TW201617714A - 具有光學注入鎖定源之通信裝置及相關方法 - Google Patents

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Abstract

一種通信裝置可包含：一遠端裝置，所述遠端裝置具有一第一E/O調變器，其用以用具有一第一頻率的一輸入信號調變一光學載波信號；一光波導，其耦接至所述遠端裝置；以及一本端裝置，其耦接至所述光波導。所述本端裝置可包含：一光源，其用以產生所述光學載波信號；一第二E/O調變器，其用以用一參考信號調變所述光學載波信號以產生一經調變參考信號；一OIL源，其耦接至所述第二E/O調變器且用以放大所述經調變參考信號；以及一O/E轉換器，其耦接至所述OIL源且用以基於所述參考信號產生一輸出信號，所述輸出信號包含所述輸入信號在一第二頻率下的一複本。

Description

具有光學注入鎖定源之通信裝置及相關方法 政府權利
本發明依據政府合同第FA8650-10-C-7003號在美國政府支援下進行。美國政府具有本發明中的某些權利。
本發明是關於通信領域，且更明確而言是關於射頻(RF)通信及相關方法。
典型無線通信系統包括彼此交換資料的多個無線通信裝置。在一些無線通信系統中，例如在基礎設施網路中，系統可更包括用於管理無線通信裝置之間的通信的無線基地台。換言之，每一系統內通信將經由無線基地台交換。在其他無線通信系統中，例如，在網狀網路及特用無線網路中，無線基地台可被省略，亦即，無線通信裝置可直接彼此通信。
在此頻帶下操作的典型極高頻率(EHF)(亦即，30至300GHz)通信系統可具有一些缺陷。舉例而言，信號經由同軸纜線之傳輸可招致大的衰減效應。此外，在使用RF裝置的應用中，組件的大小、重量及電力(SWaP)可增加至 非所要位準。此外，諸如降頻轉換及信號定址的下游接收器處理可為困難的。
解決EHF通信系統中的此等缺陷之一種方法可包括將光學組件用於處理組件。此等系統之優點為能夠在不使RF應用中既有的信號降級情況下自遠端位置傳輸EHF信號。
舉例而言，如頒予Logan,Jr.的美國專利第5,710,651號中所揭露，EHF通信系統包括遠端天線台、傳輸器/接收器台以及將所述台耦接在一起的光纖。此等台包括用於將所傳輸光學信號轉換成電信號的光電二極體，及與用於將所接收EHF信號轉換成光學信號的光學調變器配對的雷射。
儘管如此，諸如此應用的光學應用可經受某些缺陷。舉例而言，系統可經受色度分散誘發的信號衰減。詳言之，光學外差式方法可受雷射源的相位雜訊限制。
內容以全文引用的方式併入本文中的亦讓渡給本申請案的受讓人的頒予Middleton等人的美國專利申請公開案第2013/0236187號在圖1中揭露一種通信裝置120，其包括傳輸器裝置121，所述傳輸器裝置包括：光源122，其產生光學載波信號；第一電光(electro-optic；E/O)調變器123，其耦接至光源且用具有第一頻率的輸入信號調變光學載波信號；以及第二E/O調變器124，其耦接至光源且用參考信號調變光學載波信號。通信裝置120包含接收器裝置125，及耦接於傳輸器121與接收器裝置之間的光波導129。
傳輸器裝置121包含：第一帶通濾波器133，其 耦接於第一E/O調變器123下游，且使載波頻率旁頻帶通過(亦即，選擇事項並否則拒絕事項)；及第二帶通濾波器134，其耦接於第二E/O調變器124下游，且使參考信號頻率旁頻帶通過。第一帶通濾波器133及第二帶通濾波器134各自包括纖維布拉格光柵149、151以及關聯循環器148、152。
接收器裝置125包括光電(optic-electro；O/E)轉換器126，其包含耦接至光波導129的第一光學偵測器146a及第二光學偵測器146b；及組合器147，其耦接於第一光學偵測器與第二光學偵測器之間。傳輸器裝置包括放大器127，其耦接於光源122與第一及第二E/O調變器123至124之間。
另外，傳輸器裝置121更包括耦接於光源122與第一及第二E/O調變器123至124之間的光學分離器128，及耦接於所述E/O調變器之RF輸入區塊132，諸如天線。傳輸器裝置121亦包含用於產生參考信號的本地振盪器(LO)131，及耦接於第一及第二帶通濾波器133至134與O/E轉換器126之間的定向耦接器135。LO 131經調整以控制輸出信號的頻率轉換。
鑒於前述背景內容，因此本發明的一目標為提供一種高效且穩健的通信裝置。
根據本發明的此及其他目標、特徵及優點由一種通信裝置提供，所述通信裝置可包括一遠端裝置，所述遠端裝置包括一第一E/O調變器，其經配置以用具有一第一頻率的一輸入信號調變一光學載波信號。所述通信裝置亦可包含耦接至所述遠端裝置的一光波導，以及耦接至所述光波導的 一本端裝置。所述本端裝置可包含一光源，其用以產生所述光學載波信號；一第二E/O調變器，其經配置以用一參考信號調變所述光學載波信號以產生一經調變參考信號；一光學注入鎖定(OIL)源，其耦接至所述第二E/O調變器且經配置以放大所述經調變參考信號，以及一O/E轉換器，其耦接至所述OIL源且經配置以基於所述參考信號產生一輸出信號，所述輸出信號包括所述輸入信號在一第二頻率下的一複本。有利的是，OIL源可放大經調變參考信號的任何諧波用於較大操作靈活性。
詳言之，所述第二E/O調變器可經配置以產生所述經調變參考信號以包括多個諧波，且所述OIL源可經配置以放大來自所述多個諧波的一所選擇諧波。所述本端裝置可包含：一第一帶通濾波器，其耦接於所述第一E/O調變器下游，且經配置以使一載波頻率旁頻帶通過；以及一第二帶通濾波器，其耦接於所述第二E/O調變器下游，且經配置以使一參考信號頻率旁頻帶通過。
在一個實施例中，所述第一帶通濾波器可包含分別耦接至所述第二E/O調變器與所述O/E轉換器的第一輸出及第二輸出。在另一實施例中，所述通信裝置可更包括一光學分離器，其耦接於所述光源與所述第一E/O調變器及所述第二E/O調變器之間。
舉例而言，所述第一頻率可低於所述第二頻率，或所述第一頻率可大於所述第二頻率。所述O/E轉換器可包括耦接至所述OIL源的第一及第二光學偵測器，及耦接至所述第一及第二光學偵測器的組合器。
另外，所述通信裝置可更包括耦接於所述光源與所述第一及第二E/O調變器之間的放大器。所述本端裝置可包括經配置以產生所述參考信號的一本地振盪器。所述遠端裝置可更包括耦接至所述第一E/O調變器的一天線。
另一態樣是針對一種通信方法，其可包括：用光源產生光學載波信號；在遠端裝置中用具有第一頻率的輸入信號對光學載波信號進行E/O調變；及在本端裝置中用參考信號對光學載波信號進行E/O調變以產生經調變參考信號，所述本端裝置經由光波導耦接至遠端裝置。所述通信方法可包含用OIL源放大經調變的參考信號，及在本端裝置處基於參考信號產生電輸出信號，其包括輸入信號在第二頻率下的複本。
20‧‧‧通信裝置
20'‧‧‧通信裝置
20"‧‧‧通信裝置
21‧‧‧遠端裝置
21'‧‧‧遠端裝置
22‧‧‧輸入信號
23‧‧‧第一電光(E/O)調變器
23'‧‧‧第一電光(E/O)調變器
23"‧‧‧第一電光(E/O)調變器
24‧‧‧光源
24'‧‧‧光源
24"‧‧‧光源
25‧‧‧本端裝置
25'‧‧‧本端裝置
26‧‧‧光電(O/E)轉換器
26'‧‧‧光電(O/E)轉換器
26"‧‧‧光電(O/E)轉換器
27‧‧‧第二電光(E/O)調變器
27'‧‧‧第二電光(E/O)調變器
27"‧‧‧第二電光(E/O)調變器
28‧‧‧光學注入鎖定(OIL)源
28'‧‧‧光學注入鎖定(OIL)光源
28"‧‧‧光學注入鎖定(OIL)光源
31a‧‧‧光波導
31b‧‧‧光波導
31b'‧‧‧光波導
32'‧‧‧放大器
33'‧‧‧光學分離器
34'‧‧‧第一帶通濾波器
34"‧‧‧第一帶通濾波器
35'‧‧‧第二帶通濾波器
35"‧‧‧第二帶通濾波器
36'‧‧‧光學循環器
37'‧‧‧2×2光學耦合器
38a'‧‧‧第一光學偵測器
38b'‧‧‧第二光學偵測器
39'‧‧‧組合器
41'‧‧‧本地振盪器
51a'‧‧‧第一旁頻帶
51b'‧‧‧第二旁頻帶
51a"‧‧‧第一旁頻帶
51b"‧‧‧第二旁頻帶
52a'‧‧‧第一旁頻帶
52b'‧‧‧第二旁頻帶/第一參考信號頻率旁頻帶
52a"‧‧‧第一旁頻帶
52b"‧‧‧第二旁頻帶
52c'‧‧‧經放大的經調變參考信號
52c"‧‧‧經放大的經調變參考信號
71'‧‧‧圖
72'‧‧‧圖
73'‧‧‧圖
74'‧‧‧圖
75'‧‧‧圖
76'‧‧‧圖
77'‧‧‧圖
78'‧‧‧圖
79'‧‧‧圖
81"‧‧‧圖
82"‧‧‧圖
83"‧‧‧圖
84"‧‧‧圖
85"‧‧‧圖
86"‧‧‧圖
87"‧‧‧圖
88"‧‧‧圖
89"‧‧‧圖
90"‧‧‧圖
120‧‧‧通信裝置
121‧‧‧傳輸器裝置
122‧‧‧光源
123‧‧‧第一電光(E/O)調變器
124‧‧‧第二電光(E/O)調變器
125‧‧‧接收器裝置
126‧‧‧光電(O/E)轉換器
127‧‧‧放大器
128‧‧‧光學分離器
129‧‧‧光波導
131‧‧‧本地振盪器(LO)
132‧‧‧RF輸入區塊
133‧‧‧第一帶通濾波器
134‧‧‧第二帶通濾波器
135‧‧‧定向耦接器
146a‧‧‧第一光學偵測器
146b‧‧‧第二光學偵測器
147‧‧‧組合器
148‧‧‧關聯循環器
149‧‧‧纖維布拉格光柵
151‧‧‧纖維布拉格光柵
152‧‧‧關聯循環器
圖1為根據先前技術的通信裝置的示意圖。
圖2為根據本發明的通信裝置的示意圖。
圖3為根據本發明的通信裝置的另一實施例的示意圖。
圖4為根據本發明的通信裝置的又一實施例的示意圖。
圖5A至圖9為說明圖3的通信裝置中用於頻率轉換的旁頻帶濾波的圖。
圖10至圖15為說明圖4的通信裝置中用於頻率轉換的旁頻帶濾波的圖。
現將在下文參考附圖更加充分地描述本發明，在所述附圖中展示了本發明的若干實施例。然而，可以許多不 同形式體現本發明，且不應將本發明視為限於本文中所闡述的實施例。確切而言，提供此等實施例以使得本發明將為透徹且完整的，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明之範疇。貫穿附圖相同數字指相同元件，且在替代實施例中加撇標號用以指示類似元件。
最初參看圖2，現描述根據本發明的通信裝置20。通信裝置20說明性地包含包括第一E/O調變器23的遠端裝置21，所述第一E/O調變器經配置以用具有第一頻率的輸入信號22調變光學載波信號。輸入信號22可產生自RF天線，所述RF天線與遠端裝置21共置且與第一E/O調變器23耦接(例如，長距離RF天線遙測應用)。
通信裝置20說明性地包含耦接至遠端裝置21的光波導31a至31b，及耦接至所述光波導的本端裝置25。當然，在遙測應用中，光波導31a至31b之長度可為許多公里。
本端裝置25說明性地包含經配置以產生光學載波信號的光源24，及第二E/O調變器27，所述第二E/O調變器經配置以用參考信號調變光學載波信號以產生經調變參考信號。在其他實施例中，光源24可在遠端裝置21內。舉例而言，第一E/O調變器23及第二E/O調變器27可包括光學相位調變器或強度調變器。在一些實施例(圖3至圖4)中，參考信號可包括本地振盪器信號，其包括振盪器的操作頻率下的主要頻譜分量。因此，第二E/O調變器27經配置以產生經調變參考信號以包括多個諧波。詳言之，經調變參考信號將包括操作頻率(亦即，基本頻率)的整數值處的多個諧波。
本端裝置25說明性地包含OIL源28，所述OIL 源耦接至第二E/O調變器27且經配置以放大經調變參考信號。有利的是，OIL源28可經配置以放大經調變參考信號中的來自多個諧波中的所選擇諧波(例如，由上游帶通濾波器通過)。
本端裝置25說明性地包含O/E轉換器26，所述O/E轉換器耦接至OIL源28且經配置以基於參考信號產生輸出信號，所述輸出信號包括輸入信號22在第二頻率下的複本。舉例而言，第一頻率可低於第二頻率，或第一頻率可大於第二頻率。換言之，通信裝置20可藉由選擇經調變參考信號的適當旁頻帶而作為增頻轉換器或降頻轉換器操作。
有利的是，OIL源28可為了更大操作靈活性放大經調變參考信號的任何所選擇諧波而非簡單地放大參考信號的操作頻率，諸如揭露於頒予Middleton等人的美國專利申請公開案第2013/0236187號中的通信裝置。另外，使用所選擇諧波可在不減小信號強度的情況下進行，此情形將實現使用低頻率參考信號源來實現毫米波轉換。
此外，將OIL源28用於參考信號產生減輕來自參考信號源之振幅波動的影響，從而提供更均勻的輸出信號。歸因於參考信號的光學放大，相較於揭露於頒予Middleton等人的美國專利申請公開案第2013/0236187號中的通信裝置，將OIL源28用於參考信號產生提供較大轉換增益。由於來自放大器的自發發射將招致的雜訊惡化，此放大並不攜載光學放大器(諸如經鉺摻雜纖維放大器)。放大之此益處使通信裝置20的信號分配能力增加，此是因為信號可經劃分(例如，針對非阻斷切換函數)，且來自信號劃分的損失可由參考 信號之放大略微得到補償。
另一態樣是針對一種通信方法，其可包括：用光源24產生光學載波信號；在遠端裝置21中用具有第一頻率的輸入信號22對光學載波信號進行E/O調變；以及在本端裝置25中用參考信號對光學載波信號進行E/O調變以產生經調變參考信號，所述本端裝置經由光波導耦接至遠端裝置。通信方法可包含用OIL源28放大經調變的參考信號，及在本端裝置25處基於參考信號產生電輸出信號，所述電輸出信號包括輸入信號在第二頻率下的複本。
現另外參看圖3及圖5A至圖9，現描述通信裝置20'的另一實施例。又，通信裝置20'的頻譜操作參看圖71'至79'來描述。在通信裝置20'的此實施例中，已在上文關於圖2論述的彼等元件被給予加撇標號，且本文中大多數元件不需要進一步論述。此實施例不同於先前實施例在於，光源24'包含於本端裝置25'內，且光學載波信號經由光波導31b'傳輸至遠端裝置21'。在其他實施例中，光源24'可包含於遠端裝置21'內，但此等實施例將要求在遠端裝置21'內的電源。
另外，通信裝置20'說明性地包含耦接至光源24'的放大器32'，及耦接於光源與第一E/O調變器23'及第二E/O調變器27'之間從而將經放大光學載波信號導引至第一及第二E/O調變器(圖71'、75')的光學分離器33'。本端裝置25'說明性地包含本地振盪器41'，其經配置以產生參考信號(亦即，本地振盪器信號)。一旦光學載波信號在第一E/O調變器23'處用輸入信號進行調變，經調變輸入信號就包含第一及第二旁頻帶51a'至51b'(圖72')。此外，一旦光學載波信號在 第二E/O調變器27'處由參考信號調變，經調變參考信號便包含第一及第二旁頻帶52a'至52b'(圖76')。如將瞭解，經調變參考信號的頻寬在本地振盪器41'的操作頻率下經集中。
本端裝置25'說明性地包含：第一帶通濾波器34'，其耦接於第一E/O調變器23'下游且經配置以使載波頻率旁頻帶51b'通過(圖73')；及第二帶通濾波器35'，其耦接於第二E/O調變器27'下游，且經配置以使參考信號頻率旁頻帶52b'通過(圖77')。
在此實施例中，OIL光源28'可為OIL雷射源。本端裝置25'說明性地包含光學循環器36'，其耦接至第二帶通濾波器35'併發送經濾波的經調變參考信號52b'至OIL源28'；及2×2光學耦合器37'，其耦合至光學循環器及第一帶通濾波器34'。OIL源28'放大經濾波的經調變參考信號(亦即，載波頻率或其所選擇諧波)以產生經放大的經調變參考信號52c'(圖78')。
此外，此實施例說明性地包含：O/E轉換器26'，其包含耦接至OIL源28'的第一及第二光學偵測器38a'至38b'；及組合器39'，其耦接至第一及第二光學偵測器。在此實施例中，第一及第二光學偵測器38a'至38b'經平衡處理。自第一帶通濾波器34'及OIL源28'的信號路徑的組合提供經降頻轉換的中間頻率信號(圖79')。如將瞭解，若第一旁頻帶51a'與第一參考信號頻率旁頻帶52b'組合，則組合將產生增頻轉換。
現另外參看圖4，現描述通信裝置20"的另一實施例。在通信裝置20"的此實施例中，已在上文關於圖2至 圖3描述的彼等元件被給予加兩撇標號，且本文中大多數元件不需要進一步論述。又，通信裝置20"的頻譜操作參看圖81"至90"來描述。
此實施例不同於先前實施例在於，此通信裝置20"省去光學載波信號自光源24"的分離。在替代例中，第一帶通濾波器34"說明性地包含分別耦接至第二E/O調變器27"及O/E轉換器26"的第一及第二輸出。
詳言之，光學載波信號在第一E/O調變器23"處用輸入信號進行調變，經調變輸入信號包含第一及第二旁頻帶51a"至51b"(圖81")。第一帶通濾波器34"說明性地使第一旁頻帶51a"及第二旁頻帶51b"分別通過而至第二E/O調變器27"及O/E轉換器26"(圖82"、86")。
此外，來自第一E/O調變器23"的經調變輸入信號在第二E/O調變器27"處用參考信號調變，經調變參考信號包含參考信號的第一及第二旁頻帶52a"至52b"及來自輸入信號的第一旁頻帶51a"(圖87")。第二帶通濾波器35"使參考信號的第二旁頻帶52b"通過，其在OIL源28"中經放大為52c"(圖89")。經放大的經調變參考信號52c"在O/E轉換器26"中與輸入信號的第二旁頻帶51b"組合(圖90")。
得益於前述描述及相關聯圖式中呈現的教示之熟習此項技術者將想到許多修改及本發明之其他實施例。因此，應理解，本發明不限於所揭露之特定實施例，且修改及實施例意欲包括在所附申請專利範圍之範疇內。
20‧‧‧通信裝置
21‧‧‧遠端裝置
22‧‧‧輸入信號
23‧‧‧第一電光(E/O)調變器
24‧‧‧光源
25‧‧‧本端裝置
26‧‧‧光電(O/E)轉換器
27‧‧‧第二電光(E/O)調變器
28‧‧‧光學注入鎖定(OIL)源
31a‧‧‧光波導
31b‧‧‧光波導

Claims (10)

  1. 一種通信裝置，其包括：一遠端裝置，其包括一第一電光(E/O)調變器，其經配置以用具有一第一頻率的一輸入信號調變一光學載波信號，以及一光波導，其耦接至所述遠端裝置；以及一本端裝置，其耦接至所述光波導且包括：一光源，其經配置以產生所述光學載波信號，一第二E/O調變器，其經配置以用一參考信號調變所述光學載波信號以產生一經調變參考信號，一光學注入鎖定(OIL)源，其耦接至所述第二E/O調變器且經配置以放大所述經調變參考信號，以及一O/E轉換器，其耦接至所述OIL源且經配置以基於所述參考信號產生一輸出信號，所述輸出信號包括所述輸入信號在一第二頻率下的一複本。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的通信裝置，其中所述第二E/O調變器經配置以產生所述經調變參考信號，藉以包括多個諧波；且其中所述OIL源經配置以放大來自所述多個諧波的一所選擇諧波。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的通信裝置，其中所述本端裝置包括：一第一帶通濾波器，其耦接於所述第一E/O調變器下游且經配置以使一載波頻率旁頻帶通過；以及一第二帶通濾波器，其耦接於所述第二E/O調變器下游且經配置以使一參考信號頻率旁頻帶通過。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的通信裝置，其中所述第一帶通濾波器包含分別耦接至所述第二E/O調變器及所述O/E轉換器的第一輸出及第二輸出。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的通信裝置，其更包括一光學分離器，所述光學分離器耦接於所述光源與所述第一E/O調變器及所述第二E/O調變器之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的通信裝置，其中所述第一頻率低於所述第二頻率。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的通信裝置，其中所述第一頻率大於所述第二頻率。
  8. 一種通信方法，其包括：用一光源產生一光學載波信號；在一遠端裝置中用具有一第一頻率的一輸入信號對所述光學載波信號進行電光(E/O)調變；在經由一光波導耦接至所述遠端裝置的一本端裝置中，用一參考信號對所述光學載波信號進行E/O調變以產生一經調變參考信號；用一光學注入鎖定(OIL)源放大所述經調變參考信號；以及在所述本端裝置處，基於所述參考信號產生一電輸出信號，所述電輸出信號包括所述輸入信號在一第二頻率下的一複本。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的通信方法，其中所述經調變參考信號包括多個諧波；且其中所述OIL源放大來自所述多個諧波的一所選擇諧波。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的通信方法，其更包括：使用一第一帶通濾波器以使一載波頻率旁頻帶通過；以及使用一第二帶通濾波器以使一參考信號頻率旁頻帶通過。
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