CN117527076A - 一种多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方法。所述多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方法包括:(1)信号发送端:四十个C波段、线宽小于100kHz的连续可调激光器通过保偏阵列波导光栅组合成四十路奇数通道光源,另外四十个C波段、线宽小于100kHz的连续可调激光器通过保偏阵列波导光栅连接组合成四十路偶数通道光源,奇偶信道的波长间隔为50GHz。本发明提供的多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方法具有基于空芯光纤,有效解决了光太赫兹信号在光纤中传输时的波长走离问题,成功实现了多路光太赫兹信号在光纤链路中的传输,基于波分复用的通信架构实现了多通道太赫兹信号光纤混合无线的传输的优点。
Description
技术领域
本发明涉及光纤-无线(Radio-over-Fiber,ROF)通信系统技术领域,尤其涉及一种多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方法。
背景技术
随着移动互联网终端数量的增加,网络数据流量爆发式增长,移动前传(MFH)中频谱效率较低的通用公共无线接口(CPRI)成为传输容量进一步提升的瓶颈。
另外,在基于CPRI的MFH链路中,天线单元需要DAC等器件来恢复模拟信号,这对于需要部署大量微基站的5G通信极为不利。
而在基于Delta-sigma modulation(DSM)的MFH架构中,天线单元可以利用滤波器进行模拟信号恢复,而不需要额外的DAC设备,这大大简化了MFH的系统架构。
此外,太赫兹(THz)频段因其巨大的带宽资源和免许可的特点受到了研究人员的广泛关注。在光纤无线电(RoF)架构下,将光子辅助太赫兹通信与基于DSM的前传架构相结合,可以实现高速无线前传网络,这对于难以直接部署光纤链路的地区具有重要意义。
然而,当两路频率间隔为THz的光波在光纤链路上传输时,色散引起的波长走离效应会导致两路光波的编码发生时移,从而产生严重的码间干扰。
因此,有必要提供一种新的多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方法解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于空芯光纤的多通道光纤混合无线高质量太赫兹信号产生与传输方案,空芯光纤的使用有效解决了光太赫兹信号在光纤链路中传输时的波长走离问题,实现了高质量太赫兹信号的产生,基于波分复用和光子辅助太赫兹通信的架构,实现了多路太赫兹信号的产生于传输。
与之前的方案相比,本方案中空芯光纤的使用有效解决了色散对光太赫兹信号的损伤问题,提高了生成太赫兹信号的质量。
本发明提供的多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方法,以信号传输方向为说明顺序包括:
(1)信号发送端:
四十个C波段、线宽小于100kHz的连续可调激光器通过保偏阵列波导光栅组合成四十路奇数通道光源,另外四十个C波段、线宽小于100kHz的连续可调激光器通过保偏阵列波导光栅连接组合成四十路偶数通道光源,奇偶信道的波长间隔为50GHz,全部80路波长光信号覆盖整个C波段;
两个电子放大器(EA),分别用来放大两路二进制强度调制信号;
一个信号源发生器例如伪随机码产生器或任意波形发生器产生二进制电基带信号;
两个光强度调制器(例如马赫曾德调制器MZM),记为MZM1、MZM2分别用来将两路二进制强度调制信号调制到奇数通道的40路光源和偶数通道的40路光源上;
一个保偏光耦合器(PM-OC),将调制后的奇数通道和偶数通道光信号组合成80路波分复用的光信号;
一个光放大器(例如保偏掺铒光纤放大器PM-EDFA)用于补偿调制器的插入损耗,放大组合在一起的80路光信号;
一条空芯光纤,将保偏掺铒光纤放大器输出光信号传输到系统的下一部分;
一个波长选择开关(WSS)将80路光信号中波长间隔为300GHz的两路光信号(如通道1和通道7或通道2和通道8,…依次类比通道74和通道80)滤出;
一个光放大器(例如掺铒光纤放大器EDFA)用于将波长选择开关滤出来的波长间隔为300GHz的两束光信号进行放大,以补偿滤波损耗;
一个偏振控制器(PC),用来控制进入光电转换器中光信号的偏振态,以保证生成太赫兹电信号的强度;
一个单行载流子光电探测器(UTC-PD),用于外差拍频生成强度调制的太赫兹信号;
两个透镜(lens),用来聚焦发收天线之间太赫兹信号的功率;
(2)信号接收端
一个接收天线,用于接收无线信道传输后的信号;
一个太赫兹波段的低噪声放大器(LNA),用于放大接收到的太赫兹信号;
一个射频源(RF2),作为本地振荡源;
一个混频器,将接收到的信号进行下变频处理;
一个放大器,放大处理后的中频信号;
一个模数转换器例如示波器,捕捉放大后的信号,观察信号的时域和频域图。
优选的,采用两束调制着相同二进制强度信号的光载波外差拍频生成高信噪比的强度调制太赫兹信号。
优选的,通过空芯光纤解决光太赫兹信号在光纤中传输时的波长走离问题。
优选的,基于波分复用的通信架构,可以同时产生多路太赫兹信号,如波长1和波长7外差拍频产生太赫兹信号1,如波长2和波长8外差拍频产生太赫兹信号2,如波长3和波长9外差拍频产生太赫兹信号3,以及如波长74和波长80外差拍产生太赫兹信号74等。
优选的,单行载流子光电探测器(UTC-PD)输出强度调制的太赫兹信号。
优选的,基于空芯光纤实现了光混合太赫兹无线的移动前传架构,适用于光纤难以部署区域的移动前传问题。
一种多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方法,包含以下步骤:
在发送端,利用两路调制着相同二进制强度信息的光载波外差拍频生成强度调制的太赫兹信号;
利用空芯光纤传输光太赫兹信号,利用掺铒光纤放大器调节信号功率;
利用单行载流子光电探测器(UTC-PD)输出强度调制的太赫兹信号至此,完成强度调制太赫兹信号的产生和发射;
在接收端,经过2m的无线传输后,接收信号经过低噪声放大器放大后然后进行下变频后,最后利用模数转换器例如示波器收集,利用离线DSP对信号进行恢复。
至此,此系统已完成强度调制太赫兹信号的产生和通信的功能。
与相关技术相比较,本发明提供的多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方法具有如下有益效果:
本发明提供一种多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方法:相较于现有技术而言,可以同时实现多路太赫兹信号的产生;同时空芯光纤的使用有效解决了波长走离问题,实现了光太赫兹信号在光纤链路中的传输。基于WDM的架构,可同时支持多个基站的移动移动前传,为未来6G领域的光混合无线前传提供了可行方案。
附图说明
图1为本发明提供的多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方案的示意图,图中实线部分为光信号,虚线部分为电信号;
图2是EDFA(87)放大前80.ch波分复用信号的光谱图;
图3是WSS(89)滤波后输出的波长间隔为300GHz的2.ch信号光谱图。
图中标号:1~40为波长间隔为100GHz的40个线宽小于100kHz的外腔激光器;41~80为波长间隔为100GHz的40个线宽小于100kHz的外腔激光器;81和82为保偏阵列波导光栅(PM-AWG);83、84和97为电放大器;85和86为强度调制器MZM1和MZM2;87和90为掺铒光纤放大器(EDFA);88光空芯光纤;89为波长选择开关(WSS);91为偏振控制器(PC);92为单行载流子光电探测器(UTC-PD);93和94为两个透镜;95为接收端天线;96为低噪声放大器(LNA);97为模拟混频器;99为模数转换装置(ADC)或示波器装置(OSC);100为数字信号处理(DSP)处理单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请结合参阅图1-图3,其中,图1为本发明提供的多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方案的示意图,图中实线部分为光信号,虚线部分为电信号;图2是EDFA(87)放大前80.ch波分复用信号的光谱图;图3是WSS(89)滤波后输出的波长间隔为300GHz的2.ch信号光谱图。
多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方法,以信号传输方向为说明顺序包括:
(1)信号发送端:
共80个C波段、波长可调的外腔激光器通过两个保偏阵列波导光栅分别组合成两个波长间隔为100GHz的40通道波分复用光源,并分别通过两个MZM进行调制;
一个任意波形发生器,用于产生两路量化编码后的二进制信号;
其中四十个C波段、线宽小于100kHz的连续可调激光器通过保偏阵列波导光栅组合成四十路奇数通道光源,另外四十个C波段、线宽小于100kHz的连续可调激光器通过保偏阵列波导光栅连接组合成四十路偶数通道光源,奇偶信道的波长间隔为50GHz,全部80路波长光信号覆盖整个C波段;
两个电子放大器(EA),分别用来放大两路二进制强度调制信号;
一个信号源发生器例如伪随机码产生器或任意波形发生器产生二进制电基带信号;
两个光强度调制器(例如马赫曾德调制器MZM),记为MZM1、MZM2分别用来将两路二进制强度调制信号调制到奇数通道的40路光源和偶数通道的40路光源上;
一个保偏光耦合器(PM-OC),将调制后的奇数通道和偶数通道光信号组合成80路波分复用的光信号(一个保偏光耦合器(PM-OC),将调制后的两个40路光信号组合成波长间隔为50GHz的80路光信号);
两个掺铒光纤放大器(EDFA),分别用来放大光纤传输后和波长选择开关滤波后的光信号;
一个光放大器(例如保偏掺铒光纤放大器PM-EDFA)用于补偿调制器的插入损耗,放大组合在一起的80路光信号;
一条空芯光纤,将保偏掺铒光纤放大器输出光信号传输到系统的下一部分(一条空芯光纤(HCF)将放大后的光信号传输到系统的下一部分);
一个波长选择开关(WSS)将80路光信号中波长间隔为300GHz的两路光信号(如通道1和通道7或通道2和通道8,…依次类比通道74和通道80)滤出;
一个光放大器(例如掺铒光纤放大器EDFA)用于将波长选择开关滤出来的波长间隔为300GHz的两束光信号进行放大,以补偿滤波损耗;
一个偏振控制器(PC),用来控制进入光电转换器中光信号的偏振态,以保证生成太赫兹电信号的强度(一个偏振控制器,用来调整注入到UTC-PD中光信号的偏振状态);
一个单行载流子光电探测器(UTC-PD),用于外差拍频生成强度调制的太赫兹信号(一个单行载流子光电探测器(UTC-PD),用来实现太赫兹信号的生成);
两个透镜(lens),用来聚焦发收天线之间太赫兹信号的功率(两个透镜(lens)中的一个发送透镜(lens),用来准直聚焦发送信号的波束);
(2)信号接收端
两个透镜(lens)中的一个接收透镜,用于聚焦无线传输后的电信号的波束;
一个接低噪放(LNA),用于放大天线接收到太赫兹信号;
一个示波器(OSC),捕捉放大后的信号,观察信号的时域和频域图。
最后,通过离线数字信号处理(DSP)进行下变频、时钟恢复、FFE和DFE均衡、判决、低通滤波,最终恢复传输的无线模拟信号;
一个接收天线,用于接收无线信道传输后的信号(二进制的太赫兹信号);
一个太赫兹波段的低噪声放大器(LNA),用于放大接收到的太赫兹信号;
一个射频源(RF2),作为本地振荡源;
一个混频器,将接收到的信号(太赫兹信号)进行下变频处理;
一个放大器,放大处理后的中频信号(一个电放大器,将下变频后的中频信号进行放大);
一个模数转换器例如示波器,捕捉放大后的信号,观察信号的时域和频域图。
在本发明进一步实施例中,采用两束调制着相同二进制强度信号的光载波外差拍频生成高信噪比的强度调制太赫兹信号。
在本发明进一步实施例中,通过空芯光纤解决光太赫兹信号在光纤中传输时的波长走离问题。
在本发明进一步实施例中,基于波分复用的通信架构,可以同时产生多路太赫兹信号,如波长1和波长7外差拍频产生太赫兹信号1,如波长2和波长8外差拍频产生太赫兹信号2,如波长3和波长9外差拍频产生太赫兹信号3,以及如波长74和波长80外差拍产生太赫兹信号74等。
在本发明进一步实施例中,单行载流子光电探测器(UTC-PD)输出强度调制的太赫兹信号。
在本发明进一步实施例中,基于空芯光纤实现了光混合太赫兹无线的移动前传架构,适用于光纤难以部署区域的移动前传问题。
一种多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方法,包含以下步骤:
在发送端,利用两路调制着相同二进制强度信息的光载波外差拍频生成强度调制的太赫兹信号;
利用空芯光纤传输光太赫兹信号,利用掺铒光纤放大器调节信号功率;
利用单行载流子光电探测器(UTC-PD)输出强度调制的太赫兹信号至此,完成强度调制太赫兹信号的产生和发射;
在接收端,经过2m的无线传输后,接收信号经过低噪声放大器放大后然后进行下变频后,最后利用模数转换器例如示波器收集,利用离线DSP对信号进行恢复。
至此,此系统已完成强度调制太赫兹信号的产生和通信的功能。
本发明提供的多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方法如上述,具体包括:
在信号发送端,ECL.1~40(1~40)分别产生波长间隔为100GHz的光波,然后通过PM-AWG(81)组合成80路WDM信号中的奇数通道。
ECL.41~80(41~80)产生另外40路波长间隔为100GHz的光波,然后通过PM-AWG(82)组合成80WDM信号中的偶数通道。
二进制电信号1经过电放大器(83)放大后用于驱动MZM1(85),将电信号1调制到40路的奇数通道上。
二进制电信号2经过电放大器(84)放大后利用MZM2(85)将电信号2调制到40路的偶数通道上。
奇偶信道通过保偏耦合器合成80路的WDM信号,其波长间隔为50GHz。
合成后的80路WDM信号经过掺铒光纤放大器(87)放大后然后通过空芯光纤(88)进行传输。
将空芯光纤传输后的光信号通过波长选择开关(89)进行滤波,可依次滤出波长间隔为300GHz的两束子载波,如ch.1和ch.7、ch.2和ch.8、ch.3和ch.9、一直到ch.74和ch.80。
滤出的两束子载波通过掺铒光纤放大器(90)进行放大,以补偿滤波损耗。
放大后的两束子载波通过偏振控制器(91)调节偏振状态,然后注入到UTC-PD(92)进行光电转换。
转换后的电信号经过透镜1(93)波束准直后辐射到自由空间进行无线传输。通过调节WSS(89)滤波的间隔,可产生多路太赫兹信号,如ch.1和ch.7产生太赫兹1、ch.2和ch.8产生太赫兹2、ch.3和ch.9产生太赫兹3、一直到ch.74和ch.80产生太赫兹74。
至此,多通道太赫兹波段电信号的生成与发送流程完成。
在信号接收端,透镜2(94)聚焦无线信号的功率。
经过天线(95)接收后利用低噪声放大器(96)进行放大。放大后的电信号然后通过混频器(97)下变频为中频信号。
中频信号经过电放大器(98)放大后再由示波器OSC(99)捕捉,最后通过离线DSP(100)恢复接收到的二进制太赫兹信号。
本发明中,包含:发送端和接收端。
发送端主要包括:输入模块、光调制器、80路光源、保偏阵列波导光栅、保偏光耦合器、电放大器、波长选择开关、保偏掺铒光纤放大器、空芯光纤传输模块、单行载流子光电探测器;输入模块用于产生二进制消息;两个保偏阵列波导光栅用于将80路独立光源分别组合成两个40路通道的奇偶光波、两个光调制器分别将两路二进制消息调制到奇偶信道的光载波上;光耦合器用于将调制后的奇偶信道组合成80路光信号;空芯光纤传输模块用来传输合成后的光信号;单行载流子光电探测器用来对信号平方检波,输出强度调制太赫兹信号;
接收端主要包含天线、低噪放、射频源、混频器和信号恢复模块;天线用于接收2m无线传输后的太赫兹信号;低噪放用于放大接收到的太赫兹信号;射频源提供本地振荡信号用于与接收信号混频完成信号的下变频;信号恢复模块用于恢复示波器接收到的信号。
该系统基于空芯光纤,有效解决了光太赫兹信号在光纤中传输时的波长走离问题,成功实现了多路光太赫兹信号在光纤链路中的传输,基于波分复用的通信架构实现了多通道太赫兹信号光纤混合无线的传输。
与相关技术相比较,本发明提供的多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方法具有如下有益效果:
相较于现有技术而言,可以同时实现多路太赫兹信号的产生;同时空芯光纤的使用有效解决了波长走离问题,实现了光太赫兹信号在光纤链路中的传输。基于WDM的架构,可同时支持多个基站的移动移动前传,为未来6G领域的光混合无线前传提供了可行方案。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本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它相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方法,其特征在于,包括:
(1)信号发送端:
四十个C波段、线宽小于100kHz的连续可调激光器通过保偏阵列波导光栅组合成四十路奇数通道光源,另外四十个C波段、线宽小于100kHz的连续可调激光器通过保偏阵列波导光栅连接组合成四十路偶数通道光源,奇偶信道的波长间隔为50GHz,全部80路波长光信号覆盖整个C波段;
两个电子放大器(EA),分别用来放大两路二进制强度调制信号;
一个信号源发生器伪随机码产生器或任意波形发生器产生二进制电基带信号;
两个光强度调制器记为MZM1、MZM2分别用来将两路二进制强度调制信号调制到奇数通道的40路光源和偶数通道的40路光源上;
一个保偏光耦合器(PM-OC),将调制后的奇数通道和偶数通道光信号组合成80路波分复用的光信号;
一个光放大器用于补偿调制器的插入损耗,放大组合在一起的80路光信号;
一条空芯光纤,将保偏掺铒光纤放大器输出光信号传输到系统的下一部分;
一个波长选择开关(WSS)将80路光信号中波长间隔为300GHz的两路光信号滤出;
一个光放大器用于将波长选择开关滤出来的波长间隔为300GHz的两束光信号进行放大,以补偿滤波损耗;
一个偏振控制器(PC),用来控制进入光电转换器中光信号的偏振态,以保证生成太赫兹电信号的强度;
一个单行载流子光电探测器(UTC-PD),用于外差拍频生成强度调制的太赫兹信号;
两个透镜(lens),用来聚焦发收天线之间太赫兹信号的功率;
(2)信号接收端
一个接收天线,用于接收无线信道传输后的信号;
一个太赫兹波段的低噪声放大器(LNA),用于放大接收到的太赫兹信号;
一个射频源(RF2),作为本地振荡源;
一个混频器,将接收到的信号进行下变频处理;
一个放大器,放大处理后的中频信号;
一个模数转换器例如示波器,捕捉放大后的信号,观察信号的时域和频域图。
2.根据权利要求1所述的多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方法,其特征在于,采用两束调制着相同二进制强度信号的光载波外差拍频生成高信噪比的强度调制太赫兹信号。
3.根据权利要求1所述的多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方法,其特征在于,基于波分复用的通信架构,可以同时产生多路太赫兹信号,多路太赫兹信号包括:波长1和波长7外差拍频产生太赫兹信号1,波长2和波长8外差拍频产生太赫兹信号2,波长3和波长9外差拍频产生太赫兹信号3以及波长74和波长80外差拍产生太赫兹信号74。
4.根据权利要求1所述的多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方法,其特征在于,单行载流子光电探测器(UTC-PD)输出强度调制太赫兹信号。
5.根据权利要求1-4任一项所述的多通道光纤与太赫兹混合无线移动前传方法,其特征在于,包含以下步骤:
在发送端,利用两路调制着相同二进制强度信息的光载波外差拍频生成强度调制的太赫兹信号;
利用空芯光纤传输光太赫兹信号,利用掺铒光纤放大器调节信号功率;
利用单行载流子光电探测器(UTC-PD)输出强度调制的太赫兹信号至此,完成强度调制太赫兹信号的产生和发射;
在接收端,经过2m的无线传输后,接收信号经过低噪声放大器放大后然后进行下变频后,最后利用模数转换器例如示波器收集,利用离线DSP对信号进行恢复;
至此,此系统已完成强度调制太赫兹信号的产生和通信的功能。
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