CN117081675A - 基于微波光子技术的通感一体化系统及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种基于微波光子技术的通感一体化系统及实现方法。所述方法应用于通感一体化系统,所述系统包括;中心处理端和天线端;所述方法包括:所述中心处理端发送偏振态为圆偏振的第一光信号至所述天线端;所述天线端根据所述第一光信号,得到偏振态为线偏光的第二光信号;所述天线端根据所述第二光信号,得到发射信号。本申请通过载波重用技术,采用上行调幅、下行调相的技术方案,降低了设备部署成本,提高了资源利用率。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域,尤其涉及一种基于微波光子技术的通感一体化系统及实现方法。
背景技术
随着通信、感知等独立功能的发展,如何通过现有光学基础设施实现通信技术和感知技术的融合,成为亟待解决的问题。考虑到通信及利用雷达技术实现的感知所利用的硬件设备和资源高度重叠,相关技术中提出将通信、感知设备集成为通信感知一体化平台(简称通感一体化平台)。通信感知一体化平台利用微波光子技术的特性,将微波技术与光子技术结合,主要用于研究高频微波信号的光学产生、处理以及高速通信链路传输等,实现将小体积、低成本的微波光子链路和高带宽、低损耗的光纤通信结合在一起,从而提升高频信号的传输距离、传输容量、传输质量等等。通信感知一体化平台可以应用于无人机、无人驾驶、智慧城市等领域。
考虑到下一代电信技术的需求,高速无线通信、物联网和智能交通都迫切需要升级现有的通信网络,引入毫米波可以拓展频带。但是由于毫米波信号在传播过程中有很高的损耗,因此必须使用低损耗的光纤来部署,且建设足够的基站以提供有效的地理覆盖。在考虑成本的前提下,人们希望能够通过现有的光学基础设施来实现通信和传感。因此,通过利用通信感知一体化平台不仅可以提高通信和感知系统的性能和效率,还可以尽可能降低成本,从而实现更加智能和高效的通信和感知应用。对于能够多站感知的通感一体化平台,相关技术中,利用全双工技术实现各个基站的收发一体。由于上下行链路均需要利用光载波进行传输,为了降低系统的复杂度,当前工程上最常用的解决方案是载波重用技术,然而现有方案又会导致偏振敏感等新问题的出现。
发明内容
有鉴于此,本申请的目的在于提出一种基于微波光子技术的通感一体化系统及实现方法,以解决技术背景中提出的问题。
基于上述目的,本申请提供了基于微波光子技术的通感一体化系统实现方法,应用于通感一体化系统,所述系统包括;中心处理端和天线端;
所述方法包括:
所述中心处理端发送偏振态为圆偏振的第一光信号至所述天线端;
所述天线端根据所述第一光信号,得到偏振态为线偏光的第二光信号;
所述天线端根据所述第二光信号,得到发射信号。
可选地,所述方法还包括:
所述天线端根据所述第一光信号,得到偏振态为线偏光的第三光信号;
所述天线端根据所述第三光信号和接收信号,得到第四光信号;
所述天线端发送所述第四光信号至所述中心处理端。
可选地,所述中心处理端发送偏振态为圆偏振的第一光信号至所述天线端之前,所述方法还包括:
所述中心处理端将一体化信号,通过相位调制器加载到光载波信号上,得到偏振态为线偏振的待发送光信号;
所述中心处理端根据所述待发送光信号,得到偏振态为圆偏振的所述第一光信号。
可选地,所述根据所述待发送光信号,得到偏振态为圆偏振的所述第一光信号,包括:
根据所述待发送光信号,通过偏振控制,得到偏振态为圆偏振的所述第一光信号。
可选地,所述根据所述第一光信号,得到偏振态为线偏光的第二光信号,包括:
根据所述第一光信号,通过偏振分束,得到两束偏振光;
选择其中一束,得到偏振态为线偏光的第二光信号。
可选的,所述根据所述第二光信号,得到发射信号,包括:
根据所述第二光信号,通过带阻滤波器,得到滤波后信号;
根据所述滤波后信号,通过上变频,得到所述发射信号。
可选地,所述根据所述第一光信号,得到偏振态为线偏光的第三光信号,包括:
根据所述第一光信号,通过偏振分束,得到两束偏振光;
选择其中一束,得到偏振态为线偏光的第三光信号。
可选地,所述天线端根据所述第三光信号和接收信号,得到第四光信号,包括:
所述天线端将所述接收信号,通过强度调制器加载到所述第三光信号上,得到第四光信号。
基于同一发明构思,本申请还提供了一种基于微波光子技术的通感一体化系统,包括:中心处理端和天线端;
所述中心处理端,被配置为发送偏振态为圆偏振的第一光信号至所述天线端;
所述天线端,被配置为根据所述第一光信号,得到偏振态为线偏光的第二光信号;根据所述第二光信号,得到发射信号。
可选地,所述天线端还被配置为根据所述第一光信号,得到偏振态为线偏光的第三光信号;根据所述第三光信号和接收信号,得到第四光信号;发送所述第四光信号至所述中心处理端。
从上面所述可以看出,本申请提供的基于微波光子技术的通感一体化系统及实现方法,利用偏振控制和偏振分束实现载波重用,减少了终端硬件设备的建设成本,提高了资源利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请或相关技术中的技术方案,下面将对实施例或相关技术描述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申请的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一个或多个实施例的基于微波光子技术的通感一体化系统实现方法的流程示意图;
图2为本申请一个或多个实施例的基于微波光子技术的通感一体化系统的结构示意图;
图3为本申请一个或多个实施例的基于微波光子技术的通感一体化系统的结构示意图;
图4为本申请一个或多个实施例的基于微波光子技术的通感一体化系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本申请进一步详细说明。
需要说明的是,除非另外定义,本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。
如背景技术所述,通感一体化平台应用于越来越多的领域中。为了同时实现对环境的高精度检测和与可接入网络的通信,通信与感知在同一系统中以协同方式工作的优势在于:减少功耗以及硬件冗余,解决频谱拥塞和资源浪费问题。随着技术发展,未来的通信系统和雷达系统将需要更大容量和更高分辨率的信号。通感一体化平台需要更大的工作带宽也会意味着需要更高的工作频段,传统的电子设备在高频段工作时,会遭遇性能瓶颈,影响信号调制传输等。为了解决这些问题,相关技术中,利用光载射频技术和光波分复用技术对通感一体化平台进行优化。其中,光载射频技术(Radio over Fiber,RoF)将待传输/处理的微波信号调制到光载波上,利用光子技术的高频段大带宽、低损耗和抗电磁干扰的优势,可以长距离传输射频微波信号。光波分复用(WDM,Wavelength Division Multiplexing)技术支持多路信号同时传输,能够有效解决长距离信号传输中可能出现的各种问题,此外,还可以对光载射频微波信号进行灵活可重构滤波、上下变频、倍频、频谱切割等多种处理。
以下,通过具体的实施例来详细说明本申请一个或多个实施例的技术方案。
本申请一个或多个实施例的基于微波光子技术的通感一体化系统实现方法,应用于通感一体化系统,上述系统包括;中心处理端和天线端。
在一些实施例中,上述中心处理端用以发射偏振态为圆偏振的光信号,包括激光器发射单元、相位调制单元、偏振控制单元。在一些实施例中,上述中心处理端还包括波分复用单元、波分解复用单元、真时延网络单元。
在一些实施例中,上述天线端用以对上述光信号处理后进行发射以及接收信号并在处理后发送至上述中心处理端,包括天线单元、载波重用单元、强度调制单元。在一些实施例中,上述天线端还包括滤波单元、光电转换单元及放大单元。
在一些实施例中,上述中心处理端和上述天线端通过传输光纤连接。在一些实施例中,当上述中心处理端与上述天线端之间距离较远时,可以在中心处理端发射光信号之前,通过色散补偿单元,对上述光信号进行色散补偿。
参考图1,本申请一个或多个实施例的基于微波光子技术的通感一体化系统实现方法,包括以下步骤:
步骤S101:上述中心处理端发送偏振态为圆偏振的第一光信号至上述天线端。
本步骤中,需要将偏振态为圆偏振的第一光信号发送至天线端。圆偏光可以保证在天线端进行载波重用时,无论从任何角度分解两个偏振分量都可以得到两路功率稳定的线偏光。
在一些实施例中,在将上述第一光信号发送至上述天线端之前,上述方法还包括:上述中心处理端将一体化信号,通过相位调制器加载到光载波信号上,得到偏振态为线偏振的待发送光信号;上述中心处理端根据所述待发送光信号,得到偏振态为圆偏振的上述第一光信号。
从中心处理端到天线端的下行信号采用相位调制器进行调制,相位调制信号的上下边带对称但反相,对相位调制信号直接光电检测得到的上下边带信号因反相对消而得不到调制信号,通过相位调制的下行信号可以作为上行载波重复使用的依据,作为后续步骤的基础。
在一些实施例中,上述根据所述待发送光信号,得到偏振态为圆偏振的所述第一光信号,包括:根据上述待发送光信号,通过偏振控制,得到偏振态为圆偏振的上述第一光信号。
也即,在一些实施例中,可以首先利用激光发射器得到光载波,然后通过相位调制器,将同时满足感知和通信要求的一体化信号加载到上述光载波中得到待发送光信号。此时的待发送光信号为偏振态为线偏振的光信号。在一些实施例中,可以通过偏振控制器将上述待发送光信号的偏振态调整为圆偏振。采用圆偏光以解决调制器对偏振敏感的问题且无需额外使用激光器及控制模块,简化基站结构的同时还充分利用了所有的光功率。
在一些实施例中,当中心处理端包括多个激光发射器时,可以首先通过波分复用单元将多个激光发射器的光载波进行波分复用后进行传输,并在光载波信号加载了一体化信号后进行波分解复用,并通过光时延网络单元调节每个支路的时延,通过偏振控制器调整光信号的偏振态,最后将偏振态为圆偏振的光信号发送至天线端。
在一些实施例中,当上述中心处理端和天线端距离过远时,可以在发送上述第一光信号之前进行色散补偿。
步骤S102:上述天线端根据上述第一光信号,得到偏振态为线偏光的第二光信号。
本步骤中,天线端可以根据第一光信号,可以通过偏振分束器将上述偏振态为圆偏振的第一光信号进行分束,得到两束偏振态为线偏振的光信号。可以选择其中一束作为第二光信号,另外一束用以进行载波重用。
步骤S103:上述天线端根据所述第二光信号,得到发射信号。
在一些实施例中,上述根据上述第二光信号,得到发射信号,包括:根据上述第二光信号,通过带阻滤波器,得到滤波后信号;根据上述滤波后信号,通过上变频,得到上述发射信号。
在一些实施例中,可以首先通过带阻滤波器,将调相信号的负一阶边带滤除。然后可以根据滤波后的信号,通过光电探测器,恢复得到中频调制信号。上述信号可以通过光放大进行放大,然后再通过上变频得到发射信号后送入天线阵列进行发射。
在一些实施例中,上述第一光信号经过偏振分束后还得到除第二光信号之外的第三光信号,用以进行载波重用。
因此,在一些实施例中,上述方法还包括:上述天线端根据上述第一光信号,得到偏振态为线偏光的第三光信号;上述天线端根据上述第三光信号和接收信号,得到第四光信号;上述天线端发送上述第四光信号至上述中心处理端。
在一些实施例中,上述根据上述第一光信号,得到偏振态为线偏光的第三光信号,包括:根据上述第一光信号,通过偏振分束,得到两束偏振光;选择其中一束,得到偏振态为线偏光的第三光信号。
在一些实施例中,上述天线端根据上述第三光信号和接收信号,得到第四光信号,包括:上述天线端将上述接收信号,通过强度调制器加载到上述第三光信号上,得到第四光信号。
也即,天线端的天线单元接收到移动终端发送至中心处理端的射频信号后,可以先通过双工器将射频信号进行分离。然后可以通过下变频器将分离后的信号变为中频信号。上述中频信号可以通过电光强度调制器以强度调制的方式调制到第三光信号上,得到第四光信号。将第四光信号发送至上述中心处理端。上述中心处理端可以对上述第四光信号进行波分解复用,得到接收光信号,并经过光电转换得到携带目标信息的中频信号,经过信号处理后即可得到探测目标信息和通信信息。
本申请通过载波重用技术,减少了天线端中包括激光发射器在内的多种硬件设备的部署成本,提高了资源利用率。
本申请采用上行调幅、下行调相,偏振控制及分束,单纤双向传输等技术满足了全双工网络载波同步的要求。
除此之外,为了提高系统性能,本申请利用WDM技术支持多路信号传输,实现信号的多输入多输出;利用真时延网络单元实现波束赋形,即通过控制时延进行雷达波束扫描。
本申请还将微波光子技术与光载无线通信技术(RoF,Radio over Fiber)结合,通过上变频,将射频搬移到光载波上,利用光纤大带宽、低损耗的特性,为无线通信频段提供更加灵活的接入方式。本发明中采用单纤双向传输来实现上下行同传,下行链路采用相位调制技术,节省激光器和驱动、温控电路的资源,特别当波长通道数较多时,效果更加显著,相位调制无需偏置点控制;上行采用强度调制技术,普通强度调制也仅使用简单偏置电路即可实现,降低了系统复杂度和成本。由于相位调制存在二次谐波,要求调制信号不能跨倍频程,所以方案采用中频调制增加带宽,带宽达到5GHz即可实现宽带通信和感知。
综上,本申请为了提高频谱利用率和传输效率,采用WDM技术支持多路传输,以提高通信容量适应更多的场景需求;采用光真时延迟线技术实现天线单元间的微波光子移相,有效地抵消孔径渡越时间对雷达带宽的限制;采用控制时延进行雷达波束赋形从而实现天线波束宽带宽角度扫描,实现大瞬时带宽、低损耗、无波束偏斜等一系列优点。
通过本申请提出的方法,不仅可以解决全双工网络载波同步的技术问题,还可以减少设备成本,降低系统复杂度,提高资源利用率。
本申请的一个或多个还实施例可以用于如图3所示的基于微波光子技术的通感一体化系统。
在信号从中心处理端发送至天线端的过程中,首先通过一个或多个激光发射器发射光载波信号。在激光发射器有多个,发射的光载波信号有多个时,可以利用波分复用单元对上述多个信号进行波分复用,以便对信号进行相位调制,将一体化信号加载到上述光载波信号上,得到光信号。下行链路采用相位调制方法,是为了节省激光器和驱动、温控电路,尤其在波长通道数较多时,效果更佳显著。
对上述光信号进行波分解复用后,通过光时延网络单元,调节每个支路的时延。在一些实施例中,还可以通过传输探测进行波束赋形。然后对上述经过调节的光信号再次进行波分复用,得到偏振态为线偏振的光信号。在一些实施例中,考虑到传输距离,可以对上述光信号进行预色散补偿后进行传输。然后对上述光信号的偏振态进行调整。
对上述光信号,通过偏振控制器,调整光信号的偏振态为圆偏光后发送至天线端。圆偏光保证在远端天线部分载波重用时无论从任何角度分解两个偏振分量时都得到两路功率稳定的线偏光。
天线端收到上述偏振态为圆偏光的光信号后,首先对上述光信号进行波分解复用,得到多路光信号。然后通过载波重用单元将任意一支光信号分解为两路功率稳定的偏振态为线偏光的光信号。在一些实施例中,上述载波重用单元为偏振分束器。第一路光信号,进行处理后通过天线阵列进行发射;第二路光信号,作为载波重用的基础给与保留。
对于第一路光信号,可以首先通过光阻滤波器将光信号的负一阶边带滤除,然后将滤波后的光信号送入光电探测器探测得到中频调制信号,再通过光放大器和上变频器对该信号进行放大、调频得到发射信号,最后由天线阵列发射上述发射信号。
在信号从天线端发送至中心处理端的过程中,首先将天线阵列接收到的接收信号通过双工器分离出来,然后通过下变频器将接收信号调整为中频信号。之后,通过电光强度调制器将上述中频信号加载到此前保留的第二路光信号上发送到中心处理端。中心处理端对调制后的光信号进行回传放大、解复用后,再进行光电转换,得到中频信号。
需要说明的是,本申请实施例的方法可以由单个设备执行。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下,由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下,这多台设备中的一台设备可以只执行本申请实施例的方法中的某一个或多个步骤,这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
需要说明的是,上述对本申请的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下,在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外,在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中,多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
基于同一发明构思,与上述任意实施例方法相对应的,本申请还提供了一种基于微波光子技术的通感一体化系统。
参考图2,上述基于微波光子技术的通感一体化系统,包括:中心处理端11和天线端12;
上述中心处理端11,被配置为发送偏振态为圆偏振的第一光信号至上述天线端12;
上述天线端12,被配置为根据上述第一光信号,得到偏振态为线偏光的第二光信号;根据上述第二光信号,得到发射信号。
在一些实施例中,上述天线端12还被配置为根据所述第一光信号,得到偏振态为线偏光的第三光信号;根据所述第三光信号和接收信号,得到第四光信号;发送所述第四光信号至所述中心处理端。
在一些实施例中,如图4所示,中心处理端11(Central Office,CO)可以包括激光二极管(Laser Diode,LD)阵列、相位调试器、偏振控制器(polarization controllers,PC)和光电转换器(PhotoDetector,PD)。
天线端12(Remote Access Unit,RAU)可以包括偏振分束器(PolarizationBeamsplitter,PBS)、光阻滤波器(Optical Band-stop Filter,OBSF)、光电转换器(PhotoDetector,PD)和强度调制器。中心处理端11和天线端12之间可以通过双向传输的单芯光纤连接。
为了描述的方便,描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然,在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
上述实施例的装置用于实现前述任一实施例中相应的基于微波光子技术实现基于微波光子技术的通感一体化系统的方法,并且具有相应的方法实施例的有益效果,在此不再赘述。
所属领域的普通技术人员应当理解:以上任何实施例的讨论仅为示例性的,并非旨在暗示本申请的范围(包括权利要求)被限于这些例子;在本申请的思路下,以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合,步骤可以以任意顺序实现,并存在如上所述的本申请实施例的不同方面的许多其它变化,为了简明它们没有在细节中提供。
另外,为简化说明和讨论,并且为了不会使本申请实施例难以理解,在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外,可以以框图的形式示出装置,以便避免使本申请实施例难以理解,并且这也考虑了以下事实,即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本申请实施例的平台的(即,这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如,电路)以描述本申请的示例性实施例的情况下,对本领域技术人员来说显而易见的是,可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本申请实施例。因此,这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
本申请实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此,凡在本申请实施例的精神和原则之内,所做的任何省略、修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于微波光子技术的通感一体化系统实现方法,其特征在于,应用于通感一体化系统,所述系统包括;中心处理端和天线端;
所述方法包括:
所述中心处理端发送偏振态为圆偏振的第一光信号至所述天线端;
所述天线端根据所述第一光信号,得到偏振态为线偏光的第二光信号;
所述天线端根据所述第二光信号,得到发射信号。
2.根据权利要求1所述的基于微波光子技术的通感一体化系统实现方法,其特征在于,所述方法还包括:
所述天线端根据所述第一光信号,得到偏振态为线偏光的第三光信号;
所述天线端根据所述第三光信号和接收信号,得到第四光信号;
所述天线端发送所述第四光信号至所述中心处理端。
3.根据权利要求1所述的基于微波光子技术的通感一体化系统实现方法,其特征在于,所述中心处理端发送偏振态为圆偏振的第一光信号至所述天线端之前,所述方法还包括:
所述中心处理端将一体化信号,通过相位调制器加载到光载波信号上,得到偏振态为线偏振的待发送光信号;
所述中心处理端根据所述待发送光信号,得到偏振态为圆偏振的所述第一光信号。
4.根据权利要求3所述的基于微波光子技术的通感一体化系统实现方法,其特征在于,所述根据所述待发送光信号,得到偏振态为圆偏振的所述第一光信号,包括:
根据所述待发送光信号,通过偏振控制,得到偏振态为圆偏振的所述第一光信号。
5.根据权利要求1所述的基于微波光子技术的通感一体化系统实现方法,其特征在于,所述根据所述第一光信号,得到偏振态为线偏光的第二光信号,包括:
根据所述第一光信号,通过偏振分束,得到两束偏振光;
选择其中一束,得到偏振态为线偏光的第二光信号。
6.根据权利要求1所述的基于微波光子技术的通感一体化系统实现方法,其特征在于,所述根据所述第二光信号,得到发射信号,包括:
根据所述第二光信号,通过带阻滤波器,得到滤波后信号;
根据所述滤波后信号,通过上变频,得到所述发射信号。
7.根据权利要求2所述的基于微波光子技术的通感一体化系统实现方法,其特征在于,所述根据所述第一光信号,得到偏振态为线偏光的第三光信号,包括:
根据所述第一光信号,通过偏振分束,得到两束偏振光;
选择其中一束,得到偏振态为线偏光的第三光信号。
8.根据权利要求7所述的基于微波光子技术的通感一体化系统实现方法,其特征在于,所述天线端根据所述第三光信号和接收信号,得到第四光信号,包括:
所述天线端将所述接收信号,通过强度调制器加载到所述第三光信号上,得到第四光信号。
9.一种基于微波光子技术的通感一体化系统,其特征在于,包括:中心处理端和天线端;
所述中心处理端,被配置为发送偏振态为圆偏振的第一光信号至所述天线端;
所述天线端,被配置为根据所述第一光信号,得到偏振态为线偏光的第二光信号;根据所述第二光信号,得到发射信号。
10.根据权利要求9所述的基于微波光子技术的通感一体化系统,其特征在于,所述天线端还被配置为根据所述第一光信号,得到偏振态为线偏光的第三光信号;根据所述第三光信号和接收信号,得到第四光信号;发送所述第四光信号至所述中心处理端。
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CN202310937643.8A CN117081675A (zh) | 2023-07-27 | 2023-07-27 | 基于微波光子技术的通感一体化系统及实现方法 |
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