MZM2中分别有两条调制臂，可以看作是相位调制器；从第一电放大器放大后的单路射频无线信号经功分器后分为两路，其中一路通过相位调节器来调节相位，最终相位差为90°的两路射频信号驱动DD-MZM1的两个交流电极，同时施加在DD-MZM1两臂上的直流偏压相差Vπ/2，Vπ代表半波电压，这样即利用DD-MZM1在X偏振方向上实现单边带调制；而有线信号链路在Y偏振方向上采用强度调制，通过驱动DD-MZM2的一条调制臂，并在正交点偏置即可实现。
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