TW201336251A - 用於產生中間頻率信號之具有鑑頻器之通信裝置及其相關方法 - Google Patents

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Abstract

一種通信裝置包含一傳輸器裝置,該傳輸器裝置包含:一光源,其產生一光學載波信號;及一第一調變器,其耦合至該光源且用以使用一射頻(RF)輸入信號調變該光學載波信號;及一光學波導,其耦合至該傳輸器裝置。該通信裝置包含一接收器裝置,該接收器裝置耦合至該光學波導且包含:一第二調變器,其用以使用一本機振盪器(LO)信號進一步調變該經調變之光學載波信號;一調頻調相(FM-PM)鑑頻器,其耦合至該第二調變器且用以基於該LO信號將該經調變之光學載波信號轉換至一強度調變光學載波信號;及一光學至電氣轉換器,其耦合至該FM-PM鑑頻器且用以基於該強度調變光學載波信號產生一中間頻率(IF)信號。

Description

用於產生中間頻率信號之具有鑑頻器之通信裝置及其相關方法
本發明係關於通信領域,且更特定言之係關於光學頻率轉換及其相關方法。
一典型無線通信系統包括彼此交換資料之複數個無線通信裝置。在一些無線通信系統中(舉例而言,基礎架構網路),系統可進一步包括用於管理無線通信裝置之間之通信之一無線基地台。換言之,各系統內通信將經由無線基地台進行交換。在其他無線通信系統(舉例而言,網狀網路(mesh network)及特用(ad hoc)無線網路)中,可省略無線基地台,即,無線通信裝置可彼此直接通信。
在特定高頻率(諸如極高頻率(EHF)頻帶,即,30 GHz至300 GHz)中,在此頻帶下操作之一通信系統可具有一些缺點。舉例而言,經由同軸電纜傳輸信號可招致大的衰減效應。在此等應用中,可需要一線內(inline)放大器以補償此衰減。此外,在使用RF裝置之應用中,組件之大小、重量及功率(SWaP)可增加至非所要位準。此外,下游接收器處理(諸如降頻及信號定址)可係困難的。特定言之,下游處理之線性可變差。
解決EHF通信系統中之此等缺點之一方法可包括使用光學組件來 處理組件。此等系統之一優點可包括在無RF應用中之信號降級之情況下自一遠端位置傳輸高頻率信號之能力。
舉例而言,如在Logan,Jr.之美國專利第5,710,651號中所揭示,一EHF通信系統包括一遠端天線站、一傳輸/接收站及將該等站耦合在一起之一光纖。此等站包括用於將所傳輸之光學信號轉換至一電信號之光二極體及與光學調變器成對以將所接收之EHF信號轉換至一光學信號之雷射。
然而,諸如此之光學應用可具有特定缺點。舉例而言,系統可遭受色散引致之信號衰落。特定言之,光學外差方法可受限於雷射源之相位雜訊。
鑒於前述背景,因此本發明之一目的係提供一種提供穩健頻率轉換之通信裝置。
根據本發明之此及其他目的、特徵及優點藉由包括一傳輸器裝置之一通信裝置提供,該傳輸器裝置包括:一光源,其經組態以產生一光學載波信號;及一第一調變器,其耦合至光源且經組態以使用一射頻(RF)輸入信號調變該光學載波信號。通信裝置包含耦合至傳輸器裝置之一光學波導及耦合至該光學波導之一接收器裝置。接收器裝置包含:一第二調變器,其經組態以使用一本機振盪器(LO)信號進一步調變該經調變之光學載波信號;一調頻調相(FM-PM)鑑頻器,其耦合至第二調變器且經組態以基於該LO信號而將經調變之光學載波信號轉換至一強度調變光學載波信號;及一光學至電氣轉換器,其耦合至FM-PM鑑頻器且經組態以基於強度調變光學載波信號而產生一中間頻率(IF)信號。有利地,RF輸入信號可以大於典型裝置中之線性進行轉換。
另一態樣係關於一種對RF輸入信號進行頻率轉換之方法。該方 法包括:使用一第一調變器運用RF輸入信號調變一光學載波信號;使用一第二調變器運用一LO信號進一步調變該經調變之光學載波信號;基於LO信號且使用耦合至該第二調變器之一FM-PM鑑頻器將經調變之光學載波信號轉換為一強度調變光學載波信號;及將該強度調變光學載波信號轉換為一IF電信號。
10‧‧‧通信裝置
10'‧‧‧通信裝置
10"‧‧‧通信裝置
11‧‧‧傳輸器裝置
11"‧‧‧傳輸器裝置
12‧‧‧接收器裝置
12'‧‧‧接收裝置
12"‧‧‧接收器裝置
13‧‧‧光源
13a"‧‧‧第一光源
13b"‧‧‧第二光源
14‧‧‧第一調變器
14"‧‧‧第一調變器
15‧‧‧光學波導
16‧‧‧第二調變器
16"‧‧‧第二調變器
17‧‧‧調頻調相(FM-PM)鑑頻器
17a'‧‧‧調頻調相(FM-PM)鑑頻器
17b'‧‧‧調頻調相(FM-PM)鑑頻器
17"‧‧‧調頻調相(FM-PM)鑑頻器
18‧‧‧光學至電氣轉換器
18'‧‧‧光學至電氣轉換器
18"‧‧‧光學至電氣轉換器
20‧‧‧偏光穩定化模組
20'‧‧‧偏光穩定器模組
21‧‧‧光學帶通濾波器
22'‧‧‧抗失真濾波器
23a'‧‧‧光學偵測器
23b'‧‧‧光學偵測器
24'‧‧‧組合器
30"‧‧‧第一分波多工器(WDM)
31"‧‧‧第二分波多工器(WDM)
IF OUT‧‧‧中間頻率信號輸出
RF IN‧‧‧射頻信號輸入
LO IN‧‧‧本機振盪器信號輸入
圖1係根據本發明之一通信裝置之一示意圖。
圖2係圖1之通信裝置之一更詳細示意圖。
圖3係根據本發明之通信裝置之另一實施例之一示意圖。
圖4係根據本發明之一通信裝置之一示意圖。
圖5係圖4之通信裝置之一更詳細示意圖。
現將參考隨附圖式(其中展示本發明之較佳實施例)在下文中更全面地描述本發明。然而,本發明可以許多不同形式體現且不應理解為限制於本文闡述之實施例。實情係,提供此等實施例使得本揭示內容將係透徹且完整的,且將本發明之範疇完整地傳達給熟習此項技術者。貫穿全文,相同數字指代相同元件,且使用單引號及雙引號來指示替代實施例中之相似元件。
最初參考圖1至圖2,現描述根據本發明之一通信裝置10。通信裝置10包含一傳輸器裝置11、一接收器裝置12及將該兩個裝置耦合在一起之一光學波導15。舉例而言,光學波導15可包括一光纖(單模),且應在很大程度上獨立於頻率。在特定實施例中,歸因於光學波導15之有利低損耗,光學波導長度可係幾英里長,藉此使得通信裝置10可適用於遠端應用中。
傳輸器裝置11包含經組態以產生一光學載波信號之一光源13。舉例而言,光源13可包括一CW雷射。傳輸器裝置11包含一第一調變器 14,該第一調變器14耦合至光源13且經組態以使用一RF輸入信號調變光學載波信號。舉例而言,取決於應用,RF輸入信號可藉由一RF天線在傳輸器裝置11處局部地產生,且可包括多種較高頻率信號,諸如μm波信號、mm波信號等等。
接收器裝置12包含一第二調變器16,該第二調變器16經組態以使用一LO信號進一步調變經調變之光學載波信號。舉例而言,第一調變器14及第二調變器16可各包括一EO相位調變器。接收器裝置12包含一FM-PM鑑頻器17,該FM-PM鑑頻器17耦合至該第二調變器16且經組態以基於LO信號(特定言之,LO信號之旁頻帶)將經調變之光學載波信號轉換至一強度調變光學載波信號。舉例而言,FM-PM鑑頻器17可具有包括一IIR濾波器之轉移函數。
FM-PM鑑頻器17係基於IIR濾波器加以線性化且經組態以使用一LO旁頻帶作為光學載波以將相位調變光學信號轉換至一線性化強度調變光學信號。在一些實施例中,FM-PM鑑頻器17可經熱補償,如2010年《Optics Express》第18卷,第26期,Marpaung等人之「A photonic chip based frequency discriminator for a high performance microwave photonic link」中所描述,其等之全文以引用的方式併入本文中。
接收器裝置12包含一光學至電氣轉換器18,該光學至電氣轉換器18耦合至FM-PM鑑頻器17且經組態以基於強度調變光學載波信號產生一IF信號。舉例而言,該光學至電氣轉換器18可包括一光二極體裝置。
接收器裝置12闡釋性地包含耦合於光學波導15與第二調變器16之間之一偏光穩定化模組20。在替代例中,光學波導15可包括偏光保持光纖。偏光穩定化模組20經組態以以對準經調變光學載波信號之偏光狀態。另外,接收器裝置12闡釋性地包含耦合於第二調變器16與 FM-PM鑑頻器17之間之一光學帶通濾波器21。舉例而言,光學帶通濾波器21及FM-PM鑑頻器17可包括塊狀光學組件或平面光波電路(PLC)。
另一態樣係關於一種對一RF輸入信號進行頻率轉換之方法。該方法包括:使用一第一調變器14運用RF輸入信號調變一光學載波信號;使用一第二調變器16運用一LO信號進一步調變經調變之光學載波信號;基於該LO信號且使用耦合至第二調變器之一FM-PM鑑頻器17將經調變之光學載波信號轉換為一強度調變光學載波信號;及將強度調變光學載波信號光學至電氣轉換為一IF信號。
現參考圖3,現描述通信裝置10'之另一實施例。在通信裝置10'之此實施例中,對在上文關於圖1至圖2論述之該等元件賦予單引號且在本文無需進一步論述該等元件之大部分。此實施例與先前實施例的不同之處在於接收裝置12'進一步包含耦合偏光穩定器模組20'之上游之一抗失真濾波器22',該抗失真濾波器22'經組態以避免LO輸入與RF輸入之間之混合積。在此實施例中,FM-PM鑑頻器闡釋性地包含並聯耦合之一對FM-PM鑑頻器17a'至17b'。FM-PM鑑頻器17a'至17b'之各者包含相反符號之斜率。此外,光學至電氣轉換器18'闡釋性地包含:第一波導路徑及第二波導路徑,其等分別耦合至該對FM-PM鑑頻器17a'至17b';第一光學偵測器23a'及第二光學偵測器23b',其等耦合至第一波導路徑及第二波導路徑;及一組合器24',其耦合至該第一光學偵測器及該第二光學偵測器,即,此實施例包含平衡光學偵測而非單端偵測(圖1至圖2)。
有利地,通信裝置10可同時實現高頻率信號(諸如EHF/VHF信號)之線性化及降頻。通信裝置10可提供解決典型外差裝置中所經歷之相位雜訊之問題之一方法。再者,可更容易地達成接收器裝置12之晶片級整合。通信裝置10亦可在第一調變器14及第二調變器16處以低光學 功率提供高鏈結效能,藉此減小遠端應用之功率消耗且提供對更廣範圍之調變器材料系統之存取。當然,歸因於基於IIR濾波器之FM-PM鑑頻器17,通信裝置10可提供優於典型裝置之改良線性。由於第一相位調變器14及第二相位調變器16無需一主動電源,故可達成又進一步功率減小。
現參考圖4至圖5,現描述通信裝置10"之另一實施例。在通信裝置10"之此實施例中,對在上文關於圖1至圖3論述之該等元件賦予雙引號且在本文無需進一步論述該等元件之大部分。此實施例與先前實施例的不同之處在於傳輸器裝置11"闡釋性地包含:第一光源13a"及第二光源13b",其等經組態以產生在各自不同第一光學波長及第二光學波長之第一光學載波信號及第二光學載波信號;一第一分波多工器(WDM)30",其耦合至第一光源及第二光源;及一第一調變器14",其耦合至第一WDM且經組態以使用一RF輸入信號調變包括第一光學載波信號及第二光學載波信號之一組合載波信號。簡而言之,第一WDM 30"將第一光學載波信號及第二光學載波信號多工化成一組合光學載波信號。或者,為了組合兩個光學載波信號之目的,可使用一光學耦合器代替一WDM組合裝置。
接收器裝置12"闡釋性地包含:一第二調變器16",其經組態以使用一LO信號進一步調變經調變之組合載波信號;及一FM-PM鑑頻器17",其耦合至第二調變器且經組態以基於LO信號將經調變之組合載波信號轉換至一強度調變組合載波信號。接收器裝置12"闡釋性地包含:一第二WDM 31",其耦合至FM-PM鑑頻器17"且經組態以產生第一強度調變載波信號及第二強度調變載波信號;及一光學至電氣轉換器18",其耦合至第二WDM且經組態以基於第一強度調變載波信號及第二強度調變載波信號而產生一IF信號。在其他實施例中,第二WDM 31"亦可替代性地包括另一光學耦合器類型,諸如一光纖布拉 格光柵(FBG)。
FM-PM鑑頻器17"可具有一轉移函數,再次定義一IIR濾波器。第一光源13a"及第二光源13b"經組態以將第一光學載波信號及第二光學載波信號之第一載波頻率及第二載波頻率定位在FM-PM鑑頻器17"之轉移函數之第一部分及第二部分(即,轉移函數之具有相反斜率之部分)上,藉此模擬兩個FM-PM鑑頻器(圖3)之效果。在此實施例中,由於第二WDM 31"分離不同波長之調變信號,故再次應用平衡光偵測。
另一態樣係關於一種對一RF輸入信號進行頻率轉換之方法。該方法包含:產生在各自不同第一光學波長及第二光學波長之第一光學載波信號及第二光學載波信號;使用一第一WDM 30"多工化第一光學載波信號及第二光學載波信號;及使用RF輸入信號調變包括第一光學載波信號及第二光學載波信號之一組合載波信號。該方法進一步包含:使用一LO信號進一步調變經調變之組合載波信號;基於LO信號且使用一FM-PM鑑頻器17"將經調變之組合載波信號轉換至一強度調變組合載波信號;使用耦合至FM-PM鑑頻器之一第二WDM 31"產生第一強度調變載波信號及第二強度調變載波信號;及將第一強度調變載波信號及第二強度調變載波信號光學至電器轉換為一IF信號。
有利地,圖4至圖5之實施例可使功率消耗減小大約45%。再者,藉由利用第一光源13a"及第二光源13b"之控制(與鑑頻器相比,光源之控制係更成熟、廉價及容易組態之技術)可減小FM-PM鑑頻器17"之複雜性及控制。
10‧‧‧通信裝置
11‧‧‧傳輸器裝置
12‧‧‧接收器裝置
13‧‧‧光源
14‧‧‧第一調變器
15‧‧‧光學波導
16‧‧‧第二調變器
17‧‧‧調頻調相(FM-PM)鑑頻器
18‧‧‧光學至電氣轉換器
IF OUT‧‧‧中間頻率信號輸出
RF IN‧‧‧射頻信號輸入

Claims (10)

  1. 一種通信裝置,其包括:一傳輸器裝置,其包括:一光源,其經組態以產生一光學載波信號;及一第一調變器,其耦合至該光源且經組態以使用一射頻(RF)輸入信號調變該光學載波信號;一光學波導,其耦合至該傳輸器裝置;及一接收器裝置,其耦合至該光學波導且包括:一第二調變器,其經組態以使用一本機振盪器(LO)信號進一步調變該經調變之光學載波信號,一調頻調相(FM-PM)鑑頻器,其耦合至該第二調變器且經組態以基於該LO信號將該經調變之光學載波信號轉換至一強度調變光學載波信號;及一光學至電氣轉換器,其耦合至該FM-PM鑑頻器且經組態以基於該強度調變光學載波信號而產生一中間頻率(IF)信號。
  2. 如請求項1之通信裝置,其中該FM-PM鑑頻器包括一熱補償FM-PM鑑頻器。
  3. 如請求項1之通信裝置,其中該FM-PM鑑頻器具有包括一無限脈衝響應(IIR)濾波器之一轉移函數。
  4. 如請求項1之通信裝置,其中該接收器裝置包括耦合於該光學波導與該第二調變器之間之一偏光穩定化模組。
  5. 如請求項1之通信裝置,其中該FM-PM鑑頻器包括一對FM-PM鑑頻器。
  6. 如請求項5之通信裝置,其中該光學至電氣轉換器包括:第一波導路徑及第二波導路徑,其等分別耦合至該對FM-PM 鑑頻器;第一光學偵測器及第二光學偵測器,其等耦合至該第一波導路徑及該第二波導路徑;及一組合器,其耦合至該第一光學偵測器及該第二光學偵測器。
  7. 如請求項1之通信裝置,其中該第一調變器及該第二調變器之各者包括一光電(EO)相位調變器。
  8. 一種對一射頻(RF)輸入信號進行頻率轉換之方法,該方法包括:使用一第一調變器運用該RF輸入信號調變一光學載波信號;使用一第二調變器運用一本機振盪器(LO)信號進一步調變該經調變之光學載波信號;基於該LO信號且使用耦合至該第二調變器之一調頻調相(FM-PM)鑑頻器而將該經調變之光學載波信號轉換為一強度調變光學載波信號;及將該強度調變光學載波信號轉換為一中間頻率(IF)電信號。
  9. 如請求項8之方法,其中使用該FM-PM鑑頻器包括使用一熱補償FM-PM鑑頻器。
  10. 如請求項8之方法,其進一步包括操作該FM-PM鑑頻器以具有包括一無限脈衝響應(IIR)濾波器之一轉移函數。
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