CN112543062A - 一种矢量毫米波发生系统及发生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种矢量毫米波发生系统及发生方法，其中矢量毫米波发生系统包括用于发射通信激光的激光器和第一激光调制部，第一激光调制部包括光强度调制器和用于驱动光强度调制器的射频信号源，因为通过射频信号源驱动光强度调制器在对通信激光的调制过程中对通信激光进行光学倍频，而光学倍频的方式使通信激光形成两路调制通信激光，所以，本发明的通信系统的发射端结构简单，无需2个激光源，从而大大节约了发射端电子器件的带宽且使得产生的矢量毫米波信号纯净，有效降低系统成本并提高了通信系统的性能。

Description

一种矢量毫米波发生系统及发生方法
技术领域
本发明属于通信系统技术领域，具体涉及一种矢量毫米波发生系 统及发生方法。
背景技术
随着通信容量和接入需求的高速增长，融合了光纤传输低损耗、 高带宽和抗电磁干扰的优点和无线通信宽域覆盖，接入灵活等优点的 光纤-无线(ROF)通信系统成为研究热点，被认为是下一代超宽带 无线接入最有前景的备选方案。在ROF通信系统中传输的信号既有 光信号，也有毫米波信号。光信号通常通过调制激光器产生，而矢量 毫米波信号的产生对于ROF系统至关重要。传统方法使用电信号驱 动光IQ调制器调制激光，
但使用电信号驱动光IQ调制器对激光进行调试的矢量毫米波发 生系统结构复杂，并且需要两个激光源，两个激光源之间的频率和相 位差会导致产生的矢量毫米波信号不纯净，从而降低ROF通信系统 的性能。
发明内容
本发明是针对上述问题而进行的，目的在于提供一种结构简单且 能够大大提高ROF通信系统的性能的矢量毫米波发生系统及发生方 法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了一种矢量毫米波发生系统，具有这样的特征，包括： 激光器，用于发射通信激光；第一激光调制部，与激光器通信连接， 具有光强度调制器，光强度调制器用于对通信激光进行调制，从而获 取两路调制通信激光；第二激光调制部，与第一激光调制部通信连接， 用于根据两路调制通信激光获取两路通信光信号；以及光电探测器， 与第二激光调制部通信连接，用于对两路通信光信号进行拍频，从而 形成矢量毫米波信号，其中，第一激光调制部还具有射频信号源，射 频信号源用于向光强度调制器发送单频射频信号，从而驱动光强度调 制器在对通信激光的调制过程中对通信激光进行光学载波抑制和光 学倍频，进而形成两路调制通信激光。
在本发明提供的矢量毫米波发生系统中，还可以具有这样的特 征：其中，光强度调制器的直流偏置点设置在光强度调制器的功率最 小点。
在本发明提供的矢量毫米波发生系统中，还可以具有这样的特 征：其中，两路调制通信激光的频率之差为单频射频信号的频率的两 倍。
在本发明提供的矢量毫米波发生系统中，还可以具有这样的特 征：其中，第一激光调制部还具有电放大器，射频信号源通过电放大 器与光强度调制器通信连接。
在本发明提供的矢量毫米波发生系统中，还可以具有这样的特 征：其中，第二激光调制部包含数据源组件和推挽光强度调制器，数 据源组件用于生成两路数据电信号，并将两路数据电信号发送至推挽 光强度调制器，从而对推挽光强度调制器进行驱动，推挽光强度调制 器与数据源组件通信连接，用于将两路数据电信号分别调制到对应的 两路调制通信激光的波长上，从而形成两路通信光信号。
在本发明提供的矢量毫米波发生系统中，还可以具有这样的特 征：其中，推挽光强度调制器对两路数据电信号的调制方式为单边带 调制，两路通信光信号均为光单边带信号。
在本发明提供的矢量毫米波发生系统中，还可以具有这样的特 征：其中，数据源组件具有第一数据源模块、第二数据源模块以及数 据通信模块，第一数据源模块具有第一数据生成单元和第一数模转换 单元，第一数据生成单元用于在预定的数字域内随机生成实部数字基 带信号，第一数模转换单元用于将实部数字基带信号转换成实部模拟 基带信号，第二数据源模块具有第二数据生成单元和第二数模转换单 元，第二数据生成单元用于在预定的数字域内随机生成虚部数字基带 信号，第二数模转换单元用于将虚部数字基带信号转换成虚部模拟基 带信号，数据通信模块用于将实部模拟基带信号和虚部模拟基带信号 作为两路数据电信号发送至推挽光强度调制器。
在本发明提供的矢量毫米波发生系统中，还可以具有这样的特 征：其中，推挽光强度调制器的直流偏置点设置在无单频射频信号时 从光强度调制器输出的功率最小点处，并且推挽光强度调制器的两臂 之间的相移为90°。
本发明提供了一种矢量毫米波发生方法，其特征在于，包括以下 步骤：
步骤S1：激光器发射通信激光；
步骤S2：射频信号源向光强度调制器发送单频射频信号，从而 驱动光强度调制器对通信激光进行调制，形成两路调制通信激光；
步骤S3：数据源组件向推挽光强度调制器发送两路数据电信号， 从而驱动推挽光强度调制器对两路调制通信激光进行调制，形成两路 通信光信号；
步骤S4：光电探测器对两路通信光信号进行拍频，形成矢量毫 米波信号。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的矢量毫米波发生系统，包括用于发射通信激 光的激光器和第一激光调制部，第一激光调制部包括光强度调制器和 用于驱动光强度调制器的射频信号源，因为通过射频信号源驱动光强 度调制器在对通信激光的调制过程中对通信激光进行光学倍频，而光 学倍频的方式使通信激光形成两路调制通信激光，所以，本发明的通 信系统的发射端结构简单，无需2个激光源，从而大大节约了发射端 电子器件的带宽且使得产生的矢量毫米波信号纯净，有效降低系统成 本并提高了通信系统的性能。
进一步地，因为通过射频信号源驱动光强度调制器在对通信激光 的调制过程中还对通信激光进光学载波抑制，而光学载波抑制大大减 少了通信激光在通信过程中的载波分量功率消耗而使得系统的功率 效率提高，所以，本发明的矢量毫米波发生系统能够进一步提高系统 的性能。
进一步地，本发明的矢量毫米波发生方法采用上述的矢量毫米波 发生系统，所以，配合本发明的矢量毫米波发生系统采用本发明的矢 量毫米波发生方法能够大大提高系统的性能。
附图说明
图1是本发明的实施例中矢量毫米波发生系统的结构框图；
图2.1是本发明的实施例中激光器和第一激光调制部的功能示意图；
图2.2是图2.1中(a)的信号频谱示意图；
图2.3是图2.1中(b)的信号频谱示意图；
图2.4是图2.1中(c)的信号频谱示意图；
图3是本发明的实施例中数据源组件的结构框图；
图4.1是本发明的实施例中第二激光调制部的功能示意图；
图4.2是图4.1中(d)的信号频谱示意图；
图4.3是图4.1中(e)的信号频谱示意图；
图5.1是本发明的实施例中光电探测器的功能示意图；
图5.2是图5.1中(f)的信号频谱示意图；以及
图6是本发明的实施例中矢量毫米波发生方法的步骤示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于 明白了解，以下实施例结合附图对本发明的矢量毫米波发生系统作具 体阐述。
图1是本发明的实施例中矢量毫米波发生系统的结构框图。
如图1所示，本实施例中的矢量毫米波发生系统100，用于根据 预定的通信激光生成对应的矢量毫米波信号，包括激光器10、第一 激光调制部20、第二激光调制部30以及光电探测器40。
激光器10，用于产生并发射通信激光。在本实施例中，通信激 光为光纤通信指定的连续波激光。
第一激光调制部20与激光器10通信连接，包括光强度调制器 21、光放大器22以及射频信号源23。在本实施例中，第一激光调制 部20与激光器10为光纤连接。
图2.1是本发明的实施例中激光器和第一激光调制部的功能示意 图；图2.2是图2.1中(a)的信号频谱示意图；图2.3是图2.1中(b) 的信号频谱示意图；图2.4是图2.1中(c)的信号频谱示意图。
如图2.1和图2.3所示，光强度调制器21用于对通信激光(b) 进行调制，从而获取两路调制通信激光(c)，其中，通信激光(b) 的频率为fc，光强度调制器21的直流偏置点设置在光强度调制器21 的功率最小点。在本实施例中，激光器10的输出端与光强度调制器21的光输入端通过光纤连接。
如图2.1-2.3所示，射频信号源23用于产生并发射用于驱动光强 度调制器21对通信激光(b)进行调制的单频射频信号(a)，其中， 单频射频信号(a)的频率为fm。
如图2.1-2.4所示，射频信号源23通过电放大器22与光强度调 制器21通信连接，电放大器22用于对单频射频信号(a)进行放大。 在调制过程中，光强度调制器21对通信激光(b)进行光学载波抑制 和光学倍频，从而形成两路调制通信激光(c)，其中，两路调制通信 激光(c)分别为fc+fm，fc-fm，即两路调制通信激光(c)的频率之差 为单频射频信号(a)的频率的两倍。在本实施例中，射频信号源23 的输出端与电放大器22的输入点用电缆连接，电放大器22的输出端 与光强度调制器21的电输入端用电缆连接。
图3是本发明的实施例中数据源组件的结构框图；图4.1是本 发明的实施例中第二激光调制部的功能示意图；图4.2是图4.1中(d) 的信号频谱示意图；图4.3是图4.1中(e)的信号频谱示意图。
如图1、图3和图4.1所示，第二激光调制部30与第一激光调制 部20通信连接，用于根据两路调制通信激光(c)获取两路通信光信号 (e)；第二激光调制部30包括数据源组件32和推挽光强度调制器31。
数据源组件32用于生成两路数据电信号，并将两路数据电信号 发送至推挽光强度调制器31，从而对推挽光强度调制器31进行驱动， 数据源组件具有第一数据源模块32a、第二数据源模块32a、数据通 信模块32c以及控制模块32d。
数据通信模块32c用于对数据源组件32中其余部分和推挽光强 度调制器31之间进行通信交换。在本实施例中，数据通信模块32c 为与推挽光强度调制器31无线通信连接的通信模块。
控制模块32d为设有预定控制程序的控制芯片，用于对数据源组 件32中其余部分的工作进行控制。
第一数据源模块32a具有第一数据生成单元32a1和第一数模转 换单元32a2。
第一数据生成单元32a1用于在预定的数字域内随机生成数字基 带信号的实部并作为实部数字基带信号。在本实施例中，第一数据生 成单元32a1通过MATLAB软件生成实部数字基带信号。
第一数模转换单元32a2用于对数字基带信号的实部进行数模转 换，从而形成模拟基带信号的实部并作为实部模拟基带信号。在本实 施例中，第一数模转换单元32a2为DAC。
第二数据源模块32b具有第二数据生成单元32b1和第二数模转 换单元32b2。
第二数据生成单元32b1用于在预定的数字域内随机生成数字基 带信号的虚部并作为虚部数字基带信号。在本实施例中，第二数据生 成单元32b1通过MATLAB软件生成虚部数字基带信号。
第二数模转换单元32b2用于对数字基带信号的虚部进行数模转 换，从而形成模拟基带信号的虚部并作为虚部模拟基带信号。在本实 施例中，第二数模转换单元32b2为DAC。
数据通信模块32c将实部模拟基带信号和虚部模拟基带信号作 为两路数据电信号(d)发送至推挽光强度调制器31。
如图4.1所示，推挽光强度调制器31与数据源组件32通信连接， 用于将两路数据电信号(d)分别调制到对应的两路调制通信激光(c) 的波长上，从而形成两路通信光信号(e)，其中，两路数据电信号(d) 的频率为fs，推挽光强度调制器31的直流偏置点设置在无单频射频 信号时从光强度调制器输出的功率最小点处，并且推挽光强度调制器 31的两臂之间的相移为90°，推挽光强度调制器31对两路数据电信 号(d)的调制方式为单边带调制，从而使得两路通信光信号(e)均 为光单边带信号。在本实施例中，推挽光强度调制器31的I路的电 输入端通过数据通信模块32c和第一数据源模块32a的输出端电缆连 接，推挽光强度调制器31的Q路的电输入端通过数据通信模块32c 和第二数据源模块32b的输出端电缆连接。
图5.1是本发明的实施例中光电探测器的功能示意图；图5.2是 图5.1中(f)的信号频谱示意图。
如图1和图5.1-5.2所示，光电探测器40与第二激光调制部30 通信连接，用于对两路通信光信号(e)进行拍频，从而形成矢量毫 米波信号(f)，矢量毫米波信号(f)的频率是两路通信光信号(e) 频率之差，并且是单频射频频率(a)的频率的两倍。在本实施例中， 光电探测器40的输入端与推挽光强度调制器31的输出端用光纤相 连。
图6是本发明的实施例中矢量毫米波发生方法的步骤示意图。
如图6所示，本实施例还提供了一种矢量毫米波发生方法S100， 采用上述的矢量毫米波发生系统100生成矢量毫米波信号，包括以下 步骤：
步骤S1：激光器发射通信激光(b)；
步骤S2：射频信号源23通过光放大器22向光强度调制器21发 送单频射频信号(a)，从而驱动光强度调制器21对通信激光(b)进 行调制，形成两路调制通信激光(c)；
步骤S3：数据源组件32向推挽光强度调制器31发送两路数据 电信号(d)，从而驱动推挽光强度调制器41对两路调制通信激光(c) 进行调制，形成两路通信光信号(e)；
步骤S4：光电探测器40对两路通信光信号(e)进行拍频，形 成矢量毫米波信号(f)。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的矢量毫米波发生系统，包括用于发射通信 激光的激光器和第一激光调制部，第一激光调制部包括光强度调制器 和用于驱动光强度调制器的射频信号源，因为通过射频信号源驱动光 强度调制器在对通信激光的调制过程中对通信激光进行光学倍频，而 光学倍频的方式使通信激光形成两路调制通信激光，所以，本实施例 的通信系统的发射端结构简单，无需2个激光源，从而大大节约了发 射端电子器件的带宽且使得产生的矢量毫米波信号纯净，有效降低系 统成本并提高了通信系统的性能。
进一步地，因为通过射频信号源驱动光强度调制器在对通信激光 的调制过程中还对通信激光进光学载波抑制，而光学载波抑制大大减 少了通信激光在通信过程中的载波分量功率消耗而使得系统的功率 效率提高，所以，本实施例的矢量毫米波发生系统能够进一步提高系 统的性能。
进一步地，本实施例的矢量毫米波发生方法采用上述的矢量毫米 波发生系统，所以，配合本实施例的矢量毫米波发生系统采用本实施 例的矢量毫米波发生方法能够大大提高系统的性能。
因为本实施例中光强度调制器的直流偏置点设置在光强度调制 器的功率最小点，所以，使得光强度调制器能够对通信激光更好地进 行光学倍频，从而更加节约了发射端电子器件的带宽，有效的降低了 系统的成本。
因为本实施例中两路调制通信激光的频率之差为单频射频信号 的频率的两倍，所以，能够进一步降低单频射频信号的频率和光强度 调制器的带宽，从而更加降低了系统的成本。
因为本实施例的第二激光调制部包含生成两路数据电信号的数 据源组件和推挽光强度调制器，而推挽光强度调制器用于将两路数据 电信号调制到对应的两路调制激光的波长上，所以，采用推挽强度调 制器的方式既简化了系统发射端的结构，避免了结构复杂的光IQ调 制器和光滤波起的使用，从而进一步降低了系统的成本。
因为本实施例中推挽光强度调制器对两路数据电信号的调制方 式为单边带调制，所以，使得两路通信光信号均为光单边带信号，而 单边带信号在传输过程中的信号损耗小，延长了通信光信号在光纤的 传输的距离，使传送效率大大提升，进而让系统的性能进一步提高。
因为本实施例中推挽光强度调制器的直流偏置点设置在实部模 拟基带信号和虚部模拟基带信号的正交点，并且推挽光强度调制器的 两臂之间的相移为90°，使得推挽光强度调制器能够对两路通信光 信号更好地进行光学载波抑制，从而大大减少了两路通信光信号在通 信过程中的载波分量功率消耗而使得系统的功率效率提高，使系统的 性能更加提高。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护 范围，本领域普通技术人员在所附权利要求范围内不需要创造性劳动 就能做出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种矢量毫米波发生系统，用于根据预定的通信激光生成对应的矢量毫米波信号，其特征在于，包括：
激光器，用于发射所述通信激光；
第一激光调制部，与所述激光器通信连接，具有光强度调制器，该光强度调制器用于对所述通信激光进行调制，从而获取两路调制通信激光；
第二激光调制部，与所述第一激光调制部通信连接，用于根据两路所述调制通信激光获取两路通信光信号；以及
光电探测器，与所述第二激光调制部通信连接，用于对两路所述通信光信号进行拍频，从而形成所述矢量毫米波信号，
其中，所述第一激光调制部还具有射频信号源，
所述射频信号源用于向所述光强度调制器发送单频射频信号，从而驱动该光强度调制器在对所述通信激光的调制过程中对所述通信激光进行光学载波抑制和光学倍频，进而形成两路所述调制通信激光。
2.根据权利要求1所述的矢量毫米波发生系统，其特征在于：
其中，所述光强度调制器的直流偏置点设置在该光强度调制器的功率最小点。
3.根据权利要求1所述的矢量毫米波发生系统，其特征在于：
其中，两路所述调制通信激光的频率之差为所述单频射频信号的频率的两倍。
4.根据权利要求1所述的矢量毫米波发生系统，其特征在于：
其中，所述第一激光调制部还具有电放大器，
所述射频信号源通过所述电放大器与所述光强度调制器通信连接。
5.根据权利要求1所述的矢量毫米波发生系统，其特征在于：
其中，所述第二激光调制部包含数据源组件和推挽光强度调制器，
所述数据源组件用于生成两路数据电信号，并将两路所述数据电信号发送至所述推挽光强度调制器，从而对所述推挽光强度调制器进行驱动，
所述推挽光强度调制器与所述数据源组件通信连接，用于将两路所述数据电信号分别调制到对应的两路所述调制通信激光的波长上，从而形成两路所述通信光信号。
6.根据权利要求5所述的矢量毫米波发生系统，其特征在于：
其中，所述推挽光强度调制器对两路所述数据电信号的调制方式为单边带调制，
两路所述通信光信号均为光单边带信号。
7.根据权利要求5所述的矢量毫米波发生系统，其特征在于：
其中，所述数据源组件具有第一数据源模块、第二数据源模块以及数据通信模块，
所述第一数据源模块具有第一数据生成单元和第一数模转换单元，
所述第一数据生成单元用于在预定的数字域内随机生成实部数字基带信号，
所述第一数模转换单元用于将所述实部数字基带信号转换成实部模拟基带信号，
所述第二数据源模块具有第二数据生成单元和第二数模转换单元，
所述第二数据生成单元用于在所述预定的数字域内随机生成虚部数字基带信号，
所述第二数模转换单元用于将所述虚部数字基带信号转换成虚部模拟基带信号，
所述数据通信模块用于将所述实部模拟基带信号和所述虚部模拟基带信号作为两路所述数据电信号发送至所述推挽光强度调制器。
8.根据权利要求5所述的矢量毫米波发生系统，其特征在于：
其中，所述推挽光强度调制器的直流偏置点设置在无所述单频射频信号时从所述光强度调制器输出的功率最小点处，
并且所述推挽光强度调制器的两臂之间的相移为90°。
9.一种矢量毫米波发生方法，采用如所述权利要求5～8中的任意一项中所述的矢量毫米波发生系统生成所述矢量毫米波信号，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：所述激光器发射所述通信激光；
步骤S2：所述射频信号源向所述光强度调制器发送所述单频射频信号，从而驱动所述光强度调制器对所述通信激光进行调制，形成两路所述调制通信激光；
步骤S3：所述数据源组件向所述推挽光强度调制器发送两路所述数据电信号，从而驱动所述推挽光强度调制器对两路所述调制通信激光进行调制，形成两路所述通信光信号；
步骤S4：所述光电探测器对两路所述通信光信号进行拍频，形成所述矢量毫米波信号。
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