CN114866154B - 超宽带射频信号高速bpsk相位调制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置及方法，在光载射频通信链路的基础上，通过实时控制调制器工作状态的方式，在实现超宽带、高保真、远距离的射频信号传输的同时在光学域完成传输带宽内射频信号的高速高质量BPSK调制。其射频响应带宽、调制速率都远高于普通的微波BPSK调制器，并且可以同时完成传输功能。同时，其宽带内的BPSK调制特性和射频频率无关，只和调制器的实时控制精度有关，故其宽带信号BPSK调制的相位/幅度不一致性和频率无关，尤其适合对宽带内BPSK调制性能一致性要求很高的应用。

Description

超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置及方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及到一种超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置及方法。
背景技术
在通信、雷达、电子战等系统中，BPSK调制主要指的是对微波信号的相位进行调制，其主要指标有工作频率范围、相位/幅度误差、插损、调制速率等。现有的各种调制手段在工作频率、上升沿占比时间、相位/幅度误差等维度无法同时满足应用装备超宽带、高速、高调制质量指标的多功能、一体化需求。
因此，如何提供一种超宽带、高速、高调制质量的射频信号的BPSK相位调制方法，是一个亟需解决的技术问题。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置及方法，旨在解决目前BPSK相位调制无法满足应用装备超宽带、高速、高调制质量指标的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置，所述电路包括激光源、MZM调制器、BPSK调制电路和光电转换电路；其中：
所述激光源用于生成目标光学载波信号；
所述MZM调制器用于配合激光源将目标射频信号调制到光域上，获得目标调制光信号；
所述BPSK调制电路用于生成BPSK调制信号并将所述BPSK调制信号与所述MZM调制器进行匹配，获得带有BPSK调制的射频光信号；
所述光电转换电路用于对所述带有BPSK调制的射频光信号进行光电转换，获得带有BPSK调制的射频信号。
可选的，所述BPSK调制电路还包括TTL处理电路。
可选的，所述TTL处理电路包括整形电路、放大电路和滤波电路。
可选的，所述将所述BPSK调制信号与所述MZM调制器进行匹配，具体为：将TTL处理电路输出的TTL高电平与MZM调制器的Q+电压相匹配，以及将TTL处理电路输出的TTL低电平与MZM调制器的Q-电压相匹配。
可选的，所述将所述BPSK调制信号与所述MZM调制器进行匹配，具体为：将TTL处理电路输出的TTL高电平与MZM调制器的Q-电压相匹配，以及将TTL处理电路输出的TTL低电平与MZM调制器的Q+电压相匹配。
可选的，所述BPSK调制电路还包括偏压闭环电路和耦合电路。
可选的，所述耦合电路的第一输入端连接TTL处理电路，所述耦合电路的第二输入端连接偏压闭环电路，所述耦合电路的输出端连接MZM调制器。
可选的，所述偏压闭环电路的输入端连接MZM调制器的输出端，所述偏压闭环电路用于根据MZM调制器输出的目标调制信号，生成BPSK调制电路的电平修正值。
可选的，所述BPSK调制电路还用于对TTL处理电路输出的TTL电平进行修正。
此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种超宽带射频信号高速BPSK相位调制方法，用于如上所述的超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置，所述方法包括如下步骤：
通过激光源用于生成目标光学载波信号；
通过MZM调制器用于配合激光源将目标射频信号调制到光域上，获得目标调制光信号；
通过BPSK调制电路用于生成BPSK调制信号并将所述BPSK调制信号与所述MZM调制器进行匹配，获得带有BPSK调制的射频光信号；
通过光电转换电路用于对所述带有BPSK调制的射频光信号进行光电转换，获得带有BPSK调制的射频信号。
本发明提出了一种超宽带射频信号高速BPSK相位调制方法，在光载射频通信链路的基础上，通过实时控制调制器工作状态的方式，在实现超宽带、高保真、远距离的射频信号传输的同时在光学域完成传输带宽内射频信号的高速高质量BPSK调制。其射频响应带宽、调制速率都远高于普通的微波BPSK调制器，并且可以同时完成传输功能。同时，其宽带内的BPSK调制特性和射频频率无关，只和调制器的实时控制精度有关，故其宽带信号BPSK调制的相位/幅度不一致性和频率无关，尤其适合对宽带内BPSK调制性能一致性要求很高的应用。
附图说明
图1为本发明实施例中超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置的示意图；
图2为本发明实施例中基于微波光子的BPSK调制的原理框图；
图3为本发明实施例中超宽带射频信号高速BPSK相位调制方法的示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
100 激光源 300 BPSK调制电路
200 MZM调制器 400 光电转换电路
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释发明，并不用于限定发明。
下面将结合发明实施例中的附图，对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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
需要说明，发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在发明要求的保护范围之内。
在通信、雷达、电子战等系统中，BPSK调制主要指的是对微波信号的相位进行调制，其主要指标有工作频率范围、相位/幅度误差、插损、调制速率等。现有的各种调制手段在工作频率、上升沿占比时间、相位/幅度误差等维度无法同时满足应用装备超宽带、高速、高调制质量指标的多功能、一体化需求。
为了解决这一问题，提出本发明的超宽带射频信号高速BPSK相位调制方法的各个实施例。本发明提供的超宽带射频信号高速BPSK相位调制方法在光载射频通信链路的基础上，通过实时控制调制器工作状态的方式，在实现超宽带、高保真、远距离的射频信号传输的同时在光学域完成传输带宽内射频信号的高速高质量BPSK调制。其射频响应带宽、调制速率都远高于普通的微波BPSK调制器，并且可以同时完成传输功能。同时，其宽带内的BPSK调制特性和射频频率无关，只和调制器的实时控制精度有关，故其宽带信号BPSK调制的相位/幅度不一致性和频率无关，尤其适合对宽带内BPSK调制性能一致性要求很高的应用。
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置的示意图。
本实施例提供一种超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置，所述电路包括激光源100、MZM调制器200、BPSK调制电路300和光电转换电路400。
需要说明的是，激光源100用于生成目标光学载波信号；MZM调制器200用于配合激光源100将射频输入端接收的目标射频信号调制到光域上，获得目标调制信号；BPSK调制电路用于生成BPSK调制信号并将所述BPSK调制信号与所述MZM调制器进行匹配，获得带有BPSK调制的调制光信号；光电转换电路400用于对所述带有BPSK调制的调制光进行光电转换，获得带有BPSK调制的射频信号，最后由射频输出端输出。
容易理解的，随着光纤技术和射频通信技术的发展成熟，基于光纤传输的光载射频通信技术(Radio over Fiber,RoF)已得到了日益广泛应用，该技术通过将高速射频模拟信号调制到光信号上的方法，实现对信号的高带宽、低损耗和远距离传输。在光域也可以通过控制调制器工作状态的方式现射频信号的BPSK调制，其特点是超宽带(受限于调制器的射频工作带宽，可达DC～110GHz+)、高调制速率(可达DC～10GHz)、低相位/幅度误差等特点。并且可在现有的ROF链路上进一步融合，在超宽带、长距离、低损耗传输的同时完成BPSK调制，为多功能、一体化的需求提供技术基础。
针对超宽带、高速、高调制质量的射频信号BPSK调制的需求，本文提出一种基于微波光子的超宽带射频信号高速BPSK相位调制方法。利用微波光子技术实现超宽带、高速、高调制质量的射频信号调制以满足多功能、一体化的系统需求。在光载射频通信链路的基础上，通过控制调制器工作状态在Q+和Q-之间高速切换的方式，完成射频信号的相位π的变化，使其能够在完成射频信号高保真传输的基础上完成超宽带的BPSK调制；通过优化匹配调制器控制链路，实现高速、低切换时间的BPSK调制；通过对输出信号监测，可实现射频信号“0”、“1”状态的精确控制，实现高质量的BPSK调制。
在一些实施例中，将所述BPSK调制信号与所述MZM调制器进行匹配，具体为：将TTL处理电路输出的TTL高电平与MZM调制器的Q+电压相匹配，以及将TTL处理电路输出的TTL低电平与MZM调制器的Q-电压相匹配；或将TTL处理电路输出的TTL高电平与MZM调制器的Q-电压相匹配，以及将TTL处理电路输出的TTL低电平与MZM调制器的Q+电压相匹配。
在另一实施例中，在一些实施例中，BPSK调制电路还包括TTL处理电路、偏压闭环电路和耦合电路；具体而言，TTL处理电路包括整形电路、放大电路和滤波电路。
容易理解的，耦合电路的第一输入端连接TTL处理电路，所述耦合电路的第二输入端连接偏压闭环电路，所述耦合电路的输出端连接MZM调制器200；偏压闭环电路的输入端连接MZM调制器200的输出端，所述偏压闭环电路用于根据MZM调制器200输出的目标调制信号，生成BPSK调制电路的电平修正值。基于上述偏压闭环电路和耦合电路，BPSK调制电路还用于对TTL处理电路输出的TTL电平进行修正。
在本实施例中，提出了一种基于微波光子的超宽带射频信号高速BPSK相位调制方法。通过对调制器状态的实时控制，对射频信号相位实现相差π的状态切换，可以在光传输的基础上对宽带射频信号实现高速、高质量的BPSK相位调制。和传统的微波BPSK调制器相比，其工作带宽大幅提高，可达DC～110GHz；其调制速率拓宽，可达DC～10GHz；并可对“0”、“1”状态的幅度/相位差进行专项优化，实现高质量的BPSK调制。
为了便于理解，本实施例提出超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置的具体实例，具体如下：
参照图2，图2给出了一种基于微波光子的BPSK调制原理框图。其中，超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置由激光源、MZM调制器、探测器和对应的控制电路组成。宽带射频信号由MZM调制的端口调制到光域上，经过光纤后由光电转换器件恢复成射频信号，完成传输功能。同时，外部的TTL电平经过BPSK调制电路后使其高电平时调制器工作在Q+(或Q-)点，低电平时调制器工作在Q-(或Q+)点。随着外接TTL电平的变化，射频信号的两个状态会产生π的相位差，进而完成BPSK调制。
本发明具体实施方法如下：
(1)连接激光器、MZM调制器、光电转换器件构成基本ROF链路；
(2)输入的射频信号经过MZM调制器调制到光域上；
(3)将输入的BPSK调制“1”和“0”信号经过调制电路后和调制器所对应的Q+、Q-电压(或Q-、Q+电压)所对应，令BPSK“1”状态的时候调制电路输出Q+电平(或Q-电平)，BPSK“0”的时候输出Q-电平(或Q+电平)，并将调制电路电平注入MZM调制器BIAS管脚；
(4)通过MZM的反馈信号感知调制器的传递函数漂移情况，并对调制电路的输出电平进行直流偏置电平修正，以维持Q+、Q-输出电压；
(5)MZM调制器在光域完成射频信号的BPSK调制，并经由光纤传输后由探测器完成光电转换，产生带有BPSK调制的射频信号。
在本实施例中，提供了一种超宽带射频信号高速BPSK相位调制方法，在光载射频通信链路的基础上，通过实时控制调制器工作状态的方式，在实现超宽带、高保真、远距离的射频信号传输的同时在光学域完成传输带宽内射频信号的高速高质量BPSK调制。其射频响应带宽、调制速率都远高于普通的微波BPSK调制器，并且可以同时完成传输功能。同时，其宽带内的BPSK调制特性和射频频率无关，只和调制器的实时控制精度有关，故其宽带信号BPSK调制的相位/幅度不一致性和频率无关，尤其适合对宽带内BPSK调制性能一致性要求很高的应用。
参照图3，图3为本发明超宽带射频信号高速BPSK相位调制方法实施例的示意图。
如图3所示，本发明实施例提出的超宽带射频信号高速BPSK相位调制方法，用于如上所述的超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置，所述方法包括如下步骤：
S100，通过激光源用于生成目标光学载波信号；
S200，通过MZM调制器用于配合激光源将目标射频信号调制到光域上，获得目标调制光信号；
S300，通过BPSK调制电路用于生成BPSK调制信号并将所述BPSK调制信号与所述MZM调制器进行匹配，获得带有BPSK调制的射频光信号；
S400，通过光电转换电路用于对所述带有BPSK调制的射频光信号进行光电转换，获得带有BPSK调制的射频信号。
本发明超宽带射频信号高速BPSK相位调制方法的其他实施例或具体实现方式可参照上述各电路实施例，此处不再赘述。
以上仅为发明的优选实施例，并非因此限制发明的专利范围，凡是利用发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置，其特征在于，包括激光源、MZM调制器、BPSK调制电路和光电转换电路；其中：
所述激光源用于生成目标光学载波信号；
所述MZM调制器用于配合激光源将目标射频信号调制到光域上，获得目标调制光信号；
所述BPSK调制电路用于生成BPSK调制信号并将所述BPSK调制信号与所述MZM调制器进行匹配，获得带有BPSK调制的射频光信号；
将所述BPSK调制信号与所述MZM调制器进行匹配，具体为：将TTL处理电路输出的TTL高电平与MZM调制器的Q+电压相匹配，以及将TTL处理电路输出的TTL低电平与MZM调制器的Q-电压相匹配；或将TTL处理电路输出的TTL高电平与MZM调制器的Q-电压相匹配，以及将TTL处理电路输出的TTL低电平与MZM调制器的Q+电压相匹配；
所述光电转换电路用于对所述带有BPSK调制的射频光信号进行光电转换，获得带有BPSK调制的射频信号。
2.如权利要求1所述的超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置，其特征在于，所述BPSK调制电路还包括TTL处理电路。
3.如权利要求2所述的超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置，其特征在于，所述TTL处理电路包括整形电路、放大电路和滤波电路。
4.如权利要求2所述的超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置，其特征在于，所述BPSK调制电路还包括偏压闭环电路和耦合电路。
5.如权利要求4所述的超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置，其特征在于，所述耦合电路的第一输入端连接TTL处理电路，所述耦合电路的第二输入端连接偏压闭环电路，所述耦合电路的输出端连接MZM调制器。
6.如权利要求5所述的超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置，其特征在于，所述偏压闭环电路的输入端连接MZM调制器的输出端，所述偏压闭环电路用于根据MZM调制器输出的目标调制信号，生成BPSK调制电路的电平修正值。
7.如权利要求6所述的超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置，其特征在于，所述BPSK调制电路还用于对TTL处理电路输出的TTL电平进行修正。
8.一种超宽带射频信号高速BPSK相位调制方法，其特征在于，用于如权利要求1-7任意一项所述的超宽带射频信号高速BPSK相位调制装置，所述方法包括如下步骤：
通过激光源生成目标光学载波信号；
通过MZM调制器配合激光源将目标射频信号调制到光域上，获得目标调制光信号；
通过BPSK调制电路生成BPSK调制信号并将所述BPSK调制信号与所述MZM调制器进行匹配，获得带有BPSK调制的射频光信号；
通过光电转换电路对所述带有BPSK调制的射频光信号进行光电转换，获得带有BPSK调制的射频信号。
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