CN114039665B - 一种用于RoF系统的多载频生成和可靠传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于RoF系统的多载频生成和可靠传输方法，基于中心站―次级中心站―基站链路传输结构，中心站内，所需传输的基带数据电信号，经过光发射模块、波分复用器和光放大器发送至远端次级中心站。次级中心站内，利用外调制器和低频率本振信号对波分复用信号进行集中式副载波调制，通过控制器调制深度，实现不同光谱结构的输出，再通过光波长分配单元，实现不同间隔光谱信号的灵活控制，重组后的光信号被发送至远端基站，在远端基站，利用光电探测器的拍频作用得到对应频率的射频电信号，再经过电放大器和射频天线，发送至移动终端。本发明方法大大提升RoF技术在未来高频段通信系统中应用的灵活性和可靠性，降低RoF系统的部署成本。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信和无线通信混合技术领域，具体而言，尤其涉及一种用于RoF系统的多载频生成和可靠传输方法。
背景技术
在目前频谱资源有限的情况下，3GPP组织首次在5G系统中启用了 24.25GHz～52.6GHz的高频载波，以满足用户对高速率数据传输的需求。目前高载频通信系统所用载波频率主要集中在26GHz、28GHz、39GHz和60GHz 等多个频段，随着用户对数据速率和业务需求的不断增加，在5G高频乃至未来6G通信系统中，势必将使用更多频率更高的载波进行协作通信应用。因此，实现多个频段载波的高效生成及可靠传输对RoF技术在未来高频通信系统中的应用，具有重要意义。
传统的RoF系统中，通常采用光学方法实现高载频信号(如：毫米波)的生成，以减少高频电子器件(如：本振源和混频器等)的使用，提升系统的稳定性，节约实现成本。目前常用的光生毫米波方法有：光外差法、光学非线性法和外调制法。其中，基于马赫曾德尔调制器(MZM)的外调制法以其高灵活性、调制带宽大、线性度高等优点被广泛应用于RoF通信系统中的发射端，使用低频本振信号和MZM组成的外调制结构，通过控制MZM的器件参数，可实现较高频率载波信号的生成。然而，目前基于MZM的光生毫米波结构生成的高频载波信号频率单一，面对未来多载波协作通信系统的复杂应用场景，要实现多个不同频率频载波生成，系统结构复杂，实现成本较高。此外，射频载波信号在RoF系统传输时，受光纤色散的影响，会产生周期性衰落和码元走离效应，从而影响系统的传输可靠性，随着光纤内传输载波频率和数量的增加，光纤色散的影响会更加严重，传统RoF系统内通过单边带调制等方法克服色散的方法，需要复杂的光学器件和控制系统进行配合，同样增加了系统的复杂性和成本，如何保障RoF系统内多频载波信号的可靠传输是另一个急需解决的问题。
发明内容
根据上述提出的面向未来高频移动通信系统对多频段载波协作通信的需求，针对现有RoF系统存在的问题，本发明提供一种用于RoF系统的多载频生成和可靠传输方法。本发明主要基于中心站―次级中心站―基站的新型 RoF系统传输结构，利用集中式光外调制法和光波长分配单元，实现不同频率载波信号的高效生成以及灵活分配功能。
本发明采用的技术手段如下：
一种用于RoF系统的多载频生成和可靠传输方法，包括：基于新型ROF 系统传输结构，利用集中式光外调制法和光波长分配单元，实现不同频率载波信号的高效生成以及灵活分配功能。
进一步地，所述新型ROF系统传输结构包括通过光纤链路相连的中心站，次级中心站和基站。
进一步地，所述次级中心站靠近基站侧，所述中心站与所述次级中心站间光纤内的传输数据格式为基带数字信号，次级中心站与各基站间光纤内的数据格式为射频副载波信号。
进一步地，所述中心站包括波分复用光发射模块、基带数据源、波分复用器和光放大器构成；波分复用光发射模块将需要传输的基带信号数据调制到对应信道波长的光信号上，再通过波分复用器，将携带不同用户数据信息的光信号复用为一路，最后，经过光放大器放大后传输至远端的次级中心站。
进一步地，所述次级中心站包括马赫曾德尔调制器、本振信号源和光波长分配单元；次级中心站内，首先，利用马赫曾德尔调制器对接收到的波分复用信号进行集中式的副载波调制，马赫曾德尔调制器工作在推挽工作状态下，通过调节马赫曾德尔调制器的偏置电压和本振信号源的幅度，控制马赫曾德尔调制器的调制深度，实现不同数量光频梳的生成；再利用光波长分配单元，实现不同频率间隔光谱信号的灵活分配。
进一步地，所述光波长分配单元包括波长选择开关和光耦合器；通过调节光波长选择开关各输出端口的中心频率和带宽，分离波分复用信号副载波调制产生的新光谱信号，再通过光耦合器重新汇聚，形成不同频谱间隔的光信号，并通过光纤链路发送至各个基站。
进一步地，所述基站包括光/电探测器、电放大器和射频天线；其中，光 /电探测器对接收到的次级中心站经光纤传输的信号进行光/电转换，经过光/ 电探测器的拍频作用，获得频率为光信号频谱间隔的射频电信号，电放大器对该射频电信号进行放大，最后通过射频天线发送给移动端。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的用于RoF系统的多载频生成和可靠传输方法，其新型 ROF系统传输结构能够支持多种不同频率的高速射频信号通信，利用单MZM 调制器实现集中式的副载波调制，有效简化系统结构，降低实现成本。
2、本发明提供的用于RoF系统的多载频生成和可靠传输方法，通过将射频信号的副载波调制过程转移到新加入的次级中心站内，可有效避免射频信号在光纤长距离传输过程中面临的色散问题；
3、本发明提供的用于RoF系统的多载频生成和可靠传输方法，通过次级中心站内光波长选择开关(WSS)和光耦合器构成的光波长分配单元，可以实现不同光谱信号的动态控制，提升系统载波资源分配的灵活性。
基于上述理由本发明可在光纤通信和无线通信混合等领域广泛推广。
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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例提供的新型ROF系统传输结构图。
图2为本发明实施例提供的次级中心站内光波长分配单元的结构图。
图中：1、中心站；2、基带数据源；3、波分复用光发射模块；4、波分复用器；5、光放大器；6、单模光纤；7、次级中心站；8、本振信号源；9、马赫曾德尔调制器；10、光波长分配单元；11、基站；12、光/电探测器；13、电放大器；14、射频天线；15、光波长选择开关；16、光耦合器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明提供了一种用于RoF系统的多载频生成和可靠传输方法，包括：基于新型ROF系统传输结构，利用集中式光外调制法和光波长分配单元，实现不同频率载波信号的高效生成以及灵活分配功能。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图1所示，所述新型ROF 系统传输结构包括通过光纤链路相连的中心站1，次级中心站7和基站11。次级中心站7靠近基站11侧，所述中心站1与所述次级中心站7间光纤内的传输数据格式为基带数字信号，次级中心站7与各基站11间光纤内的数据格式为射频副载波信号。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，继续参见图1，所述中心站包括波分复用光发射模块3、基带数据源2、波分复用器4和光放大器5；其中，波分复用光发射模块3将需要传输的基带信号数据调制到对应信道波长的光信号上，再通过波分复用器4，将携带不同用户数据信息的光信号复用为一路，最后，经过光放大器5放大后传输至远端的次级中心站7。在本实施例中，原始用户数据电信号通过波分复用光发射模块3的电光转换作用，被调制到波分复用信道所对应的光载波上。假设待传输数据数量为4，波分复用光发射模块3的频率分别为193.1THz、193.2THz、193.3THz和193.4THz，基带数据速率为2.5Gbps，经调制后的各路光信号通过波分复用器4，汇聚为一路复用光信号，被送入光放大器5内进行功率放大，再经过50km的单模光纤6传输至次级中心站7。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，继续参见图1，所述次级中心站7包括马赫曾德尔调制器9、本振信号源8和光波长分配单元10；次级中心站7内，首先，利用马赫曾德尔调制器9对接收到的波分复用信号进行集中式的副载波调制，马赫曾德尔调制器9工作在推挽工作状态下，通过调节马赫曾德尔调制器9的偏置电压和本振信号源的幅度，控制马赫曾德尔调制器9的调制深度，实现不同数量光频梳的生成；再利用光波长分配单元10，实现不同频率间隔光谱信号的灵活分配。在本实施例中，次级中心站7内，利用频率为13GHz的本振信号源8和调制带宽为20GHz的马赫曾德尔调制器9对波分复用信号进行副载波调制，其中马赫曾德尔调制器9工作在推挽模式，即上、下臂射频信号具有固定90°相移，控制其直流偏置电压输入值，使MZM的调制深度达到1.84，此时以波分复用信号四个光载波频率为中心，会分别产生频率间隔为13GHz的±1阶、±2阶光边带信号，即可实现频率梳数量为5的调制光信号。再利用光分配单元10对所需频率的光谱信号进行滤波和重组，实现对不同间隔光谱信号的灵活分配。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图2所示，所述光波长分配单元10包括波长选择开关15和光耦合器16；通过调节光波长选择开关各输出端口的中心频率和带宽，分离波分复用信号副载波调制产生的新光谱信号，再通过光耦合器16重新汇聚，形成不同频谱间隔的光信号，并通过光纤链路发送至各个基站11。在本实施例中，设置光耦合器16的一端口输出中心频率为193.0875THz，带宽为25GHz，二端口输出中心频率为193.1125THz，带宽为25GHz，分别选出193.1THz中心载波的±1阶边带，并通过光耦合器 16合路后，再经过2km单模光纤6发送至基站11。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述基站11包括光/电探测器12、电放大器13和射频天线14；其中，光/电探测器12对接收到的次级中心站7经光纤传输的信号进行光/电转换，经过光/电探测器12的拍频作用，获得频率为光信号频谱间隔的射频电信号，电放大器13对该射频电信号进行放大，最后通过射频天线14发送给移动端。在本实施例中，在基站11内，利用光电探测器12的拍频作用，可获得频率为26GHz的承载数据信息的射频电信号，该信号经过电放大器13和射频天线14，发送给移动用户，完成整个RoF系统的数据通信，由于基站侧探测器拍频信号的频率与接收到光信号的光谱间隔有关，因此可通过调节次级中心站7内光波长选择开关15各输出端口的中心频率和带宽等参数，实现对不同频率射频信号的灵活分配功能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (3)
1.一种用于RoF系统的多载频生成和可靠传输方法，其特征在于，包括：基于新型ROF系统传输结构，利用集中式光外调制法和光波长分配单元，实现不同频率载波信号的高效生成以及灵活分配功能；
所述新型ROF系统传输结构包括通过光纤链路相连的中心站，次级中心站和基站；
所述次级中心站靠近基站侧，所述中心站与所述次级中心站间光纤内的传输数据格式为基带数字信号，次级中心站与各基站间光纤内的数据格式为射频副载波信号；
所述次级中心站包括马赫曾德尔调制器、本振信号源和光波长分配单元；次级中心站内，首先，利用马赫曾德尔调制器对接收到的波分复用信号进行集中式的副载波调制，马赫曾德尔调制器工作在推挽工作状态下，通过调节马赫曾德尔调制器的偏置电压和本振信号源的幅度，控制马赫曾德尔调制器的调制深度，实现不同数量光频梳的生成；再利用光波长分配单元，实现不同频率间隔光谱信号的灵活分配；
所述光波长分配单元包括波长选择开关和光耦合器；通过调节光波长选择开关各输出端口的中心频率和带宽，分离波分复用信号副载波调制产生的新光谱信号，再通过光耦合器重新汇聚，形成不同频谱间隔的光信号，并通过光纤链路发送至各个基站。
2.根据权利要求1所述的用于RoF系统的多载频生成和可靠传输方法，其特征在于，所述中心站包括波分复用光发射模块、基带数据源、波分复用器和光放大器；其中，波分复用光发射模块将需要传输的基带信号数据调制到对应信道波长的光信号上，再通过波分复用器，将携带不同用户数据信息的光信号复用为一路，最后，经过光放大器放大后传输至远端的次级中心站。
3.根据权利要求1所述的用于RoF系统的多载频生成和可靠传输方法，其特征在于，所述基站包括光/电探测器、电放大器和射频天线；其中，光/电探测器对接收到的次级中心站经光纤传输的信号进行光/电转换，经过光/电探测器的拍频作用，获得频率为光信号频谱间隔的射频电信号，电放大器对该射频电信号进行放大，最后通过射频天线发送给移动端。
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