CN113098614B - 一种偏振复用单边带信号产生与接收系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种偏振复用单边带信号产生与接收系统，包括：光波产生单元、信号调制单元、驱动信号产生单元、分离与转换单元、MIMO无线链路以及信号采样和处理单元；光波产生单元与信号调制单元连接产生光波；驱动信号产生单元与信号调制单元连接产生驱动信号；信号调制单元将光波分成两路相互正交的偏振光波，并基于单边带调制调制到偏振光波上，得到偏振复用上边带光信号和偏振复用下边带光信号耦合后输出混合信号，混合信号传输至分离与转换单元被分离并转换得到电毫米波信号；电毫米波信号通过MIMO无线链路传输，并进入信号采样和处理单元被转换成数字信号并进行数字信号处理。本发明提高了信号的频谱效率，并能应对信号在光纤传输中的走离效应。

Description

一种偏振复用单边带信号产生与接收系统与方法
技术领域
本发明涉及无线通信系统技术领域，特别是涉及一种偏振复用单边带信号产生与接收系统与方法。
背景技术
光子学辅助的毫米波技术克服了电子设备带宽限制瓶颈，同时能够产生频率可调范围大、相位噪声低的高频毫米波信号，这被广泛研究和应用于光纤无线集成系统。光纤无线集成系统充分结合了光纤系统可传输容量大和传输距离长的优势以及无线系统的可移动性和广域无缝覆盖的优势，再结合光子学辅助的毫米波技术、光偏振复用、频带复用、无线多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)等技术，可降低对接收设备的带宽要求，大大提高系统的传输容量。但由于无线系统的非平坦频率响应、多径效应等缺陷，使得毫米波信号在无线系统中的频谱效率低，并且存在因光纤色散引起的走离效应的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种偏振复用单边带信号产生与接收系统与方法，以解决现有技术中信号在无线系统中的频谱效率低以及存在的因光纤色散引起的走离效应的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种偏振复用单边带信号产生与接收系统，包括：光波产生单元、信号调制单元、驱动信号产生单元、分离与转换单元、多输入多输出系统MIMO无线链路以及信号采样和处理单元；所述偏振复用单边带信号为偏振复用上边带光信号和偏振复用下边带光信号；
所述光波产生单元与所述信号调制单元连接，所述光波产生单元用于产生光波并输入所述信号调制单元；所述驱动信号产生单元与所述信号调制单元连接，所述驱动信号产生单元用于产生两路驱动信号以驱动所述信号调制单元；
所述信号调制单元用于将所述光波分成两路相互正交的偏振光波，并基于单边带调制将所述驱动信号调制到所述偏振光波上得到偏振复用上边带光信号和偏振复用下边带光信号；所述偏振复用上边带信号和所述偏振复用下边带光信号耦合后输出混合信号；所述信号调制单元通过单模光纤与所述分离与转换单元相连接，所述混合信号通过所述单模光纤传输至所述分离与转换单元；所述分离与转换单元用于将所述混合信号分离并进行光电转换得到电毫米波信号；
所述MIMO无线链路与所述分离与转换单元相连接，所述电毫米波信号通过所述MIMO无线链路传输并进入所述信号采样和处理单元；所述信号采样和处理单元用于将所述电毫米波信号转换成数字信号并对所述数字信号进行数字信号处理。
可选地，所述光波产生单元为分布反馈布拉格半导体激光器DFB-LD；所述信号调制单元为双极化马赫-曾德尔调制器DP-MZM；所述偏振复用上边带光信号为偏振复用上边带QAM光信号，所述偏振复用下边带光信号为偏振复用下边带QAM光信号；
所述DP-MZM包括偏振分束器、偏振合束器、第一子调制器以及第二子调制器；所述DFB-LD与所述偏振分束器连接，所述DFB-LD产生光波并输入所述偏振分束器，所述偏振分束器将所述光波分为相互正交的X偏振方向的光波和Y偏振方向的光波，所述X偏振方向的光波进入所述第一子调制器；所述Y偏振方向的光波进入所述第二子调制器；所述第一子调制器设置在正交偏置点，工作在上边带调制模式；所述第二子调制器设置在正交偏置点，工作在下边带调制模式；
所述驱动信号为第一射频QAM驱动信号以及第二射频QAM驱动信号；所述第一子调制器将所述第一射频QAM驱动信号调制到所述X偏振方向的光波上并产生所述偏振复用上边带QAM光信号，所述第二子调制器将所述第二射频QAM驱动信号调制到所述Y偏振方向的光波上并产生所述偏振复用下边带QAM光信号；
所述偏振复用上边带QAM光信号以及所述偏振复用下边带QAM光信号通过所述偏振合束器耦合后输出所述混合信号，所述混合信号传输至所述分离与转换单元。
可选地，所述驱动信号产生单元包括本地振荡器、倍频器、第一功分器、第二功分器、第三功分器、第一混频器以及第二混频器；
所述本地振荡器、所述倍频器以及所述第一功分器依次相连接；所述第一功分器分别与所述第一混频器以及所述第二混频器相连接；
所述本地振荡器产生正弦射频信号，所述正弦射频信号经过所述倍频器后输出倍频正弦射频信号，所述倍频正弦射频信号经过所述第一功分器后分为两路倍频正弦射频信号，并分别进入所述第一混频器以及所述第二混频器；
一路基带调制的第一QAM信号的同相信号和正交相信号分别进入所述第一混频器与所述倍频正弦射频信号进行混频，从而将所述基带调制的第一QAM信号调制到所述倍频正弦射频信号上，生成所述第一射频QAM驱动信号；另一路基带调制的第二QAM信号的同相信号和正交相信号分别进入所述第二混频器与所述倍频正弦波信号进行混频，从而将所述基带调制的第二QAM信号调制到所述倍频正弦射频信号上，生成所述第二射频QAM驱动信号；
所述第一射频QAM驱动信号经过所述第二功分器分为两路相位差为90度的射频QAM驱动信号以驱动所述第一子调制器；所述第一子调制器将所述第一射频QAM驱动信号调制到所述X偏振方向的光波上，产生偏振复用上边带QAM光信号；
所述第二射频QAM驱动信号经过所述第三功分器分为两路相位差为90度的第二射频QAM驱动信号以驱动所述第二子调制器；所述第二子调制器将所述第二射频QAM驱动信号调制到所述Y偏振方向的光波上，产生偏振复用下边带QAM光信号。
可选地，所述分离与转换单元包括滤波器和两个光电探测器；所述电毫米波信号为所述偏振复用上边带QAM电信号以及所述偏振复用下边带QAM电信号；
所述滤波器将所述混合信号分离为X偏振方向的偏振复用上边带QAM光信号和Y偏振方向的偏振复用下边带QAM光信号；所述偏振复用上边带QAM光信号进入第一光电探测器进行光电转换得到偏振复用上边带QAM电信号；所述偏振复用下边带QAM光信号进入第二光电探测器进行光电转换得到偏振复用下边带QAM电信号；所述偏振复用上边带QAM电信号和所述偏振复用下边带QAM电信号进入所述MIMO无线链路中传输。
可选地，所述MIMO无线链路包括发送天线和接收天线；
所述偏振复用上边带QAM电信号以及偏振复用下边带QPSK电信号由所述发送天线同时发送至空中，经过无线传输后由所述接收天线同时接收。
可选地，所述信号采样和处理单元包括模数转换器；所述模数转换器与所述MIMO无线链路相连接，所述模数转换器用于将所述电毫米波信号转换为数字信号。
可选地，还包括：掺铒光纤放大器；
所述混合信号通过所述单模光纤进入所述掺铒光纤放大器，所述掺铒光纤放大器用于将所述混合信号放大并输入所述滤波器。
可选地，所述偏振复用下边带QAM光信号在65km单模光纤传输和光电探测器产生的频率为28GHz的电毫米波信号在1米MIMO无线链路上传输时，通信速率为48Gbit/s，传输的误码率小于4.2×10-2；所述偏振复用上边带QAM光信号在65km单模光纤传输和光电探测器产生的频率为28GHz的电毫米波信号在1米MIMO无线链路上传输时，通信速率为64Gbit/s，传输的误码率小于4.2×10-2。
一种偏振复用单边带信号产生与接收方法，其特征在于，所述偏振复用单边带信号产生与接收方法应用于上述所述的偏振复用单边带信号产生与接收系统，所述偏振复用单边带信号产生与接收方法包括：
利用光波产生单元产生光波并输入信号调制单元；
通过驱动信号产生单元产生两路驱动信号以驱动所述信号调制单元；
利用所述信号调制单元将所述光波分成两路相互正交的偏振光波，并基于单边带调制将所述驱动信号调制到所述偏振光波上得到偏振复用上边带光信号和偏振复用下边带光信号；所述偏振复用上边带光信号和所述偏振复用下边带光信号耦合后输出混合信号；
将所述混合信号通过单模光纤传输至分离与转换单元；
通过所述分离与转换单元将所述混合信号分离并进行光电转换得到电毫米波信号；
所述电毫米波信号在多输入多输出系统MIMO无线链路中传输并进入信号采样和处理单元；所述信号采样和处理单元将所述电毫米波信号转换成数字信号并对所述数字信号进行数字信号处理。
可选地，偏振复用下边带QAM光信号在65km单模光纤传输和光电探测器产生的频率为28GHz的电毫米波信号在1米MIMO无线链路上传输时，通信速率为48Gbit/s，传输的误码率小于4.2×10-2；偏振复用上边带QAM光信号在65km单模光纤传输和光电探测器产生的频率为28GHz的电毫米波信号在1米MIMO无线链路上传输时，通信速率为64Gbit/s，传输的误码率小于4.2×10-2。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种偏振复用单边带信号产生与接收系统，基于信号调制单元在单边带调制模式下产生了偏振复用上边带光信号和偏振复用下边带光信号，由于单边带调制的调制效率高，因此单边带信号不会因光纤色散而发生衰减，从而能够有效应对信号在光纤传输中的走离效应。同时采用先进的数字信号处理技术，对信号进行进一步的改善和补偿，不会造成传输过程中信号失真，避免了非平坦频率响应、多径效应等缺陷对传输信号的影响，大大提高了毫米波信号在无线系统中的频谱效率。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的偏振复用单边带信号产生与接收系统工作流程图；
图2为本发明所提供的采用单个DP-MZM产生偏振复用上边带16QAM信号和偏振复用下边带QPSK信号实验原理图；
图3为本发明所提供的QPSK信号的误码率随光电探测器输入功率的变化曲线图；
图4为本发明所提供的16QAM信号的误码率随光电探测器输入功率的变化曲线图；
图5为本发明所提供的16QAM信号的误码率随波特率的变化曲线图。
符号说明：分布反馈布拉格半导体激光器1、双极化马赫-曾德尔调制器2、驱动信号产生单元3、分离与转换单元4、多输入多输出系统无线链路5、信号采样和处理单元6。
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。
本发明的目的是提供一种偏振复用(Polarization Division Multiplexing，PDM)单边带信号产生与接收系统与方法，以解决现有技术中信号在无线系统中的频谱效率低以及存在的因光纤色散引起的走离效应的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种偏振复用单边带信号产生与接收系统，包括：光波产生单元1、信号调制单元2、驱动信号产生单元3、分离与转换单元4、多输入多输出系统(MultipleInputMultiple Output，MIMO)无线链路5以及信号采样和处理单元6；所述偏振复用单边带信号为偏振复用上边带光信号和偏振复用下边带光信号；
所述光波产生单元1与所述信号调制单元2连接，所述光波产生单元1用于产生光波并输入所述信号调制单元2；
所述驱动信号产生单元3与所述信号调制单元2连接，所述驱动信号产生单元3用于产生两路驱动信号以驱动所述信号调制单元2；
所述信号调制单元2用于将所述光波分成两路相互正交的偏振光波，并基于单边带调制将所述驱动信号调制到所述偏振光波上得到偏振复用上边带光信号和偏振复用下边带光信号；所述偏振复用上边带信号和所述偏振复用下边带光信号耦合后输出混合信号；
所述信号调制单元2通过单模光纤与所述分离与转换单元4相连接，所述混合信号通过所述单模光纤传输至所述分离与转换单元4；所述分离与转换单元4用于将所述混合信号分离并进行光电转换得到电毫米波信号；
所述MIMO无线链路5与所述分离与转换单元4相连接，所述电毫米波信号通过所述MIMO无线链路5传输并进入所述信号采样和处理单元6；所述信号采样和处理单元6用于将所述电毫米波信号转换成数字信号并对所述数字信号进行数字信号处理。
作为本实施例可选的一种实施方式，所述光波产生单元1为分布反馈布拉格半导体激光器DFB-LD；所述信号调制单元2为双极化马赫-曾德尔调制器DP-MZM；所述偏振复用上边带光信号为偏振复用上边带QAM光信号，所述偏振复用下边带光信号为偏振复用下边带QAM光信号；
所述DP-MZM包括偏振分束器、偏振合束器、第一子调制器以及第二子调制器；所述DFB-LD与所述偏振分束器连接，所述DFB-LD产生光波并输入所述偏振分束器，所述偏振分束器将所述光波分为相互正交的X偏振方向的光波和Y偏振方向的光波，所述X偏振方向的光波进入所述第一子调制器；所述Y偏振方向的光波进入所述第二子调制器；所述第一子调制器设置在正交偏置点，工作在上边带调制模式；所述第二子调制器设置在正交偏置点，工作在下边带调制模式；
所述驱动信号为第一射频QAM驱动信号以及第二射频QAM驱动信号；第一射频QAM驱动信号以及第二射频QAM驱动信号可以为m阶射频QAM驱动信号(m可以代表16、32、64等高阶数字)。所述第一子调制器将所述第一射频QAM驱动信号调制到所述X偏振方向的光波上并产生所述偏振复用上边带QAM光信号，所述第二子调制器将所述第二射频QAM驱动信号调制到所述Y偏振方向的光波上并产生所述偏振复用下边带QAM光信号；
所述偏振复用上边带QAM光信号以及所述偏振复用下边带QAM光信号通过所述偏振合束器耦合后输出所述混合信号，所述混合信号传输至所述分离与转换单元4。
作为本实施例可选的一种实施方式，所述驱动信号产生单元3包括本地振荡器、倍频器、第一功分器、第二功分器、第三功分器、第一混频器以及第二混频器；
所述本地振荡器、所述倍频器以及所述第一功分器依次相连接；所述第一功分器分别与所述第一混频器以及所述第二混频器相连接；
所述本地振荡器产生正弦射频信号，所述正弦射频信号经过所述倍频器后输出倍频正弦射频信号，所述倍频正弦射频信号经过所述第一功分器后分为两路倍频正弦射频信号，并分别进入所述第一混频器以及所述第二混频器；
一路基带调制的第一QAM信号的同相信号和正交相信号分别进入所述第一混频器与所述倍频正弦射频信号进行混频，从而将所述基带调制的第一QAM信号调制到所述倍频正弦射频信号上，生成所述第一射频QAM驱动信号；另一路基带调制的第二QAM信号的同相信号和正交相信号分别进入所述第二混频器与所述倍频正弦波信号进行混频，从而将所述基带调制的第二QAM信号调制到所述倍频正弦射频信号上，生成所述第二射频QAM驱动信号；
所述第一射频QAM驱动信号经过所述第二功分器分为两路相位差为90度的射频QAM驱动信号以驱动所述第一子调制器；所述第一子调制器将所述第一射频QAM驱动信号调制到所述X偏振方向的光波上，产生偏振复用上边带QAM光信号；
所述第二射频QAM驱动信号经过所述第三功分器分为两路相位差为90度的第二射频QAM驱动信号以驱动所述第二子调制器；所述第二子调制器将所述第二射频QAM驱动信号调制到所述Y偏振方向的光波上，产生偏振复用下边带QAM光信号。
作为本实施例可选的一种实施方式，所述分离与转换单元4包括滤波器和两个光电探测器(Photodetector，PD)；所述电毫米波信号为所述偏振复用上边带QAM电信号以及所述偏振复用下边带QAM电信号；
所述滤波器将所述混合信号分离为X偏振方向的偏振复用上边带QAM光信号和Y偏振方向的偏振复用下边带QAM光信号；所述偏振复用上边带QAM光信号进入第一光电探测器进行光电转换得到偏振复用上边带QAM电信号；所述偏振复用下边带QAM光信号进入第二光电探测器进行光电转换得到偏振复用下边带QAM电信号；所述偏振复用上边带QAM电信号和所述偏振复用下边带QAM电信号进入所述MIMO无线链路5中传输。
作为本实施例可选的一种实施方式，所述MIMO无线链路5包括发送天线和接收天线；
所述偏振复用上边带QAM电信号以及偏振复用下边带QPSK电信号由所述发送天线同时发送至空中，经过无线传输后由所述接收天线同时接收。
作为本实施例可选的一种实施方式，所述信号采样和处理单元6包括模数转换器；所述模数转换器与所述MIMO无线链路5相连接，所述模数转换器用于将所述电毫米波信号转换为数字信号。
作为本实施例可选的一种实施方式，还包括：掺铒光纤放大器；
所述混合信号通过所述单模光纤进入所述掺铒光纤放大器，所述掺铒光纤放大器用于将所述混合信号放大并输入所述滤波器。
作为本实施例可选的一种实施方式，所述偏振复用下边带QAM光信号在65km单模光纤传输和光电探测器产生的频率为28GHz的电毫米波信号在1米MIMO无线链路5上传输时，通信速率为48Gbit/s，传输的误码率小于4.2×10-2；所述偏振复用上边带QAM光信号在65km单模光纤传输和光电探测器产生的频率为28GHz的电毫米波信号在1米MIMO无线链路5上传输时，通信速率为64Gbit/s，传输的误码率小于4.2×10-2。
一种偏振复用单边带信号产生与接收方法，其特征在于，所述偏振复用单边带信号产生与接收方法应用于上述所述的偏振复用单边带信号产生与接收系统，所述偏振复用单边带信号产生与接收方法包括：
利用光波产生单元1产生光波并输入信号调制单元2；
通过驱动信号产生单元3产生两路驱动信号以驱动所述信号调制单元2；
利用所述信号调制单元2将所述光波分成两路相互正交的偏振光波，并基于单边带调制将所述驱动信号调制到所述偏振光波上得到偏振复用上边带光信号和偏振复用下边带光信号；所述偏振复用上边带光信号和所述偏振复用下边带光信号耦合后输出混合信号；
将所述混合信号通过单模光纤传输至分离与转换单元4；
通过所述分离与转换单元4将所述混合信号分离并进行光电转换得到电毫米波信号；
所述电毫米波信号在多输入多输出系统MIMO无线链路5中传输并进入信号采样和处理单元6；所述信号采样和处理单元6将所述电毫米波信号转换成数字信号并对所述数字信号进行数字信号处理。
作为本实施例可选的一种实施方式，偏振复用下边带QAM光信号在65km单模光纤传输和光电探测器产生的频率为28GHz的电毫米波信号在1米MIMO无线链路5上传输时，通信速率为48Gbit/s，传输的误码率小于4.2×10-2；偏振复用上边带QAM光信号在65km单模光纤传输和光电探测器产生的频率为28GHz的电毫米波信号在1米MIMO无线链路5上传输时，通信速率为64Gbit/s，传输的误码率小于4.2×10-2。
如图2所示，将本发明上述的技术方案结合到实际应用中，产生上边带(SingleSide Band，SSB)16QAM信号和下边带QPSK信号(QPSK信号也属于QAM信号，本发明中的QPSK信号本质上属于4QAM信号)的实验方案如下：
步骤1：分布反馈布拉格半导体激光器(DFB-LD)产生波长为1552.3nm的连续光波。该连续光波接入DP-MZM(Fujitsu DP-BPSK 40Gbs MZ GPPODual Drive LiNbO3Modulator，FTM7981EDA)调制器进行调制，调制器3dB带宽为30GHz，插入损耗为6dB。它由一个偏振分束器PBS、偏振合束器PBC、第一子调制器IM1以及第二子调制器IM2封装而成。偏振分束器PBS将该连续光波分为相互正交的X偏振方向的光波和Y偏振方向的光波，并分别进入第一子调制器IM1和第二子调制器IM2，第一子调制器IM1由6Gbaud射频16QAM驱动信号驱动，第二子调制器IM2由12Gbaud射频QPSK驱动信号驱动。
步骤2：由本地振荡器LO产生14GHz正弦波，经倍频器LD(×2)后输出28GHz的正弦波，28GHz的正弦波经第一功分器PS1分为两路并分别进入第一混频器IQ mixer1以及第二混频器IQ mixer2，其中射频QPSK驱动信号由两路分为同相(I2)和正交(Q2)的二进制数据与28GHz正弦波经第二混频器IQ mixer2混频产生，射频16QAM驱动信号由两路分为同相(I1)和正交(Q1)的四阶脉冲幅度调制(PAM4)信号进入第一混频器IQ mixer1分别与28GHz的正弦波进行混频产生，信号长度均为210-1，驱动幅度为1Vpp。
步骤3：射频16QAM驱动信号经增益为20dB，工作在DC～40GHz的电放大器EA1放大后再经第一子调制器IM1调制。12Gbaud射频QPSK驱动信号经增益为20dB，工作在DC～40GHz的电放大器EA2放大后再经第二子调制器IM2调制。射频16QAM驱动信号经过第二功分器PS2分为两个相位差为90度的射频16QAM驱动信号以驱动第一子调制器IM1；射频QPSK驱动信号经过第三功分器PS3分为两个相位差为90度的射频QPSK驱动信号以驱动第二子调制器IM2。设置IM1在正交偏置点，工作在上边带调制模式。设置IM2在正交偏置点，工作在下边带模式。第一子调制器IM1将射频16QAM驱动信号调制到X偏振方向的光波上，输出偏振复用上边带16QAM光信号；第二子调制器IM2将射频QPSK驱动信号调制到Y偏振方向的光波上，输出偏振复用下边带QPSK光信号；偏振复用上边带16QAM光信号和偏振复用下边带QPSK光信号偏振合束器PBC耦合输出混合信号。然后混合信号经SMF-28单模光纤传输后，由掺铒光纤放大器(Erbium DopedFiberAmplifier，EDFA)放大。放大后的混合信号传输到50/100GHz间距的滤波器Filter中，分别将X、Y偏振方向上的偏振复用单边带光信号进行分离，进入两路带宽为75GHz的光电探测器，X偏振方向上偏振复用上边带16QAM光信号进入第一光电探测器PD1完成光电转换得到偏振复用上边带16QAM电信号，Y偏振方向上的偏振复用下边带QPSK光信号进入第二光电探测器PD2完成光电转换得到偏振复用下边带QPSK电信号，两路电矢量信号分别经过增益为30dB、工作在DC～50GHz的电放大器EA3和EA4进行放大，最后被送入后续的2×2MIMO无线链路中传输。
步骤4：2×2MIMO无线链路是由两对同极化状态(水平极化或垂直极化)的喇叭天线(HA1、HA2和HA3、HA4)组成。喇叭天线的频率工作范围为26.5GHz～40GHz，增益为25dB，且具有良好的方向性。设置两路无线链路为平行结构，两路经过放大的X、Y偏振方向上的电毫米波信号分别由发送天线HA1、HA3同时发射到空中，经1m无线传输后由接收天线HA2、HA4分别同时接收。随后两路电信号分别经过增益为30dB、工作在DC～60GHz的电放大器EA5和EA6放大后，被一个3dB带宽62GHz，采样率160GSa/s的示波器(Oscilloscope，OSC)捕获得到离散数字信号。
步骤5：经示波器捕获的离散数字信号，在后续进行离线数字信号(DigitalSignalProcessing，DSP)处理时主要步骤有：下变频、数字低通滤波、重采样、偏振解复用的恒模算法、频偏估计、相位恢复、判决引导最小均方误差算法和误码率计算。
本发明提出了一种基于单个DP-MZM产生偏振复用的SSB QAM信号和SSB QPSK信号的方案，实验展示了一种基于单个DP-MZM的光载无线通信(Radio OverFiber，ROF)系统，无线传输部分采用2×2MIMO无线链路，可将系统容量提高一倍。通过实验验证了PDM-QPSK光信号和PDM-16QAM光信号在65km单模光纤传输和光电探测器产生的频率为28GHz的电毫米波信号在1米MIMO无线链路上传输时，通信速率为48Gbit/s，其最大误码率小于4.2×10-2；此外，还进一步验证了PDM-16QAM光信号在65km单模光纤传输和光电探测器产生的频率为28GHz的电毫米波信号在1米MIMO无线链路上传输时，通信速率为32Gbit/s-64Gbit/s的传输结果，最大传输速率时误码率也小于4.2×10-2。
如图3所示，图3显示了两种不同情况下波特率为12Gbaud的QPSK信号在X、Y偏振方向上所解得BER的算术平均值与输入光功率的曲线图。第一种情况为PDM-QPSK信号在经1米无线和65km单模光纤传输后，所解得BER与输入光功率的曲线；第二种情况为PDM-QPSK信号在仅经过1米无线传输后，在X、Y偏振方向上所解得BER与输入光功率的曲线。12Gbaud QPSK信号在本方案的偏振复用ROF系统中的通信速率为48Gbit/s，PDM-QPSK光信号在65km单模光纤传输和光电探测器产生的频率为28GHz的电毫米波信号在1米MIMO无线链路上传输时，当输入PD的光功率为-8dBm时，BER仍低于4.2×10-2。
如图4所示，图4显示了两种不同情况下波特率为6Gbaud的16QAM信号在X、Y偏振方向上所解得BER的算术平均值与输入光功率的曲线图。第一种情况为16QAM信号在仅经过1米无线传输后，所解得BER与输入光功率的曲线图；第二种情况为16QAM信号在经过65km单模光纤和1米无线传输后，所解得BER与输入光功率的曲线图。6Gbaud 16QAM信号在本文的偏振复用ROF系统中的通信速率为48Gbit/s。从图中两条曲线变化情况可以看出，在经过65km单模光纤和1米无线传输后解得的误码率反而比只仅经过1米无线传输后的误码率要好一些，这是因为经过光纤传输对信号的波形产生影响，导致信号的误码率变好，不过这种误码率的降低只是暂时且微小的。
如图5所示，图5显示了当输入PD的光功率为0dBm时，16QAM信号的BER与输入波特率的曲线图。在发射端，我们通过设置PAM4信号的不同波特率，得到不同速率16QAM接收信号经过离线DSP处理的BER，其中波特率变化范围从3Gbaud到8Gbaud。当实验所给波特率较大时，对系统的光信噪比和DP-MZM、EDFA、EA等光器件带宽有了更高的要求，受实验中所采用的部分光器件带宽限制，随着信号波特率提高BER逐渐恶化。尽管如此，我们仍然实现了波特率为8Gbaud，通信速率为64Gbit/s时，16QAM光信号在65km单模光纤传输和光电探测器产生的频率为28GHz的电毫米波信号在1米MIMO无线链路上传输时，使其最大BER小于4.2×10-2。
本发明提供的基于单个DP-MZM产生偏振复用的SSB QAM信号和偏振复用的SSBQPSK信号的ROF传输系统，结构简单，采用偏振复用方法可以将系统的传输速率提高一倍，采用先进的调制格式和数字信号处理(DSP)技术对信号作进一步的改善和补偿，提高了光线无线集成系统的性能，提高了信号的频谱效率，并且SSB调制的调制效率高，且对光纤色散不敏感，能有效应对信号在光纤传输中信号走离效应，在未来的光纤无线集成系统中有巨大的应用价值。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种偏振复用单边带信号产生与接收系统，其特征在于，包括：光波产生单元、信号调制单元、驱动信号产生单元、分离与转换单元、多输入多输出系统MIMO无线链路以及信号采样和处理单元；所述偏振复用单边带信号为偏振复用上边带光信号和偏振复用下边带光信号；
所述光波产生单元与所述信号调制单元连接，所述光波产生单元用于产生光波并输入所述信号调制单元；所述驱动信号产生单元与所述信号调制单元连接，所述驱动信号产生单元用于产生两路驱动信号以驱动所述信号调制单元；
所述信号调制单元用于将所述光波分成两路相互正交的偏振光波，并基于单边带调制将所述驱动信号调制到所述偏振光波上得到偏振复用上边带光信号和偏振复用下边带光信号；所述偏振复用上边带信号和所述偏振复用下边带光信号耦合后输出混合信号；所述信号调制单元通过单模光纤与所述分离与转换单元相连接，所述混合信号通过所述单模光纤传输至所述分离与转换单元；所述分离与转换单元用于将所述混合信号分离并进行光电转换得到电毫米波信号；
所述MIMO无线链路与所述分离与转换单元相连接，所述电毫米波信号通过所述MIMO无线链路传输并进入所述信号采样和处理单元；所述信号采样和处理单元用于将所述电毫米波信号转换成数字信号并对所述数字信号进行数字信号处理；
所述光波产生单元为分布反馈布拉格半导体激光器DFB-LD；所述信号调制单元为双极化马赫-曾德尔调制器DP-MZM；所述偏振复用上边带光信号为偏振复用上边带QAM光信号，所述偏振复用下边带光信号为偏振复用下边带QAM光信号；
所述DP-MZM包括偏振分束器、偏振合束器、第一子调制器以及第二子调制器；所述DFB-LD与所述偏振分束器连接，所述DFB-LD产生光波并输入所述偏振分束器，所述偏振分束器将所述光波分为相互正交的X偏振方向的光波和Y偏振方向的光波，所述X偏振方向的光波进入所述第一子调制器；所述Y偏振方向的光波进入所述第二子调制器；所述第一子调制器设置在正交偏置点，工作在上边带调制模式；所述第二子调制器设置在正交偏置点，工作在下边带调制模式；
所述驱动信号为第一射频QAM驱动信号以及第二射频QAM驱动信号；所述第一子调制器将所述第一射频QAM驱动信号调制到所述X偏振方向的光波上并产生所述偏振复用上边带QAM光信号，所述第二子调制器将所述第二射频QAM驱动信号调制到所述Y偏振方向的光波上并产生所述偏振复用下边带QAM光信号；
所述偏振复用上边带QAM光信号以及所述偏振复用下边带QAM光信号通过所述偏振合束器耦合后输出所述混合信号，所述混合信号传输至所述分离与转换单元；
所述驱动信号产生单元包括本地振荡器、倍频器、第一功分器、第二功分器、第三功分器、第一混频器以及第二混频器；
所述本地振荡器、所述倍频器以及所述第一功分器依次相连接；所述第一功分器分别与所述第一混频器以及所述第二混频器相连接；
所述本地振荡器产生正弦射频信号，所述正弦射频信号经过所述倍频器后输出倍频正弦射频信号，所述倍频正弦射频信号经过所述第一功分器后分为两路倍频正弦射频信号，并分别进入所述第一混频器以及所述第二混频器；
一路基带调制的第一QAM信号的同相信号和正交相信号分别进入所述第一混频器与所述倍频正弦射频信号进行混频，从而将所述基带调制的第一QAM信号调制到所述倍频正弦射频信号上，生成所述第一射频QAM驱动信号；另一路基带调制的第二QAM信号的同相信号和正交相信号分别进入所述第二混频器与所述倍频正弦波信号进行混频，从而将所述基带调制的第二QAM信号调制到所述倍频正弦射频信号上，生成所述第二射频QAM驱动信号；
所述第一射频QAM驱动信号经过所述第二功分器分为两路相位差为90度的射频QAM驱动信号以驱动所述第一子调制器；所述第一子调制器将所述第一射频QAM驱动信号调制到所述X偏振方向的光波上，产生偏振复用上边带QAM光信号；
所述第二射频QAM驱动信号经过所述第三功分器分为两路相位差为90度的第二射频QAM驱动信号以驱动所述第二子调制器；所述第二子调制器将所述第二射频QAM驱动信号调制到所述Y偏振方向的光波上，产生偏振复用下边带QAM光信号。
2.根据权利要求1所述的偏振复用单边带信号产生与接收系统，其特征在于，所述分离与转换单元包括滤波器和两个光电探测器；所述电毫米波信号为所述偏振复用上边带QAM电信号以及所述偏振复用下边带QAM电信号；
所述滤波器将所述混合信号分离为X偏振方向的偏振复用上边带QAM光信号和Y偏振方向的偏振复用下边带QAM光信号；所述偏振复用上边带QAM光信号进入第一光电探测器进行光电转换得到偏振复用上边带QAM电信号；所述偏振复用下边带QAM光信号进入第二光电探测器进行光电转换得到偏振复用下边带QAM电信号；所述偏振复用上边带QAM电信号和所述偏振复用下边带QAM电信号进入所述MIMO无线链路中传输。
3.根据权利要求2所述的偏振复用单边带信号产生与接收系统，其特征在于，所述MIMO无线链路包括发送天线和接收天线；
所述偏振复用上边带QAM电信号以及偏振复用下边带QPSK电信号由所述发送天线同时发送至空中，经过无线传输后由所述接收天线同时接收。
4.根据权利要求3所述的偏振复用单边带信号产生与接收系统，其特征在于，所述信号采样和处理单元包括模数转换器；所述模数转换器与所述MIMO无线链路相连接，所述模数转换器用于将所述电毫米波信号转换为数字信号。
5.根据权利要求4所述的偏振复用单边带信号产生与接收系统，其特征在于，还包括：掺铒光纤放大器；
所述混合信号通过所述单模光纤进入所述掺铒光纤放大器，所述掺铒光纤放大器用于将所述混合信号放大并输入所述滤波器。
6.根据权利要求5所述的偏振复用单边带信号产生与接收系统，其特征在于，所述偏振复用下边带QAM光信号在65km单模光纤传输和光电探测器产生的频率为28GHz的电毫米波信号在1米MIMO无线链路上传输时，通信速率为48Gbit/s，传输的误码率小于4.2×10-2；所述偏振复用上边带QAM光信号在65km单模光纤传输和光电探测器产生的频率为28GHz的电毫米波信号在1米MIMO无线链路上传输时，通信速率为64Gbit/s，传输的误码率小于4.2×10-2。
7.一种偏振复用单边带信号产生与接收方法，其特征在于，所述偏振复用单边带信号产生与接收方法应用于权利要求1-6中任一项所述的偏振复用单边带信号产生与接收系统，所述偏振复用单边带信号产生与接收方法包括：
利用光波产生单元产生光波并输入信号调制单元；
通过驱动信号产生单元产生两路驱动信号以驱动所述信号调制单元；
利用所述信号调制单元将所述光波分成两路相互正交的偏振光波，并基于单边带调制将所述驱动信号调制到所述偏振光波上得到偏振复用上边带光信号和偏振复用下边带光信号；所述偏振复用上边带光信号和所述偏振复用下边带光信号耦合后输出混合信号；将所述混合信号通过单模光纤传输至分离与转换单元；通过所述分离与转换单元将所述混合信号分离并进行光电转换得到电毫米波信号；
所述电毫米波信号在多输入多输出系统MIMO无线链路中传输并进入信号采样和处理单元；所述信号采样和处理单元将所述电毫米波信号转换成数字信号并对所述数字信号进行数字信号处理；
所述光波产生单元为分布反馈布拉格半导体激光器DFB-LD；所述信号调制单元为双极化马赫-曾德尔调制器DP-MZM；所述偏振复用上边带光信号为偏振复用上边带QAM光信号，所述偏振复用下边带光信号为偏振复用下边带QAM光信号；
所述DP-MZM包括偏振分束器、偏振合束器、第一子调制器以及第二子调制器；所述DFB-LD与所述偏振分束器连接，所述DFB-LD产生光波并输入所述偏振分束器；所述驱动信号为第一射频QAM驱动信号以及第二射频QAM驱动信号；
所述利用所述信号调制单元将所述光波分成两路相互正交的偏振光波，并基于单边带调制将所述驱动信号调制到所述偏振光波上得到偏振复用上边带光信号和偏振复用下边带光信号，具体包括：
所述偏振分束器将所述光波分为相互正交的X偏振方向的光波和Y偏振方向的光波，所述X偏振方向的光波进入所述第一子调制器；所述Y偏振方向的光波进入所述第二子调制器；所述第一子调制器设置在正交偏置点，工作在上边带调制模式；所述第二子调制器设置在正交偏置点，工作在下边带调制模式；
所述第一子调制器将所述第一射频QAM驱动信号调制到所述X偏振方向的光波上并产生所述偏振复用上边带QAM光信号，所述第二子调制器将所述第二射频QAM驱动信号调制到所述Y偏振方向的光波上并产生所述偏振复用下边带QAM光信号；
所述偏振复用上边带QAM光信号以及所述偏振复用下边带QAM光信号通过所述偏振合束器耦合后输出所述混合信号，所述混合信号传输至所述分离与转换单元；
所述驱动信号产生单元包括本地振荡器、倍频器、第一功分器、第二功分器、第三功分器、第一混频器以及第二混频器；所述本地振荡器、所述倍频器以及所述第一功分器依次相连接；所述第一功分器分别与所述第一混频器以及所述第二混频器相连接；
所述通过驱动信号产生单元产生两路驱动信号以驱动所述信号调制单元，具体包括：
所述本地振荡器产生正弦射频信号，所述正弦射频信号经过所述倍频器后输出倍频正弦射频信号，所述倍频正弦射频信号经过所述第一功分器后分为两路倍频正弦射频信号，并分别进入所述第一混频器以及所述第二混频器；
一路基带调制的第一QAM信号的同相信号和正交相信号分别进入所述第一混频器与所述倍频正弦射频信号进行混频，从而将所述基带调制的第一QAM信号调制到所述倍频正弦射频信号上，生成所述第一射频QAM驱动信号；另一路基带调制的第二QAM信号的同相信号和正交相信号分别进入所述第二混频器与所述倍频正弦波信号进行混频，从而将所述基带调制的第二QAM信号调制到所述倍频正弦射频信号上，生成所述第二射频QAM驱动信号；
所述第一射频QAM驱动信号经过所述第二功分器分为两路相位差为90度的射频QAM驱动信号以驱动所述第一子调制器；所述第一子调制器将所述第一射频QAM驱动信号调制到所述X偏振方向的光波上，产生偏振复用上边带QAM光信号；
所述第二射频QAM驱动信号经过所述第三功分器分为两路相位差为90度的第二射频QAM驱动信号以驱动所述第二子调制器；所述第二子调制器将所述第二射频QAM驱动信号调制到所述Y偏振方向的光波上，产生偏振复用下边带QAM光信号。
8.根据权利要求7所述的偏振复用单边带信号产生与接收方法，其特征在于，偏振复用下边带QAM光信号在65km单模光纤传输和光电探测器产生的频率为28GHz的电毫米波信号在1米MIMO无线链路上传输时，通信速率为48Gbit/s，传输的误码率小于4.2×10-2；偏振复用上边带QAM光信号在65km单模光纤传输和光电探测器产生的频率为28GHz的电毫米波信号在1米MIMO无线链路上传输时，通信速率为64Gbit/s，传输的误码率小于4.2×10-2。
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Assignee: XI'AN SUOWEI PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: XI'AN University OF POSTS & TELECOMMUNICATIONS

Contract record no.: X2022980017944

Denomination of invention: A Polarization Multiplexing Single Sideband Signal Generation and Receiving System and Method

Granted publication date: 20220329

License type: Common License

Record date: 20221011

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