CN117459150A - 一种支持高速子信道交换的微波光子信道化接收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种支持高速子信道交换的微波光子信道化接收装置，激光器输出进行本振信号的电光调制，然后经过波分解复用分为上下两路，上路进行宽带射频信号的电光调制，下路先进行本振信号的电光调制，之后经过分路、衰减或声光移频、波分解复用后在不同的输出端口获得频率间隔固定的光本振信号，该光本振信号输入光开关，然后分别与分路后的射频信号一同输入相干光电探测阵列中。后续经过90度电桥合路与滤波，最终实现信道化接收。该装置可通过对光开关进行配置，实现子信道交换转发。该装置通过本振电光调制结合光移频器，可成倍增加子信道数目。该装置易于实施、稳定性好、可靠性高、信道化能力好且不存在光滤波稳定性差的问题。
Description
技术领域
本发明属于微波光子技术领域，涉及一种支持高速子信道交换的微波光子信道化接收装置。
背景技术
信道化接收机是处理大带宽信号时不可或缺的关键设备，可完成大带宽信到多个窄带信号的信道划分，从而降低后端的处理压力。早期的信道化接收机是由电滤波器组等组成，大多存在信道均衡性差，体积、重量大的问题。作为新兴交叉学科，微波光子学具有大带宽、低损耗、无电磁干扰、体积小与重量轻等优点，可基于微波光子技术研制信道化接收机来解决电信道化接收机所面临的难题，微波光子信道化接收机一方面可将宽带信号划分为多个窄带信号，另一方面可将多个窄带信号下变频至同一中频，实现同中频的信道化接收。由于微波光子信道化接收机很好地解决了电信道化接收机所面临的难题，因此，近年来，微波光子信道化接收机逐渐受到国内外学者广泛关注。
截至目前，常见的微波光子信道化接收机主要分为基于光滤波器组的微波光子信道化接收机、基于光频梳和周期光滤波器的微波光子信道化接收机、基于双光频梳的微波光子信道化接收机等几类，但由于窄带光滤波器存在带宽难以调谐、阻带衰减慢的问题，因此基于光滤波器组、周期光滤波器的信道化接收机难以实现带宽调谐、高信道间隔离度、高稳定度的微波光子信道化接收。此外，由于基于双光频梳的微波光子信道化接收机需要大间隔、多梳线的光频梳，而大间隔、多梳线的光频梳一直是微波光子领域的一个技术难题，这限制了该类微波光子信道化接收机的工作频段与信道个数。
近来年，随着通信系统灵活性的提高，要求信道化接收机除实现子信道划分外，还需兼备子信道高速交换的能力，而上述几种微波光子信道化接收机均不具备子信道交换的功能。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种支持高速子信道交换的微波光子信道化接收装置。
本发明解决的技术方案是：
一种支持高速子信道交换的微波光子信道化接收装置，包括激光器、双通道波分复用器、第一电光调制器、第二电光调制器、第三电光调制器、(p+1)端口光分路器、光衰减器、p个光移频器、(p+1)个q通道波分解复用器、矩阵光开关、(p+1)×q端口光分路器、(p+1)×q个相干光接收机、(p+1)×q个90度电桥、(p+1)×q个电滤波器；
第一电光调制器的第一输入端接收激光器发出的光波，第二输入端接收第一本振信号，将激光器光波和第一本振信号进行电光调制后输出载波抑制双边带信号；所述载波抑制双边带信号经过双通道波分复用器分为上下两路光边带，上路光边带输入到第二电光调制器的第一输入端，下路光边带输入到第三电光调制器的第一输入端；
第二电光调制器的第二输入端接收外部输入的射频信号，将所述射频信号和上路光边带进行电光调制后输出光波信号到(p+1)×q端口光分路器，经(p+1)×q端口光分路器分路为(p+1)×q路信号，(p+1)×q路信号与(p+1)×q个相干光接收机一一对应，每一路信号输入至一个相干光接收机；
第三电光调制器的第二输入端接收第二本振信号，将所述第二本振信号和下路光边带进行电光调制后输出光波信号到(p+1)端口光分路器，经(p+1)端口光分路器分路为(p+1)路信号，其中一路进入光衰减器进行衰减，衰减后的信号输入至1个q通道波分解复用器进行波分解复用；剩余p路与p个声光移频器一一对应，每路信号进入一个光移频器进行光信号移频，每个光移频器输出的移频后的光信号输入至一个q通道波分解复用器进行波分解复用；(p+1)个q通道波分解复用器共输出(p+1)×q路光信号至矩阵光开关进行子信道交换，交换后的每路信号分别输入至相干光接收机的射频输入接口；
相干光接收机、90度电桥、电滤波器一一对应连接；每个相干光接收机对接收的两路信号进行相干处理后输出两路电信号发送至90度电桥，90度电桥对其中一路电信号进行90°移相，移相后的电信号与另一路电信号合路，合路后的电信号通过电滤波器进行滤波，(p+1)×q个电滤波器输出得到(p+1)×q个子信道的信号。
优选的，激光器的波长位于双通道波分解复用器两个通道的交界处。
优选的，第一电光调制器、第二电光调制器、第三电光调制器均为马赫增德尔调制器。
优选的，第一电光调制器和第二电光调制器均工作在最小点。
优选的，根据信道带宽，第三电光调制器工作在最小点、正交点或最大点，形成小间隔平坦光频梳，其梳齿间隔为信道带宽的p+1倍。
优选的，光衰减器的衰减值等于光移频器的插入损耗。
优选的，矩阵光开关至少为(p+1)×q×(p+1)×q光开关，通过对光开关进行配置，实现子信道高速交换。
优选的，第i个光移频器的移频量为i×子信道带宽。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明相比于现有微波光子信道化接收机，可通过对光开关进行配置，实现子信道高速交换。
(2)本发明无需大间隔、多梳线光频梳，只需单路光载波，通过本振电光调制结合光移频器，可成倍增加子信道数目。
(3)本发明通过控制加载本振信号频率，实现工作频段、子信道中心频率的调谐。
(4)本发明装置无需光滤波，采用电低频带通滤波实现信道划分，信道化能力好且不存在光滤波稳定性差的问题，具有易于实施、稳定性好、可靠性高的优点。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种支持高速子信道交换的微波光子信道化接收装置及方法框图；
图2是本发明实施例的微波光子6通道信道化接收装置框图；
图3是本发明实施例提供的不同位置处的光谱与电谱示意图，其中(a)为本振信号1电光调制后光边带及波分解复用响应，(b)为射频电光调制后光边带，(c)为本振信号2电光调制后光边带，(d)为衰减后光边带，(e)为移频后光边带，(f)为光电探测器前光边带，(g)为各通道电谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。
本发明装置采用单路光载波，基于电光调制的小间隔光梳来实现宽带信号的信道化接收。通过对小间隔光频梳进行信道分流，然后输入到高速光交换单元中，实现了子信道的高速交换处理。通过本振电光调制结合光移频器，可成倍增加子信道数目。此外，该装置可通过调节所加载本振信号的频率，实现工作频段、子信道中心频率的调谐。该装置无需大间隔、多梳齿的光频梳，且无需光滤波，具有易于实施、稳定性好、可靠性高的优点。
本发明一种支持高速子信道交换的微波光子信道化接收装置，包括激光器、双通道波分复用器、第一电光调制器、第二电光调制器、第三电光调制器、(p+1)端口光分路器、光衰减器、p个光移频器、(p+1)个q通道波分解复用器、矩阵光开关、(p+1)×q端口光分路器、(p+1)×q个相干光接收机、(p+1)×q个90度电桥、(p+1)×q个电滤波器。
第一电光调制器的第一输入端接收激光器发出的光波，第二输入端接收第一本振信号，将激光器光波和第一本振信号进行电光调制后输出载波抑制双边带信号；所述载波抑制双边带信号经过双通道波分复用器分为上下两路光边带，上路光边带输入到第二电光调制器的第一输入端，下路光边带输入到第三电光调制器的第一输入端。
第二电光调制器的第二输入端接收外部输入的射频信号，将所述射频信号和上路光边带进行电光调制后输出光波信号到(p+1)×q端口光分路器，经(p+1)×q端口光分路器分路为(p+1)×q路信号，(p+1)×q路信号与(p+1)×q个相干光接收机一一对应，每一路信号输入至一个相干光接收机。
第三电光调制器的第二输入端接收第二本振信号，将所述第二本振信号和下路光边带进行电光调制后输出光波信号到(p+1)端口光分路器，经(p+1)端口光分路器分路为(p+1)路信号，其中一路进入光衰减器进行衰减，衰减后的信号输入至1个q通道波分解复用器进行波分解复用；剩余p路与p个声光移频器一一对应，每路信号进入一个光移频器进行光信号移频，每个光移频器输出的移频后的光信号输入至一个q通道波分解复用器进行波分解复用；(p+1)个q通道波分解复用器共输出(p+1)×q路光信号至矩阵光开关进行子信道交换，交换后的每路信号分别输入至相干光接收机的射频输入接口。
相干光接收机、90度电桥、电滤波器一一对应连接；每个相干光接收机对接收的两路信号进行相干处理后输出两路电信号发送至90度电桥，90度电桥对其中一路电信号进行90°移相，移相后的电信号与另一路电信号合路，合路后的电信号通过电滤波器进行滤波，(p+1)×q个电滤波器输出得到(p+1)×q个子信道的信号。
激光器的波长位于双通道波分解复用器两个通道的交界处。第一电光调制器、第二电光调制器、第三电光调制器均为马赫增德尔调制器。第一电光调制器和第二电光调制器均工作在最小点，形成上下光边带。根据信道带宽，第三电光调制器工作在最小点、正交点或最大点，形成小间隔平坦光频梳，其梳齿间隔为信道带宽的p+1倍。
光衰减器的衰减值等于光移频器的插入损耗。矩阵光开关至少为(p+1)×q×(p+1)×q光开关，通过对光开关进行配置，实现子信道高速交换。第i个光移频器的移频量为i×子信道带宽。i＝1，2，……，p。
本发明装置无需光频梳，只需单路光载波，通过本振电光调制结合光移频器，可成倍增加子信道数目。无需光滤波，采用电低频带通滤波实现信道划分，信道化能力好且不存在光滤波稳定性差的问题。
本发明中，激光器输出进行本振信号的电光调制，然后经过波分解复用分为上下两路，上路进行宽带射频信号的电光调制，下路先进行本振信号的电光调制，之后经过分路、衰减或声光移频、波分解复用后在不同的输出端口获得频率间隔固定的光本振信号，该光本振信号输入光开关，然后分别与分路后的射频信号一同输入进相干光电探测阵列中。后续经过90度电桥合路与滤波，最终实现信道化接收。该装置可通过对光开关进行配置，实现子信道交换转发。该装置通过本振电光调制结合光移频器，可成倍增加子信道数目。该装置可通过调节所加载本振信号的频率，实现工作频段的调谐。该装置无需光频梳，只需要单路光载波，即可实现宽带信号的信道化接收，具有易于实施、稳定性好、可靠性高的优点。且无需光滤波，采用电低频带通滤波实现信道划分，信道化能力好且不存在光滤波稳定性差的问题。
实施例：
本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了工作频率为27-33GHz、子信道载频为1GHz、子信道带宽为1GHz的信道化接收装置详细的实施方式和具体的操作流程。
包括激光器1个、双通道波分解复用器1个、第一电光调制器、第二电光调制器、第三电光调制器、2端口光分路器1个、光衰减器1个、光移频器1个、6端口光分路器1个、6×6光开关1个、三通道波分解复用器(WDM)2个、相干光接收机6个(I/Q Receiver)，90度电桥6个，电滤波器6个。
由激光器发出的光波进入第一电光调制器1中，本振信号1加载到第一电光调制器1上，第一电光调制器1输出为载波抑制双边带信号。该信号经过波分解复用分为上下光边带，上路光边带输入到第二电光调制器2中，射频信号加载第二电光调制器2上，第二电光调制器2的输出光波输入到6端口光分路器中分为6路，每一路分别经由信号输入端口输入到相干光接收机中。下路光边带输入到第三电光调制器3中，本振信号2加载第三电光调制器3上，第三电光调制器3输出的光信号先经过光分路器分为2路，其中一路进行光衰减，剩余1路进行光移频器，然后输入到3通道波分解复用器获得6路输出，波分解复用后输出分别经过本振输入端口输入到相干光接收机中。每个相干光接收机的两路输出端分别与90度电桥的两路输入相连，90度电桥输出与电滤波器相连，最终在电滤波器的输出端得到6个子信道的信号。
本实例中，方法的具体实施步骤是：
步骤一：由激光器发出的光波输入到工作在最小偏置点的第一电光调制器1中，进行本振信号的调制，本振信号频率为14.25GHz，此时第一电光调制器输出的光谱如图3中(a)所示,主要由±1阶本振信号1的光边带构成，频率分别为14.25GHz和-14.25GHz。
步骤二：调制后信号进入双通道波分解复用器中分为上下两路，调整激光器的波长，使其处于双通道波分解复用器各通道的交界处，此时其输出分别为本振信号1的+1、-1阶光边带。
步骤三：-1阶光边带输入到第二电光调制器2中，频率为27-33GHz的射频信号加载第二电光调制器2上，调整第二电光调制器2的工作点为最小偏置点，此时第二电光调制器输出的光谱如图3中(b)所示，主要由±1阶射频光边带构成，其中+1阶光边带频率为12.75-18.75GHz。第二电光调制器2输出输入到6端口光分路器中分为6路，每一路分别经过信号输入端口输入到相干光接收机中。
步骤四：+1阶光边带输入到第三电光调制器3中，频率为2GHz的本振信号加载到第三电光调制器3上，调整第三电光调制器3的工作点为最大点，此时第三电光调制器输出的光谱如图3中(c)所示，主要由光载波和±1阶本振光边带构成，频率分别为12.25GHz、14.25GHz、16.25GHz。第三电光调制器输出输入到2端口光分路器中分为2路。
步骤五：2路输出中的第1路输入到光衰减器中，衰减值等于光移频器的插入损耗，第2路输入到频移量为1GHz的光移频器中，此时移频后光谱如图3中(e)所示，可以看出经过移频后本振光边带信号频率分别变为13.25GHz、15.25GHz、17.25GHz。
步骤六：衰减与光移频后的光信号分别输入到3通道波分解复用器中，图3中(d)-(e)中给出了波分解复用器的光谱响应，由于激光器的波长位于波分解复用器的中间通道的中心处，波分解复用器带宽为2GHz，因此波分解复用器1的三个端口分别输出-1阶光边带(12.25GHz)、光载波(14.25GHz)和+1(16.25GHz)阶光边带，波分解复用器2的三个端口分别输出频移后的-1阶光边带(13.25GHz)、光载波(15.25GHz)和+1(17.25GHz)阶光边带。
步骤七：波分解复用后的光信号分别输入到6*6光开关中，进行高速光交换处理，交换后的光信号经过本振输入端口输入到相干光接收机中。
步骤八：相干接收机中将射频光边带与本振光边带进行合路，合路后光谱如图3中(f)所示，可以看出，此时不同频率的本振光边带信号可实现不同通道射频信号的分别解调。每个相干光接收机的两路输出端分别与90度电桥的两路输入相连，90度电桥输出与带通滤波器相连，在带通滤波器输出端可得到各个子信道的信号。图3中(g)给出了不同通道的电谱图与带通滤波器的频谱响应，可以看出，通过对光开光进行配置，可分别在不同的端口得到不同子信道的信号，实现子信道高速交换功能。
相比已有微波光子信道化接收技术，本发明方案具有如下优点：
可通过配置光开关，实现子信道的高速交换。
通过本振电光调制结合光移频器，可成倍增加子信道数目。
合理控制加载本振信号的频率，实现工作频段、子信道中心频率的调谐。
无需光滤波，采用电低频带通滤波实现信道划分，信道化能力好且不存在光滤波稳定性差的问题。
本发明装置可通过调节所加载本振信号的频率，实现工作频段的调谐。可通过调节光移频器频移量的大小，实现子信道中心频率的调谐。改变本振频率的大小，实现子信道中频率的调谐。通过改变光分路器的端口数与响应的增加声光移频器、波分解复用器、光相干接收机、90度电桥与电滤波器的数目，来实现更多子信道的信道化接收。对于本技术领域的普通技术人员来说，在本发明公开的内容上，还可以做出若干等同的变形和替换，改变光波长、载频功率等参数的改变调整也应视为本发明保护的范围。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种支持高速子信道交换的微波光子信道化接收装置，其特征在于：包括激光器、双通道波分复用器、第一电光调制器、第二电光调制器、第三电光调制器、(p+1)端口光分路器、光衰减器、p个光移频器、(p+1)个q通道波分解复用器、矩阵光开关、(p+1)×q端口光分路器、(p+1)×q个相干光接收机、(p+1)×q个90度电桥、(p+1)×q个电滤波器；
第一电光调制器的第一输入端接收激光器发出的光波，第二输入端接收第一本振信号，将激光器光波和第一本振信号进行电光调制后输出载波抑制双边带信号；所述载波抑制双边带信号经过双通道波分复用器分为上下两路光边带，上路光边带输入到第二电光调制器的第一输入端，下路光边带输入到第三电光调制器的第一输入端；
第二电光调制器的第二输入端接收外部输入的射频信号，将所述射频信号和上路光边带进行电光调制后输出光波信号到(p+1)×q端口光分路器，经(p+1)×q端口光分路器分路为(p+1)×q路信号，(p+1)×q路信号与(p+1)×q个相干光接收机一一对应，每一路信号输入至一个相干光接收机；
第三电光调制器的第二输入端接收第二本振信号，将所述第二本振信号和下路光边带进行电光调制后输出光波信号到(p+1)端口光分路器，经(p+1)端口光分路器分路为(p+1)路信号，其中一路进入光衰减器进行衰减，衰减后的信号输入至1个q通道波分解复用器进行波分解复用；剩余p路与p个声光移频器一一对应，每路信号进入一个光移频器进行光信号移频，每个光移频器输出的移频后的光信号输入至一个q通道波分解复用器进行波分解复用；(p+1)个q通道波分解复用器共输出(p+1)×q路光信号至矩阵光开关进行子信道交换，交换后的每路信号分别输入至相干光接收机的射频输入接口；
相干光接收机、90度电桥、电滤波器一一对应连接；每个相干光接收机对接收的两路信号进行相干处理后输出两路电信号发送至90度电桥，90度电桥对其中一路电信号进行90°移相，移相后的电信号与另一路电信号合路，合路后的电信号通过电滤波器进行滤波，(p+1)×q个电滤波器输出得到(p+1)×q个子信道的信号。
2.根据权利要求1所述的一种支持高速子信道交换的微波光子信道化接收装置，其特征在于：激光器的波长位于双通道波分解复用器两个通道的交界处。
3.根据权利要求1所述的一种支持高速子信道交换的微波光子信道化接收装置，其特征在于：第一电光调制器、第二电光调制器、第三电光调制器均为马赫增德尔调制器。
4.根据权利要求3所述的一种支持高速子信道交换的微波光子信道化接收装置，其特征在于：第一电光调制器和第二电光调制器均工作在最小点。
5.根据权利要求3所述的一种支持高速子信道交换的微波光子信道化接收装置，其特征在于：根据信道带宽，第三电光调制器工作在最小点、正交点或最大点，形成小间隔平坦光频梳，其梳齿间隔为信道带宽的p+1倍。
6.根据权利要求1所述的一种支持高速子信道交换的微波光子信道化接收装置，其特征在于：光衰减器的衰减值等于光移频器的插入损耗。
7.根据权利要求1所述的一种支持高速子信道交换的微波光子信道化接收装置，其特征在于：矩阵光开关至少为(p+1)×q×(p+1)×q光开关，通过对光开关进行配置，实现子信道高速交换。
8.根据权利要求1所述的一种支持高速子信道交换的微波光子信道化接收装置，其特征在于：第i个光移频器的移频量为i×子信道带宽。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202311181637.0A CN117459150A (zh) | 2023-09-13 | 2023-09-13 | 一种支持高速子信道交换的微波光子信道化接收装置 |
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