CN114079514B - 一种基于光纤传能的wdm-rof系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤传能技术领域，一种基于光纤传能的WDM‑ROF系统，包括中心站、多芯光缆链路和基站；所述中心站包括一个FPGA可编程控制模块、一个激光器模组、多个信号收发模块、多个DP‑MZM调制解调模块、多条第一单模光纤链路、一个多芯光纤合成器，所述基站包括一个多芯光纤分路器、多条第二单模光纤链路、多个AWG解耦器、多个基站储能单元、多个射频光纤传输模块和多条天线。接收光路是从基站由多芯光缆链路传送至第二光解调模块的调制光信号，传至环形器，经过DP‑MZM解调模块解调后，得到解调后的光信号，再由第二电光解调器转成数字信号后传至信号接收模块，从而实现整个通信系统的收发过程。

Description

一种基于光纤传能的WDM-ROF系统
技术领域
本发明涉及光纤传能技术领域，具体涉及一种基于光纤传能的WDM-ROF系统。
背景技术
随着数据需求的不断增长，对移动通信系统的通信容量、传输速率也越来越高,进而促进了光载无线通信(ROF)技术的诞生与发展。ROF技术很好地融合了光纤通信和无线通信的既有优势，可以满足吉比特量级无线通信业务量的需求。随着5G技术的不断发展，为了满足未来5G通信业务量的需求，ROF系统必须提高通信带宽，使用覆盖面积有限的高频波段作为工作波段，从而必须采用更为密集的蜂窝结构。这也就意味着需要铺设更多的远程天线结构单元，从而大幅增加ROF系统的电力需求。
因此，有必要对ROF系统微蜂窝结构的基站进行低功耗简化并采取一定的节能策略，而采用光纤传能的办法，可以简化布线，降低系统复杂度，提高通信系统整体的用电安全，并降低基站的整体功耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于光纤传能的ROF系统，实现能量光纤与通信光纤的集成，由中心站提供基站所需的能量以及通信上/下行链路的信号，而基站本身不再需要铺设电缆。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种基于光纤传能的WDM-ROF系统，包括中心站（1）、多芯光缆链路（2）和基站（3）；所述中心站（1）包括一个FPGA可编程控制模块（4）、一个激光器模组（5）、多个信号收发模块（6）、多个DP-MZM调制解调模块（7）、多条第一单模光纤链路（81）、一个多芯光纤合成器（9），信号收发模块（6）、DP-MZM调制解调模块（7）、第一单模光纤链路（81）有同样数量，每个DP-MZM调制解调模块（7）连接一个激光器模组（5）和一个信号收发模块（6），每个信号收发模块（6）连接FPGA可编程控制模块（4），每个DP-MZM调制解调模块（7）连接激光器模组（5），激光器模组（5）连接FPGA可编程控制模块（4），每个信号收发模块（6）连接一条第一单模光纤链路（81），每条第一单模光纤链路（81）都连接多芯光纤合成器（9）；所述基站（3）包括一个多芯光纤分路器（10）、多条第二单模光纤链路（82）、多个AWG解耦器（11）、多个基站储能单元（12）、多个射频光纤传输模块（13）和多条天线（14），第一单模光纤链路（81）、第二单模光纤链路（82）、AWG解耦器（11）、基站储能单元（12）、射频光纤传输模块（13）和天线（14）有同样数量，每条第二单模光纤链路（82）都连接多芯光纤分路器（10），每条第二单模光纤链路（82）都连接一个AWG解耦器（11），每个AWG解耦器（11）都连接一个基站储能单元（12）和一个射频光纤传输模块（13），每个基站储能单元（12）都连接一个射频光纤传输模块（13），每个射频光纤传输模块（13）都连接一条天线（14）；激光器模组（5）包括并联的多个激光器，信号收发模块（6）包括一个信号发送模块（61）和一个信号接收模块（62）、两个光电调制器，DP-MZM调制解调模块（7）包括一个DP-MZM调制模块（71）和一个DP-MZM解调模块（72），FPGA可编程控制模块（4）分别调节激光器模组（5）中所有激光器的功率输出，每个激光器发出的激光，传送至一个DP-MZM调制解调模块（7），并作为DP-MZM调制模块（71）的光载波，信号发送模块（61）的数据信号源经过第一电光调制模块（63）后转变为可调制的光信号源，该光信号源将光信号传至DP-MZM调制模块（71），经DP-MZM调制模块（71）调制后，光调制信号传至环形器并得到发射光路，发射光路由1550nm波长的激光（LD）以及DP-MZM调制形成的边带光信号组成，不同频率的光在同一光纤纤芯内，由第一单模光纤链路（81）传至多芯光纤合成器（9）中，接收光路是从基站（3）由多芯光缆链路（2）传送至中心站（1）的调制光信号，传至环形器，经过DP-MZM解调模块（72）解调后，得到解调后的光信号，再由第二光电调制器（64）转成数字信号后传至信号接收模块（62），从而实现整个通信系统的收发过程。
其中，多芯光缆链路（2）、第一单模光纤链路（81）、第二单模光纤链路（82）都为光纤。
激光器模组（5）的每个激光器输出功率范围为3W～10W，激光波长为1550nm。
所述多芯光纤合成器（9）将多条第一单模光纤链路（81）合并为一条多芯光缆链路（2）；多芯光纤分路器（10）将多芯光纤分路器（10）分解为多条第二单模光纤链路（82），所述多芯光纤合成器（9）通过多芯光缆链路（2）将第一单模光纤链路（81）中的用于传能的激光和用于通信的调制光信号一并传至多芯光纤分路器（10），同时多芯光纤分路器（10）通过多芯光缆链路（2）将第二单模光纤链路（82）发送的用于通信的调制光信号传至多芯光纤合成器（9）。
所述多芯光纤分路器（10）对从中心站（1）传来的发射光路进行分路，分路后，每一条光路都由第二单模光纤链路（82）传至AWG解耦器（11），所述AWG解耦器（11）分离出用于供能的激光（波长为1550nm，平均功率7W）和用于传递数据信息的光调制信号，并将用于供能的激光传至基站储能单元（12），光调制信号传送至射频光纤传输模块（13）；所述射频光纤传输模块（13）对接收到的光调制信号进行光电转换，并将获得的射频电信号经放大器放大后传至天线（14），最后通过天线（14）发送给对应的用户终端。同时射频光纤传输模块（13）将接收到的终端数据信息转化为调制光信号并由第二单模光纤链路（82）沿多芯光纤分路器（10）传至多芯光缆链路（2），最终传回中心站（1），完成对终端数据信号的传送。
进一步地，所述中心站中的FPGA可编程控制模块（4）可根据信号接收模块（62）得到的基站（3）功率变化信息，调节激光器模组（5）的输出功率大小。
进一步地，所述基站储能单元（12）包括光伏电池（16）、可充电式太阳能电池（17）；所述光伏电池（16）受激光照射后激发电流，实现光电转换；所述可充电式太阳能电池一方面由光伏电池（16）充电，另一方面也可通过太阳光照射充电，并为射频光纤传输模块（13）和天线（14）等器件供能。
进一步地，所述多芯光缆链路（2）由多束多芯光纤（18）合路组成；所述多芯光纤（18）内包括多组单模链路的纤芯，其中每一个纤芯内都包含了用于供能的激光、用于通信的调制光信号两种不同波长的激光。
本发明的有益效果是:实现能量光纤与通信光纤的集成，由中心站提供基站所需的能量以及通信上/下行链路的信号，而基站本身不再需要铺设电缆。
附图说明
图1为本发明WDM-ROF系统整体结构框图；
图2为本发明多芯光缆链路部分截面示意图；
图3为本发明基站储能单元部分示意图；
图4为本发明信号发射模块部分示意图。
其中，1、中心站，2、多芯光缆链路，3、基站，4、FPGA可编程控制模块，5、激光器模组，6、信号收发模块，61、信号发送模块，62、信号接收模块，63、第一光电调制器，64、第二光电调制器，7、DP-MZM调制解调模块，71、DP-MZM调制模块，72、DP-MZM解调模块，81、第一单模光纤链路，82、第二单模光纤链路，9、多芯光纤合成器，10、多芯光纤分路器，11、AWG解耦器，12、基站储能单元，13、射频光纤传输模块，14、天线，16、光伏电池，17、可充电式太阳能电池，18-多芯光纤。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均包括在本发明的保护范围之内。
图1为本发明基于光纤传能的ROF系统整体结构框图。该ROF系统包括中心站、多芯光缆链路、基站三大部分，其中：
中心站1包括FPGA可编程控制模块4、激光器模组5、信号收发模块6、DP-MZM调制解调模块7、第一单模光纤链路81、多芯光纤合成器9。其中，图1中的多组信号收发模块6、DP-MZM调制解调模块7、第一单模光纤链路81和第二单模光纤链路82为同种结构类型，中心站1一方面通过多芯光缆链路2为基站3供能，另一方面通过多芯光缆链路2与基站3实现双向通信，并实现对激光器模组5的反馈控制以及对基站储能单元12的功率调节。
通常情况下，中心站1与基站3距离较远，中心站1内部采用短距离单模光纤连接，而中心站1与基站3之间采用长距离多芯光缆链路2连接。其中，如图2所示，多芯光缆2中包含多组多芯光纤18，每组多芯光纤18又包含多组纤芯，每个纤芯内都有激光、上行链路光信号和下行链路光信号三种不同波长的光。
基站3包括多芯光纤分路器10、AWG解耦器11、基站储能单元12、射频光纤传输模块13、天线14。其中，在基站3中，先将集成的光缆进行分路处理，分路后的复合光信号由单模光纤传至各个子基站中，由于各个子基站结构完全相同，以其中一个进行说明（图1基站3中的相同标号的器件或光纤链路，仅代表采用的是同一种器件或光纤，并非代表同一个器件或同一条光纤）。首先经过AWG解耦器11，将激光和上行链路光信号和下行链路光信号分离出来，分离出来的激光传至基站储能单元12，其中，如图3所示，基站储能单元12是光伏电池16和可充电式太阳能电池17组成的电路单元，激光照射至光伏电池16上使其激发电能并储存至可充电式太阳能电池17中；而基站储能单元12将光电转换得到的电能一部分储存至可充电式太阳能电池17内，另一部分电能直接为子基站供电；而子基站AWG解耦器11分离出来的下行链路光信号是由射频光纤传输模块13将下行链路的射频信号进行电光转换得到，上行链路光信号则经过射频光纤传输模块13的光电转换得到射频电信号，控制信号传至基站储能单元12调节其功率输出，数据信号经过天线14将射频信号的功率进行放大，并传至天线14，最后经天线14将信号传至用户终端，完成整个WDM-ROF通信。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于在原先的WDM-ROF系统的基础上，利用光纤传能技术，实现中心站对基站的远程通信及传能。所以，本发明的发明点在于中心站和基站中关于光纤传能部分和基站储能单元的结构以及功能，而中心站和基站中基础核心器件均属于常规技术，所以，本发明并不局限于上述实施例中对中心站和基站结构的描述。对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于光纤传能的WDM-ROF系统，其特征在于：包括中心站（1）、多芯光缆链路（2）和基站（3）；所述中心站（1）包括一个FPGA可编程控制模块（4）、一个激光器模组（5）、多个信号收发模块（6）、多个DP-MZM调制解调模块（7）、多条第一单模光纤链路（81）、一个多芯光纤合成器（9），信号收发模块（6）、DP-MZM调制解调模块（7）、第一单模光纤链路（81）有同样数量，每个DP-MZM调制解调模块（7）连接一个激光器模组（5）和一个信号收发模块（6），每个信号收发模块（6）连接FPGA可编程控制模块（4），每个DP-MZM调制解调模块（7）连接激光器模组（5），激光器模组（5）连接FPGA可编程控制模块（4），每个信号收发模块（6）连接一条第一单模光纤链路（81），每条第一单模光纤链路（81）都连接多芯光纤合成器（9）；所述基站（3）包括一个多芯光纤分路器（10）、多条第二单模光纤链路（82）、多个AWG解耦器（11）、多个基站储能单元（12）、多个射频光纤传输模块（13）和多条天线（14），第一单模光纤链路（81）、第二单模光纤链路（82）、AWG解耦器（11）、基站储能单元（12）、射频光纤传输模块（13）和天线（14）有同样数量，每条第二单模光纤链路（82）都连接多芯光纤分路器（10），每条第二单模光纤链路（82）都连接一个AWG解耦器（11），每个AWG解耦器（11）都连接一个基站储能单元（12）和一个射频光纤传输模块（13），每个基站储能单元（12）都连接一个射频光纤传输模块（13），每个射频光纤传输模块（13）都连接一条天线（14）；激光器模组（5）包括并联的多个激光器，信号收发模块（6）包括一个信号发送模块（61）和一个信号接收模块（62）、两个光电调制器，DP-MZM调制解调模块（7）包括一个DP-MZM调制模块（71）和一个DP-MZM解调模块（72），FPGA可编程控制模块（4）分别调节激光器模组（5）中所有激光器的功率输出，每个激光器发出的激光，传送至一个DP-MZM调制解调模块（7），并作为DP-MZM调制模块（71）的光载波，信号发送模块（61）的数据信号源经过第一电光调制模块（63）后转变为可调制的光信号源，该光信号源将光信号传至DP-MZM调制模块（71），经DP-MZM调制模块（71）调制后，光调制信号传至环形器并得到发射光路，发射光路由1550nm波长的激光以及DP-MZM调制形成的边带光信号组成，不同频率的光在同一光纤纤芯内，由第一单模光纤链路（81）传至多芯光纤合成器（9）中，接收光路是从基站（3）由多芯光缆链路（2）传送至中心站（1）的调制光信号，传至环形器，经过DP-MZM解调模块（72）解调后，得到解调后的光信号，再由第二光电调制器（64）转成数字信号后传至信号接收模块（62），从而实现整个通信系统的收发过程；所述多芯光纤合成器（9）将多条第一单模光纤链路（81）合并为一条多芯光缆链路（2）；多芯光纤分路器（10）将多芯光纤分路器（10）分解为多条第二单模光纤链路（82），所述多芯光纤合成器（9）通过多芯光缆链路（2）将第一单模光纤链路（81）中的用于传能的激光和用于通信的调制光信号一并传至多芯光纤分路器（10），同时多芯光纤分路器（10）通过多芯光缆链路（2）将第二单模光纤链路（82）发送的用于通信的调制光信号传至多芯光纤合成器（9）；所述多芯光纤分路器（10）对从中心站（1）传来的发射光路进行分路，分路后，每一条光路都由第二单模光纤链路（82）传至AWG解耦器（11），所述AWG解耦器（11）分离出用于供能的激光和用于传递数据信息的光调制信号，并将用于供能的激光传至基站储能单元（12），光调制信号传送至射频光纤传输模块（13）；所述射频光纤传输模块（13）对接收到的光调制信号进行光电转换，并将获得的射频电信号经放大器放大后传至天线（14），最后通过天线（14）发送给对应的用户终端，同时射频光纤传输模块（13）将接收到的终端数据信息转化为调制光信号并由第二单模光纤链路（82）沿多芯光纤分路器（10）传至多芯光缆链路（2），最终传回中心站（1），完成对终端数据信号的传送。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传能的WDM-ROF系统，其特征在于：多芯光缆链路（2）、第一单模光纤链路（81）、第二单模光纤链路（82）都为光纤。
3.根据权利要求1所述的一种基于光纤传能的WDM-ROF系统，其特征在于：激光器模组（5）的每个激光器输出功率范围为3W～10W，激光波长为1550nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于光纤传能的WDM-ROF系统，其特征在于：所述中心站（1）中的FPGA可编程控制模块（4）可根据信号接收模块（62）得到的基站（3）功率变化信息，调节激光器模组（5）的输出功率大小。
5.根据权利要求1所述的一种基于光纤传能的WDM-ROF系统，其特征在于：所述基站储能单元（12）包括光伏电池（16）、可充电式太阳能电池（17）；所述光伏电池（16）受激光照射后激发电流，实现光电转换；所述可充电式太阳能电池一方面由光伏电池（16）充电，另一方面也可通过太阳光照射充电，并为射频光纤传输模块（13）和天线（14）供能。
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