CN115333639B - 一种双输出微波光子四进制频移键控信号生成装置及方法 - Google Patents

一种双输出微波光子四进制频移键控信号生成装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115333639B
CN115333639B CN202210787168.6A CN202210787168A CN115333639B CN 115333639 B CN115333639 B CN 115333639B CN 202210787168 A CN202210787168 A CN 202210787168A CN 115333639 B CN115333639 B CN 115333639B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
mzm
output
optical
pdm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210787168.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115333639A (zh
Inventor
高永胜
史芳静
张京
马博媛
樊养余
蒋炜
李立
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN202210787168.6A priority Critical patent/CN115333639B/zh
Publication of CN115333639A publication Critical patent/CN115333639A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115333639B publication Critical patent/CN115333639B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/548—Phase or frequency modulation
    • H04B10/556—Digital modulation, e.g. differential phase shift keying [DPSK] or frequency shift keying [FSK]
    • H04B10/5563—Digital frequency modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/501—Structural aspects
    • H04B10/503—Laser transmitters
    • H04B10/505—Laser transmitters using external modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B15/00—Suppression or limitation of noise or interference
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种双输出微波光子四进制频移键控信号生成装置及方法，包括激光器、偏振复用马赫曾德尔调制器(Polarization Division Multiplexing Mach‑ZehnderModulator，PDM‑MZM)、第一耦合器、第二耦合器、光滤波器、偏振控制器(PolarizationController，PC)、偏振分束器(Polarization Beam Splitter，PBS)、平衡光电探测器(Balanced Photodetector，BPD)、电功分器、低通电滤波器和高通电滤波器；将光信号、基带信号和本振信号分别输入装置中，依次经过上述部件，同时得到了上、下变频信号，同时，通过组合两个基带信号的“0”码和“1”码并配合电域滤波技术，得到了两种不同输出状态的四进制FSK信号。本发明降低了系统的背景噪声，易于实现，操作灵活，在当今的雷达、电子战和无线通信等射频系统中具有潜在应用价值。

Description

一种双输出微波光子四进制频移键控信号生成装置及方法
技术领域
本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种微波光子四进制频移键控信号生成装置及方法。
背景技术
频移键控(FSK)是一种根据数字调制信号改变载波频率而进行数据传输的数字调制技术，具有错误概率低、信噪比高、抗噪能力强，对通过信道的衰减变化具有鲁棒性等优势。随着现代通信系统的发展，多进制FSK信号生成是该领域的发展趋势。然而，在传统电子系统中，多进制的FSK调制/解调电路比较复杂且成本较高，同时由于电子瓶颈，基于传统电学方法产生的FSK信号往往存在工作频率低、带宽小的问题。微波光子学由于具有大带宽、低损耗和抗电磁干扰等优势，近些年在FSK信号生成方面得到了广泛研究。
目前业内基于微波光子的FSK信号生成方案众多，总的来说可以分为基于偏振/偏置光开关、基于光外差和基于频率-时间映射三种类型。其中，基于偏振/偏置光开关类型的方案大多配合光边带选择和调制器工作点切换实现FSK信号生成；基于光外差类型的方案是通过调整射频信号频率以及两个连续激光之间的波长差，连续调谐产生的FSK信号的频率；基于频率-时间映射类型的方案则大多配合光谱整形，生成具有FSK调制的时间正弦信号。然而，以上大部分方案都只产生了一种输出格式的二进制频移键控(Binary FrequencyShift Keying，BFSK)信号，信号调制阶数有限，存在频带利用率低，信号输出不灵活的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种双输出微波光子四进制频移键控信号生成装置及方法，包括激光器、偏振复用马赫曾德尔调制器(Polarization DivisionMultiplexing Mach-Zehnder Modulator，PDM-MZM)、第一耦合器、第二耦合器、光滤波器、偏振控制器(Polarization Controller，PC)、偏振分束器(Polarization Beam Splitter，PBS)、平衡光电探测器(Balanced Photodetector，BPD)、电功分器、低通电滤波器和高通电滤波器；将光信号、基带信号和本振信号分别输入装置中，依次经过上述部件，同时得到了上、下变频信号，同时，通过组合两个基带信号的“0”码和“1”码并配合电域滤波技术，得到了两种不同输出状态的四进制FSK信号。本发明降低了系统的背景噪声，易于实现，操作灵活，在当今的雷达、电子战和无线通信等射频系统中具有潜在应用价值。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
一种双输出微波光子四进制频移键控信号生成装置，包括激光器、偏振复用马赫曾德尔调制器PDM-MZM、第一耦合器、第二耦合器、光滤波器、偏振控制器PC、偏振分束器PBS、平衡光电探测器BPD、电功分器、低通电滤波器和高通电滤波器；
所述激光器的输出端口连接PDM-MZM的光输入端口，PDM-MZM的输出端口连接光滤波器的输入端口；光滤波器的输出端口连接PC的输入端口，PC的输出端口连接PBS的输入端口；PBS的第一输出端口连接BPD的第一输入端口，PBS的第二输出端口连接BPD的第二输入端口；BPD的输出端口连接电功分器的输入端口，电功分器的第一输出端口连接低通电滤波器的输入端口，电功分器的第二输出端口连接高通电滤波器的输入端口；由低通电滤波器和高通电滤波器分别输出不同的四进制FSK信号；
所述PDM-MZM包括Y型光分路器、马赫曾德尔调制器X-MZM、马赫曾德尔调制器Y-MZM、90度偏振旋转器PR和偏振合束器PBC；输入到PDM-MZM的信号经过Y型光分路器后分配到并行的X-MZM和Y-MZM；Y-MZM输出的光信号通过PR发生90度偏振旋转，然后与X-MZM输出的光信号共同输入PBC，光信号在PBC合并成为偏振复用信号后从PDM-MZM调制器输出；
所述PDM-MZM中，第一基带信号和第一本振信号经由第一耦合器耦合后连接到X-MZM的射频端口；第二基带信号和第二本振信号经由第二耦合器耦合后连接到Y-MZM的射频端口。
优选地，所述第一本振信号和第二本振信号的表达式分别为：
VLO1(t)＝VLO1cos(ωLO1t)
VLO2(t)＝VLO2cos(ωLO2t)
其中，VLO1和VLO2分别为第一本振信号和第二本振信号的幅度，ωLO1和ωLO2分别为第一本振信号和第二本振信号的角频率。
优选地，所述PDM-MZM输出的光信号的表达式为：
Figure BDA0003729157140000031
其中，Ec(t)为激光输出信号；μ为PDM-MZM损耗；s1(t)、s2(t)分别表示归一化后的第一基带信号和归一化后的第二基带信号2；m1、m2分别为第一本振信号和第二本振信号对马赫曾德尔调制器的调制指数；β1、β2分别为第一基带信号和第二基带信号对马赫曾德尔调制器的调制指数；
Figure BDA0003729157140000032
分别表示X-MZM和Y-MZM的直流偏置角；/>
Figure BDA0003729157140000033
和/>
Figure BDA0003729157140000034
分别表示光场TE模和TM模的单位矢量；
当设置
Figure BDA0003729157140000035
时，所述PDM-MZM输出光信号表示为：
Figure BDA0003729157140000036
其中，Jn(·)表示第一类n阶贝塞尔函数；
接着，利用光滤波器滤除PDM-MZM输出信号中的光载波，并经过PC和PBS以后，表达式为：
Figure BDA0003729157140000037
其中，α表示PC引入的偏振控制角；δ表示PC引入的可调相位差；
将式(3)所示光信号输入BPD进行光电探测，并设置
Figure BDA0003729157140000038
则最终BPD的输出光电流信号为：
Figure BDA0003729157140000041
其中，η表示BPD的响应度；
Figure BDA0003729157140000042
表示激光器的平均输出光功率；所述BPD输出的信号中同时存在上变频和下变频两种分量，分别被低通滤波器和高通滤波器滤波以后，即同时得到两种不同的四进制FSK信号。
优选地，所述X-MZM和Y-MZM均工作在最小点。
优选地，所述光滤波器为光学陷波滤波器。
一种双输出微波光子四进制频移键控信号生成方法，包括如下步骤：
步骤1：装置连接；
激光器的输出口连接PDM-MZM的光输入端口，PDM-MZM的光输出端口连接光滤波器的输入端口，光滤波器的输出端口连接PC的输入端口；PC的输出端口连接PBS的输入端口，PBS的第一输出端口连接BPD的第一输入端口，PBS的第二输出端口连接BPD的第二输入端口；BPD的输出端口连接电功分器的输入端口，电功分器的两个输出端口分别连接低通电滤波器和高通电滤波器；
步骤2：由激光器产生光载波；由第一本振信号源和第二本振信号源分别产生不同的第一本振信号和第二本振信号；由第一基带信号源和第二基带信号源分别产生不同的第一基带信号和第二基带信号；
步骤3：设置第一基带信号和第二基带信号的幅度，X-MZM和Y-MZM的直流偏置角；设置PC的偏振控制角和可调谐相位差；
步骤4：将光滤波器的输出依次连接到PC、PBS和BPD，BPD的输出信号分别经过低通电滤波器和高通电滤波器以后分别产生下变频四进制FSK信号和上变频四进制FSK信号；
步骤5：当第一基带信号和第二基带信号的码元组合形式为四种不同的组合“00”、“0 1”、“1 0”和“1 1”时，对于下变频四进制FSK信号和上变频四进制FSK信号，在第二基带信号的时宽范围内，分别得到四种频率不同的RF信号。
本发明的有益效果如下：
本发明基于微波光子变频原理，同时得到上、下变频信号，利用基带编码信号构造了正交光开关，通过组合两个基带信号的“0”码和“1”码并配合电域滤波技术，即可得到双输出四进制FSK信号。同时，由于使用了平衡探测技术，直流、共模噪声和杂散失真得到了抑制，降低了系统的背景噪声。本发明实用性很强，可以广泛地应用于雷达、电子战和无线通信等射频系统。
附图说明
图1为本发明装置示意图。
图2为本发明实施例在1Gbps基带信号，7GHz和4GHz调制信号时，滤波器输出光谱图。
图3为本发明实施例在1Gbps基带信号，7GHz和4GHz调制信号时，BPD输出频谱图：(a)下变频；(b)上变频。
图4(a)为本发明实施例在7GHz和4GHz调制信号时，1Gbps基带信号1的时域波形图。
图4(b)为本发明实施例在7GHz和4GHz调制信号时，1Gbps基带信号2的时域波形图。
图4(c)为本发明实施例在7GHz和4GHz调制信号时，生成的第一种四进制FSK信号的时域波形图。
图4(d)为本发明实施例在7GHz和4GHz调制信号时，生成的第二种四进制FSK信号的时域波形图。
图5(a)为本发明实施例在9GHz和5GHz调制信号时，2Gbps基带信号1的时域波形图。
图5(b)为本发明实施例在9GHz和5GHz调制信号时，1Gbps基带信号2的时域波形图。
图5(c)为本发明实施例在9GHz和5GHz调制信号时，生成的第一种四进制FSK信号的时域波形图。
图5(d)为本发明实施例在9GHz和5GHz调制信号时，生成的第二种四进制FSK信号的时域波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明提出一种利用偏振复用马赫曾德尔调制器(Polarization DivisionMultiplexing Mach-Zehnder Modulator，PDM-MZM)、电功分器、电耦合器、光滤波器、偏振控制器(Polarization Controller，PC)、偏振分束器(Polarization Beam Splitter，PBS)、平衡光电探测器(Balanced Photodetector，BPD)和电滤波器实现双输出四进制FSK信号生成的装置和方法。
一种双输出微波光子四进制频移键控信号生成装置，包括激光器、偏振复用马赫曾德尔调制器PDM-MZM、第一耦合器、第二耦合器、光滤波器、偏振控制器PC、偏振分束器PBS、平衡光电探测器BPD、电功分器、低通电滤波器和高通电滤波器；
所述激光器的输出端口连接PDM-MZM的光输入端口，PDM-MZM的输出端口连接光滤波器的输入端口；光滤波器的输出端口连接PC的输入端口，PC的输出端口连接PBS的输入端口；PBS的第一输出端口连接BPD的第一输入端口，PBS的第二输出端口连接BPD的第二输入端口；BPD的输出端口连接电功分器的输入端口，电功分器的第一输出端口连接低通电滤波器的输入端口，电功分器的第二输出端口连接高通电滤波器的输入端口；由低通电滤波器和高通电滤波器分别输出不同的四进制FSK信号；
所述PDM-MZM包括Y型光分路器、马赫曾德尔调制器X-MZM、马赫曾德尔调制器Y-MZM、90度偏振旋转器(Polarization Rotator，PR)和偏振合束器(Polarization BeamCombiner，PBC)；输入到PDM-MZM的信号经过Y型光分路器后分配到并行的X-MZM和Y-MZM；Y-MZM输出的光信号通过PR发生90度偏振旋转，然后与X-MZM输出的光信号共同输入PBC，光信号在PBC合并成为偏振复用信号后从PDM-MZM调制器输出；
所述PDM-MZM中，第一基带信号和第一本振信号经由第一耦合器耦合后连接到X-MZM的射频端口；第二基带信号和第二本振信号经由第二耦合器耦合后连接到Y-MZM的射频端口。其中，X-MZM和Y-MZM均工作在最小点。
优选地，所述第一本振信号和第二本振信号的表达式分别为：
VLO1(t)＝VLO1cos(ωLO1t)
VLO2(t)＝VLO2cos(ωLO2t)
其中，VLO1和VLO2分别为第一本振信号和第二本振信号的幅度，ωLO1和ωLO2分别为第一本振信号和第二本振信号的角频率。
优选地，所述PDM-MZM输出的光信号的表达式为：
Figure BDA0003729157140000071
其中，Ec(t)为激光输出信号；μ为PDM-MZM损耗；s1(t)、s2(t)分别表示归一化后的第一基带信号和归一化后的第二基带信号2；m1、m2分别为第一本振信号和第二本振信号对马赫曾德尔调制器的调制指数；β1、β2分别为第一基带信号和第二基带信号对马赫曾德尔调制器的调制指数；
Figure BDA0003729157140000072
分别表示X-MZM和Y-MZM的直流偏置角；/>
Figure BDA0003729157140000073
和/>
Figure BDA0003729157140000074
分别表示光场TE模和TM模的单位矢量；
当设置
Figure BDA0003729157140000075
时，所述PDM-MZM输出光信号表示为：
Figure BDA0003729157140000076
其中，Jn(·)表示第一类n阶贝塞尔函数；
接着，利用光学陷波滤波器滤除PDM-MZM输出信号中的光载波，并经过PC和PBS以后，表达式为：
Figure BDA0003729157140000081
其中，α表示PC引入的偏振控制角；δ表示PC引入的可调相位差；
将式(3)所示光信号输入BPD进行光电探测，并设置
Figure BDA0003729157140000082
则最终BPD的输出光电流信号为：
Figure BDA0003729157140000083
其中，η表示BPD的响应度；
Figure BDA0003729157140000084
表示激光器的平均输出光功率；所述BPD输出的信号中同时存在上变频和下变频两种分量，分别被低通滤波器和高通滤波器滤波以后，即同时得到两种不同的四进制FSK信号。由于使用了平衡探测技术，系统中的部分直流分量、共模噪声和杂散干扰得到了抑制。
因此，通过合理构建系统结构和设置系统参数，组合基带信号1和基带信号2的“0”码和“1”码，便能够同时得到两种四进制FSK信号，为更高阶FSK信号生成和基于微波光子学的跳频信号产生提供了解决思路。
具体实施例：
步骤一：装置连接。激光器的输出口连接PDM-MZM的光输入端口，PDM-MZM的光输出端口连接光滤波器的输入端口，光滤波器的输出端口连接PC的输入端口；PC的输出端口PBS的输入端口，PBS的输出端口1连接BPD的输入端口1，PBS的输出端口2连接BPD的输入端口2；BPD的输出端口连接电功分器的输入端口，电功分器的两个输出端口1分别连接低通电滤波器和高通电滤波器，两个电滤波器的输出端口连接频谱仪。
步骤二：激光器产生工作波长为1553.6nm、光功率为13dBm的光载波；本振信号源1产生频率为7GHz、功率17dBm的本振信号；本振信号源2产生频率4GHz、功率17dBm的本振信号；基带信号源1产生码元为“0 0 1 1”、比特率为1Gbps的基带信号；基带信号源2产生码元为“0 1 0 1”、比特率为1Gbps的基带信号；PDM-MZM的半波电压为3.5V，消光比为35dB；光滤波器的中心波长为1553.6nm，带宽为0.03nm；BPD的响应度为0.7A/W。
步骤三：设置基带信号1和基带信号2的幅度均为1.75V，PDM-MZM中子调制器X-MZM和Y-MZM的直流偏置角为均180°；设置PC的偏振控制角为45°，可调谐相位差为0°。PDM-DPMZM的输出经过光滤波器以后进入光谱仪，得到光信号如图2所示。
步骤四：将光滤波器的输出依次连接到PC、PBS和BPD，BPD的输出信号分别经过低通电滤波器和高通电滤波器以后连接到频谱仪进行观察。图3(a)为输出的第一种FSK信号(下变频)的频谱图，可以清晰地看到1GHz、3GHz、6GHz和10GHz四个峰值。图3(b)为输出的第二种FSK信号(上变频)的频谱图，可以清晰地看到11GHz、15GHz、18GHz和22GHz四个峰值。
步骤五：将基带信号源1和基带信号源2的输出直接连接示波器。图4(a)和图4(b)分别为仿真中，比特率为1Gbps的基带信号1和基带信号2的时域波形图。将BPD的输出信号连接到示波器进行观察，图4(c)为仿真中，本发明产生的第一种四进制FSK信号(下变频)。能够发现，当基带信号1和基带信号2的码元组合形式为“0 0”时，在基带信号2的时宽范围内，得到频率为3GHz的RF信号；当基带信号1和基带信号2的码元组合形式为“0 1”时，在基带信号2的时宽范围内，得到频率为1GHz的RF信号；当基带信号1和基带信号2的码元组合形式为“1 0”时，在基带信号2的时宽范围内，得到频率为10GHz的RF信号；当基带信号1和基带信号2的码元组合形式为“1 1”时，在基带信号2的时宽范围内，得到频率为6GHz的RF信号。图4(d)为仿真中，本发明产生的第二种四进制FSK信号(上变频)。能够发现，当基带信号1和基带信号2的码元组合形式为“0 0”时，在基带信号2的时宽范围内，得到频率为11GHz的RF信号；当基带信号1和基带信号2的码元组合形式为“0 1”时，在基带信号2的时宽范围内，得到频率为15GHz的RF信号；当基带信号1和基带信号2的码元组合形式为“1 0”时，在基带信号2的时宽范围内，得到频率为18GHz的RF信号；当基带信号1和基带信号2的码元组合形式为“1 1”时，在基带信号2的时宽范围内，得到频率为22GHz的RF信号。
步骤六：改变基带信号1和基带信号2的比特率为2Gbps，改变本振信号1和本振信号2的频率分别为9GHz和5GHz，其他参数保持不变。图5(a)和图5(b)分别为仿真中，比特率为1Gbps的基带信号1和基带信号2的时域波形图。图5(c)为仿真中，本发明产生的第一种四进制FSK信号(下变频)。能够发现，当基带信号1和基带信号2的码元组合形式为“0 0”时，在基带信号2的时宽范围内，得到频率为4GHz的RF信号；当基带信号1和基带信号2的码元组合形式为“0 1”时，在基带信号2的时宽范围内，得到频率为1GHz的RF信号；当基带信号1和基带信号2的码元组合形式为“1 0”时，在基带信号2的时宽范围内，得到频率为13GHz的RF信号；当基带信号1和基带信号2的码元组合形式为“1 1”时，在基带信号2的时宽范围内，得到频率为8GHz的RF信号。图5(d)为仿真中，本发明产生的第二种四进制FSK信号(上变频)。能够发现，当基带信号1和基带信号2的码元组合形式为“0 0”时，在基带信号2的时宽范围内，得到频率为14GHz的RF信号；当基带信号1和基带信号2的码元组合形式为“0 1”时，在基带信号2的时宽范围内，得到频率为19GHz的RF信号；当基带信号1和基带信号2的码元组合形式为“1 0”时，在基带信号2的时宽范围内，得到频率为23GHz的RF信号；当基带信号1和基带信号2的码元组合形式为“1 1”时，在基带信号2的时宽范围内，得到频率为28GHz的RF信号。
综上，本方案构造了一种基于微波光子学的双输出四进制FSK信号产生装置，基于微波光子变频原理，同时得到了上、下变频信号。利用基带编码信号构造了光学开关，同时，通过组合两个基带信号的“0”码和“1”码并配合电域滤波技术，得到了两种不同输出状态的四进制FSK信号。由于使用了平衡探测技术，直流、共模噪声和偶次谐波失真分量得到了抑制，降低了系统的背景噪声。该方案可以实现双输出格式的四进制FSK信号生成，易于实现，操作灵活，在当今的雷达、电子战和无线通信等射频系统中具有潜在应用价值。

Claims (6)

1.一种双输出微波光子四进制频移键控信号生成装置，其特征在于，包括激光器、偏振复用马赫曾德尔调制器PDM-MZM、第一耦合器、第二耦合器、光滤波器、偏振控制器PC、偏振分束器PBS、平衡光电探测器BPD、电功分器、低通电滤波器和高通电滤波器；
所述激光器的输出端口连接PDM-MZM的光输入端口，PDM-MZM的输出端口连接光滤波器的输入端口；光滤波器的输出端口连接PC的输入端口，PC的输出端口连接PBS的输入端口；PBS的第一输出端口连接BPD的第一输入端口，PBS的第二输出端口连接BPD的第二输入端口；BPD的输出端口连接电功分器的输入端口，电功分器的第一输出端口连接低通电滤波器的输入端口，电功分器的第二输出端口连接高通电滤波器的输入端口；由低通电滤波器和高通电滤波器分别输出不同的四进制FSK信号；
所述PDM-MZM包括Y型光分路器、马赫曾德尔调制器X-MZM、马赫曾德尔调制器Y-MZM、90度偏振旋转器PR和偏振合束器PBC；输入到PDM-MZM的信号经过Y型光分路器后分配到并行的X-MZM和Y-MZM；Y-MZM输出的光信号通过PR发生90度偏振旋转，然后与X-MZM输出的光信号共同输入PBC，光信号在PBC合并成为偏振复用信号后从PDM-MZM调制器输出；
PDM-MZM中子调制器X-MZM和Y-MZM的直流偏置角均为180°，均工作在最小点；设置PC的偏振控制角为45°，可调谐相位差为0，光滤波器滤除PDM-MZM输出信号中的光载波；
所述PDM-MZM中，第一基带信号和第一本振信号经由第一耦合器耦合后连接到X-MZM的射频端口；第二基带信号和第二本振信号经由第二耦合器耦合后连接到Y-MZM的射频端口。
2.根据权利要求1所述的一种双输出微波光子四进制频移键控信号生成装置，其特征在于，所述第一本振信号和第二本振信号的表达式分别为：
VLO1(t)＝VLO1cos(ωLO1t)
VLO2(t)＝VLO2cos(ωLO2t)
其中，VLO1和VLO2分别为第一本振信号和第二本振信号的幅度，ωLO1和ωLO2分别为第一本振信号和第二本振信号的角频率。
3.根据权利要求1所述的一种双输出微波光子四进制频移键控信号生成装置，其特征在于，所述PDM-MZM输出的光信号的表达式为：
Figure FDA0004229584890000021
其中，Ec(t)为激光输出信号；μ为PDM-MZM损耗；s1(t)、s2(t)分别表示归一化后的第一基带信号和归一化后的第二基带信号2；m1、m2分别为第一本振信号和第二本振信号对马赫曾德尔调制器的调制指数；β1、β2分别为第一基带信号和第二基带信号对马赫曾德尔调制器的调制指数；
Figure FDA0004229584890000022
分别表示X-MZM和Y-MZM的直流偏置角；/>
Figure FDA0004229584890000023
和/>
Figure FDA0004229584890000024
分别表示光场TE模和TM模的单位矢量；
当设置
Figure FDA0004229584890000025
时，所述PDM-MZM输出光信号表示为：
Figure FDA0004229584890000026
其中，Jn(·)表示第一类n阶贝塞尔函数；
接着，利用光滤波器滤除PDM-MZM输出信号中的光载波，并经过PC和PBS以后，表达式为：
Figure FDA0004229584890000027
其中，α表示PC引入的偏振控制角；δ表示PC引入的可调相位差；
将式(3)所示光信号输入BPD进行光电探测，并设置
Figure FDA0004229584890000031
则最终BPD的输出光电流信号为：
Figure FDA0004229584890000032
其中，η表示BPD的响应度；
Figure FDA0004229584890000033
表示激光器的平均输出光功率；所述BPD输出的信号中同时存在上变频和下变频两种分量，分别被低通滤波器和高通滤波器滤波以后，即同时得到两种不同的四进制FSK信号。
4.根据权利要求1所述的一种双输出微波光子四进制频移键控信号生成装置，其特征在于，所述X-MZM和Y-MZM均工作在最小点。
5.根据权利要求1所述的一种双输出微波光子四进制频移键控信号生成装置，其特征在于，所述光滤波器为光学陷波滤波器。
6.一种使用如权利要求1所述的装置的信号生成方法，包括如下步骤：
步骤1：装置连接；
激光器的输出口连接PDM-MZM的光输入端口，PDM-MZM的光输出端口连接光滤波器的输入端口，光滤波器的输出端口连接PC的输入端口；PC的输出端口连接PBS的输入端口，PBS的第一输出端口连接BPD的第一输入端口，PBS的第二输出端口连接BPD的第二输入端口；BPD的输出端口连接电功分器的输入端口，电功分器的两个输出端口分别连接低通电滤波器和高通电滤波器；
步骤2：由激光器产生光载波；由第一本振信号源和第二本振信号源分别产生不同的第一本振信号和第二本振信号；由第一基带信号源和第二基带信号源分别产生不同的第一基带信号和第二基带信号；
步骤3：设置第一基带信号和第二基带信号的幅度，X-MZM和Y-MZM的直流偏置角；设置PC的偏振控制角和可调谐相位差；
步骤4：将光滤波器的输出依次连接到PC、PBS和BPD，BPD的输出信号分别经过低通电滤波器和高通电滤波器以后分别产生下变频四进制FSK信号和上变频四进制FSK信号；
步骤5：当第一基带信号和第二基带信号的码元组合形式为四种不同的组合“0 0”、“01”、“1 0”和“1 1”时，对于下变频四进制FSK信号和上变频四进制FSK信号，在第二基带信号的时宽范围内，分别得到四种频率不同的RF信号。
CN202210787168.6A 2022-07-04 2022-07-04 一种双输出微波光子四进制频移键控信号生成装置及方法 Active CN115333639B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210787168.6A CN115333639B (zh) 2022-07-04 2022-07-04 一种双输出微波光子四进制频移键控信号生成装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210787168.6A CN115333639B (zh) 2022-07-04 2022-07-04 一种双输出微波光子四进制频移键控信号生成装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115333639A CN115333639A (zh) 2022-11-11
CN115333639B true CN115333639B (zh) 2023-06-30

Family

ID=83917871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210787168.6A Active CN115333639B (zh) 2022-07-04 2022-07-04 一种双输出微波光子四进制频移键控信号生成装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115333639B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108449143A (zh) * 2018-03-08 2018-08-24 西北工业大学 一种光子学微波i/q下变频系统
CN114389707A (zh) * 2020-10-16 2022-04-22 西安电子科技大学 一种频率可灵活选择的多波段线性调频信号生成方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05122258A (ja) * 1991-10-30 1993-05-18 Nec Corp ４値周波数偏移変調器
AU5796499A (en) * 1998-08-31 2000-03-21 Kamilo Feher Feher keying (fk) modulation and transceivers including clock shaping processors
CN107171732B (zh) * 2017-04-17 2019-10-25 西安电子科技大学 一种微波光子零中频接收方法
CN108365896B (zh) * 2018-01-25 2019-10-11 西安电子科技大学 基于双驱动pdm-mzm的微波光子下变频方法
CN109150314B (zh) * 2018-10-25 2020-06-09 中国科学院电子学研究所 变频移相一体化光子微波混频装置
CN110233675B (zh) * 2019-06-12 2020-12-18 南京航空航天大学 多功能微波光子模块及基于其的信号处理方法、装置
CN113098618B (zh) * 2019-12-23 2022-06-10 西安电子科技大学 一种双频段相位编码信号的光学生成方法
US20210349213A1 (en) * 2020-05-05 2021-11-11 Ivan Grudinin Arbitrary optical waveform generation utilizing frequency discriminators
CN112910563B (zh) * 2021-01-26 2023-05-02 中国科学院半导体研究所 信号产生装置及方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108449143A (zh) * 2018-03-08 2018-08-24 西北工业大学 一种光子学微波i/q下变频系统
CN114389707A (zh) * 2020-10-16 2022-04-22 西安电子科技大学 一种频率可灵活选择的多波段线性调频信号生成方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115333639A (zh) 2022-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107947864B (zh) 一种光子微波下变频装置及方法
CN106685535B (zh) 一种可重构的微波光子下变频方法及装置
EP2813010B1 (en) Photonic rf generator
CN110166134B (zh) 光正交调制解调系统、基于该系统的数字化综合射频系统
CN110958053B (zh) 产生四倍频光载毫米波bpsk矢量信号的装置及方法
CN113098618B (zh) 一种双频段相位编码信号的光学生成方法
CN113206706B (zh) 一种基于光子技术的高频宽带跳频信号产生装置及其方法
CN113507326B (zh) 一种基于光子技术的电/光跳频载波发生器
CN102882472A (zh) 一种光子型频率下转换装置及方法
CN112448771B (zh) 一种微波光子宽带接收机
CN110149151B (zh) 一种微波信号的二次变频光正交解调方法及系统
CN111835428B (zh) 一种倍频因子可调的双频段、多相位相位编码信号的光学生成方法
CN111464242A (zh) 一种产生八倍频光载毫米波qpsk信号的装置及方法
CN111585656A (zh) 一种倍频三角波生成装置及方法
CN112929087B (zh) 镜频抑制混频传输方法及装置
CN112564811B (zh) 一种大动态范围的微波光子i/q下变频装置及调节方法
CN115333639B (zh) 一种双输出微波光子四进制频移键控信号生成装置及方法
CN111641461B (zh) 一种无滤波的基于级联调制器的镜像抑制下变频方法
CN110808787A (zh) 一种全光镜频抑制混频装置及方法
CN111953426B (zh) 基于Sagnac环的光子辅助超宽带毫米波接收机
CN114024616B (zh) 一种偏振态独立调制实现的多路变频结构
CN114448518B (zh) 一种低复杂度相干检测光载射频链路的方法
CN113098608B (zh) 一种无线电信号上变频设备
Gao et al. Reconfigurable microwave photonic mixer for hybrid macro-micro cellular systems
CN111786742B (zh) 一种微波光子宽带矢量信号生成的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant