無調製器的光毫米波產生方法及全雙工光纖無線通信系統的製作方法
2023-06-12 20:48:36 3
專利名稱：無調製器的光毫米波產生方法及全雙工光纖無線通信系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於光纖-無線(Radio-over-Fiber，縮寫為ROF)通信系統技術領域。
背景技術：
未來的無線接入系統無疑將會延伸到毫米波段，由於毫米波信號在空氣中傳輸距離短，且毫米波電子器件較為昂貴，目前的無線接入方式不能適應毫米波通信的要求。光纖-無線系統(Radio-Over-Fiber System，簡稱為ROF系統)將會成為解決寬帶無線接入最有前景的技術。ROF系統是在中心站中將毫米波和數據信號同時上傳到光載波上，並傳輸至基站，在基站中只需進行光電轉換和放大，因而基站的結構可變得簡單。因而ROF系統可以以最低的價格滿足毫米波通信的要求。
光毫米波的產生是降低造價和提高ROF系統性能的關鍵技術之一。至今為止，已提出的光毫米波的產生的方法有三種直接強度調製，外部強度調製和遠程外差。A.Wiberg，「Chromatic dispersion in fiber-optic microwaveand millimeter transmission」，IEEE Photonics TechnologyLetters，Vol.18，No.1，pp.1716-1724，2005，J.Yu，「Opticalmillimeter-wave generation or up-conversion using external modulation」，IEEE Photonics Technology Letters，Vol.18，No.1，pp.265-267，2006。單目前所採用的這些技術在中心站都必須採用一個光源和至少一個寬帶電光調製器。光源產生連續波用作光載波或者直接調製數據信號，寬帶電光調製器在正弦波射頻信號的驅動下產生光毫米波。目前這些方法勢必增加了中心站的造價，因此如何用最簡單、廉價的方法產生光毫米波是目前ROF系統中所必須解決的關鍵性的技術。
為了解決上述問題，我們的方案只採用一個直接調製雷射器可以實現光毫米波的產生，同時實現數據信號的上傳。這樣中心站無需使用寬帶電光調製器，降低了光毫米波產生的成本，同時也降低了中心站的成本；本發明還提供了一種全雙工光纖無線通信系統，利用了雷射器產生的中心載波作為上行鏈路的光載波，在基站中無需使用光源，本發明提出了五種簡單基站結構和與之相應的二種用戶移動終端接收機的簡化方案。
發明內容本發明針對上述情況，本發明的目的是解決光毫米波產生所存在的問題，僅使用一個雷射器產生光毫米波同時上傳數據信號，使得中心站結構簡單，降低系統的造價。本發明提供了五種簡單的基站結構，在簡化了中心站的同時，也簡化了全雙工光纖無線通信系統的基站。與之相對應，本發明還提供了二種用戶移動終端接收機的簡化方案。
為了達到上述目的，本發明所採用的光毫米波產生的方案如下在中心站中將隨機序列的基帶數據信號和射頻正弦波信號混頻後驅動直接調製雷射器，即可實現將毫米波信號和數據信號同時上傳至光載波上。直接調製雷射器產生雙邊帶毫米波信號，雙邊帶信號發送至光纖鏈路並傳送至基站，在基站中將雙邊帶信號分解為一階邊帶信號和中心載波，其中一階邊帶信號即可形成光毫米波，而中心載波可作為上行鏈路的光載波。
所述的光毫米波產生方法，其特徵在於包括以下步驟使用的雷射器為直接調製的雷射器；將數據信號和射頻正弦波信號混頻後直接調製到光載波上；直接調製雷射器輸出雙邊帶調製信號；雙邊帶信號的頻譜包括中心載波和一階邊帶；雙邊帶調製信號發送至光纖鏈路並傳送至基站；在基站中濾波的方法將一階邊帶和中心載波分開，其中一階邊帶形成光毫米波；為了實現上述目的，本發明還提供了一種利用直接調製雷射器產生光毫米波的結構簡單的中心站。如圖1所示。
所述的利用直接調製器產生光毫米波的中心站包括一個射頻正弦波信號源，用於產生射頻正弦波信號；一個電混頻器，用於將射頻信號和基帶數據信號進行混頻；一個直接調製雷射器，用於將混頻後的基帶信號和射頻信號調製到一定波長的光載波上；所述的中心站其特徵在於包括以下工作過程電基帶數據信號和射頻正弦波信號通過混頻器進行混頻，混頻後的信號驅動直接調製雷射器對雷射器產生的光載波進行調製，直接調製雷射器輸出雙邊帶信號，雙邊帶信號包括中心載波和一階邊帶信號。雙邊帶信號發送至光纖鏈路中，並傳送至基站。
為了進一步實現上述目的，本發明還提供了與所述的中心站相適應的結構簡單的基站。
本發明所述的結構簡單的基站，其工作過程如下將中心站產生的雙邊帶信號分開成為二路，一路是一階邊帶信號，產生光毫米波，這是下行鏈路；另一路是中心載波，用作上行鏈路的光載波。在下行鏈路中，一階邊帶信號進入光電檢測器，產生電毫米波，電毫米波經過高頻電放大器進行放大後，通過天線發射出去，變成無線電信號。在上行鏈路中，從天線中接收來自於用戶移動終端的無線信號，並將接收到的信號調製到光載波上，或者將無線信號所帶的數據信號進行下傳，再將數據信號調製到光載波上，並發送至中心站進行處理。
本發明所述的基站，按照上行鏈路的構造不同，本發明還提供了五種簡單的方案方案一當接收到無線電信號後可以將信號分成二路，分別進入電混頻器，通過混頻後下傳的數據信號再驅動電光調製器，將數據信號調製到光載波上，電光調製器輸出的光信號發送至中心站。所述的光載波來是從中心站發送過來的中心光載波。
方案二在混頻器中將天線收到的無線電信號與無線載波同頻率的本振信號進行混頻，下傳的數據信號後再通過電光調製器調製到中心光載波上並發送至中心站。
方案三將接收到的無線電信號採用方案一所述的自混頻方法將數據信號下傳，再將數據信號輸入至半導體光放大器的電輸入端，基站所接收到的中心光載波作為半導體放大器的輸入光。通過半導體光放大器將上行鏈路的數據信號調製到光載波上變成光信號並同時得到放大，輸出的光信號送至中心站。
方案四將接收到的無線電信號採用方案一所述的自混頻方法將數據信號下傳，再將數據信號輸入至F-P雷射器的電輸入端，雷射器的光輸入端輸入光中心載波，這樣通過F-P雷射器將上行鏈路的數據信號調製到光載波上，F-P雷射器輸出的光信號發送至中心站。
方案五將接收到的無線電信號通過外部電光調製器調製到中心光載波上，並發送至基站。
為了進一步實現上述目的，按照接收機的不同，本發明還提供了二種結構簡單的用戶移動終端方案。
方案一用戶移動終端包括上行鏈路和下行鏈路，下行鏈路中，用戶移動終端天線接收來自於基站發過來的無線電信號，分成二路，一路輸入電混頻器的其中一個輸入端，另一路輸入至另一輸入端，二路信號混頻後解調出數據信號，在上行鏈路中，將用戶的數據信號與射頻信號源產生的載波信號進行混頻，再通過用戶移動終端天線發射出去。
方案二方案二的用戶移動終端的上行鏈路與方案一是相同的，下行鏈路中無線電信號與一個本振無線電信號進行混頻解調出數據信號。
本發明所述的移動終端的下行鏈路與天線構成了用戶移動終端接收機。
本發明所述的用戶移動終端接收機方案一與所述的基站方案一、三、四、五配合使用，以及與本發明所述的中心站構成了的全雙工光纖無線通信系統。
本發明所述的用戶移動終端接收機方案二與所述的基站方案二配合使用，並與所述的中心站構成了全雙工光纖無線通信系統。
本發明利用雷射直接調製原理，節約光子器件，並採用了簡單的基站結構和相應的用戶移動終端，使得整個ROF系統的結構簡單、易於實現。
圖1為本發明的中心站的示意圖。
圖2為本發明基站實現方案一；圖3為本發明基站實現方案二；圖4為本發明基站實現方案三；圖5為本發明基站實現方案四；圖6為本發明基站實現方案五；圖7為本發明的用戶移動終端方案一；圖8為本發明的用戶移動終端方案二；圖9為第一種基站實現方案與第一種用戶移動終端方案圖10為第二種基站實現方案與第二種用戶移動終端方案圖中1-基帶數據信號2-射頻正弦波信號源22-基站中的射頻正弦波信號源222-用戶移動終端的上行鏈路正弦波信號源2222-用戶移動終端的下行鏈路正弦波信號源3-中心站中的電混頻器33-基站中的電混頻器333-用戶移動終端的上行鏈路電混頻器3333-用戶移動終端的下行鏈路電混頻器4-直接調製雷射器5-中心站6-下行光纖鏈路7-光濾波器(光交叉復用器、光可調諧濾波、光纖光柵)
8-基站9-下行鏈路光電檢測器99-上行鏈路光檢測器10-高頻電放大器11-雙工機12-基站天線13-電光調製器14-上行光纖鏈路15-光環形器16-半導體光放大器17-法布裡-伯羅腔雷射器(F-P雷射器)18-用戶移動終端天線19-用戶移動終端雙工機具體實施方式
下面結合具體實驗例子和附圖，對本發明作具體說明。
由圖1所示，中心站的各部件分別說明如下基帶數據信號1，是指下行鏈路的數據信號；射頻率正弦波信號源2，產生射頻正弦波信號；混頻率器3，用於將數據信號與射頻正弦波信號進行混頻率；直接調製雷射器4，用於產生指定波長的單縱模光載波並將混頻輸出的信號調製到光載波上，可以為DFB-LD；本實施例中，射頻信號為1-40GHZ，也可以為更高的頻率；中心站中的光電檢測器99，主要用於將上行鏈路發送過來的光信號進行光電轉換。
圖2為本發明所述的基站的第一種實現方案，包括光濾波器7，主要功能是將中心站通過光纖傳送過來的雙邊帶光信號分離，分離後的信號分為二路，一路為一階邊帶信號，另一路為中心載波。本實施例中光濾波器7可以為光纖光柵，可調諧濾波器，或光交錯復用器等；光檢測器9，其主要作用是將一階邊帶信號進行光電轉換，產生電毫米波信號，其頻率為射頻信號源2所產生的射頻信號的二倍；高頻率電放大器10，其主要作用是對電毫米波進行放大；雙工機11，其主要作用是信號的收發，即將下行鏈路的電毫米波傳送至天線，同時也接收來自於天線的無線電信號，並傳送至上行鏈路的相應元器件；天線12，主要用於將下行鏈路的電毫米波信號發射至空氣中，同時也接收來自於用戶端的無線電信號並通過雙工機11傳送至上行鏈路相應的元器件中；混頻器33，其主要作用是將來自於同一路的無線電信號進行混頻，通過自混頻後即可下傳數據信號；電光調製器13，是上行鏈路的元器件，其主要作用是將上行鏈路的數據信號調製到中心光載波上。電光調製器13的光輸入端與濾波器7相連結，輸入的是中心光載波，其電輸入端為來自於混頻器33的數據信號。電光調製器13的輸出光信號發送至上行鏈路光纖中並傳送至中心站的檢測器99。
圖3為本發明所述的基站的第二種實現方案下行鏈路中所有元器件與所述的基站的第一種實現方案所描述的相應元器件相同；天線12，雙工機11的功能與第一種實現方案所描述的相同；上行鏈路中電光調製器13的連接與工作方式與所述的基站的第一種實現方案相同；射頻率正弦波信號源22，主要用於產生射頻正弦波信號；電混頻器33，其輸入信號一路來自於天線所接收到的無線電信號，另一路信號由射頻正弦波信號源22所產生，射頻正弦波信號源22所產生的射頻正弦波信號的頻率等於中心站中射頻正弦波信號源2所產生的信號頻率的二倍；電光調製器13，其作用與基站的第一種實現方案所描述的一致。
圖4為本發明所述的基站的第三種實現方案下行鏈路中所有元器件與所述的基站的第一種實現方案所描述的相應元器件相同；天線12，雙工機11的功能與基站的第一種實現方案所描述的相同；混頻器33的工作方式及連接信號的方式與基站的第一種實現方案所描述的相同；半導體光放大器16，主要用於將混頻器33輸出的數據信號調製到中心光載波上並同時進行放大。其電輸入端與電混頻器33的輸出端相連，其光連接端與光環形器的第2埠相連；光環形器15，其第1埠與光濾波器7相連，從濾波器7分離出來的中心光載波輸入至光環形器第1埠，通過第2埠進入半導體光放大器16受到上行鏈路數據信號的調製，經調製和放大的光信號從半導體光放大器16輸出再次進入光環形器第2埠，通過光環形器的第3埠輸出，發送至上行鏈路的光纖14中。
圖5為本發明所述的基站的第四種實現方案濾波器7，光電檢測器9，高頻電放大器10，雙工機11，天線12，光環形器15等器件的功能與連接方式與本發明所述的基站的第三種實現方案所描述的相同；F-P雷射器17，其主要作用是將上行鏈路的數據調製到中心光載波上。F-P雷射器17的電輸入端與電混頻器33的輸出端相連，電輸入端輸入數據信號，其光埠與光環形器15相連。
第四種方案的基站，其上行鏈路的工作過程如下基站中的天線12接收來自於用戶移動終端的無線信號並通過基站中的雙工機11分二路轉發至電混頻器33的二個電輸入端，下傳數據信號從電混頻器輸出。數據信號傳送至F-P雷射器17的電輸入端，並作為其驅動信號；光環形器15的第1埠接收來自於光濾波器7的光中心載波並通過埠2輸入至F-P雷射器的光埠，在雷射器中將數據信號調製到光中心載波上，並從光埠輸出，輸出的光信號進入光環形器的第2埠，並傳送至第3埠，由第3埠發送至上行鏈路光纖14中。
圖6為本發明所述的基站的第五種實現方案其下行鏈路的元器件濾波器7，光電檢測器9，高頻電放大器10，雙工機11，天線12等器件的功能與連接方式與本發明所述的基站的第一種實現方案所描述的相同；電光調製器13，其電輸入端輸入的信號為來自於雙工機11的天線接收的無線電信號，光輸入端的輸入信號是濾波器輸出的光中心載波。因此，電光調製器13的作用是直接將無線電信號調製到中心光載波上，並輸出至上行鏈路的光纖14中。
本發明所述的用戶移動終端，按照其接收機的不同，本發明提供了二種實現方案圖7為本發明所述第一種用戶移動終端方案用戶接收天線18，主要用於接收無線電信號和發送無線電信號，用戶移動終端雙工機19用於轉發天線所接收和發送的無線信號；用戶移動終端下行鏈路混頻器3333，二個輸入端所輸入的信號來自於天線所接收到的同一信號，並進行混頻，輸出所需要的數據信號；用戶移動終端中的正弦波信號源222，其主要作用是產生上行鏈路的射頻正弦波載波信號；混頻器333，其主要作用是將用戶的數據信號與上行鏈路的射頻正弦波載波信號進行混頻，調製產生用戶上行鏈路的無線電信號；正弦波信號源222，混頻器333，雙工機19，以及天線18構成了用戶移動終端的上行鏈路，或稱為用戶移動終端發射機；雙工機19，混頻率器333以及天線18構成了用戶移動終端的下行鏈路，或稱為用戶移動終端接收機；
圖8為本發明所述第二種用戶移動終端方案用戶天線18，用戶端雙工機19，上行鏈路混頻器333以及上行鏈路射信號源222的連接方式和工作過程與本發明所述的用戶移動終端的第一種方案相同；用戶下行鏈路混頻器3333，其主要作用是將接收到無線電信號與下行鏈路射頻信號源2222產生的射頻信號混頻，得到用戶需要的數據信號。
本發明所述的全雙工光纖無線通信系統，由本發明所述的中心站，基站及用戶移動終端所構成。所述的基站與用戶移動終端的組合方式為基站的第一、三、四、五種實現方案必須與第一種用戶移動終端方案相配合使用。本實施例中如圖9，為第一種基站實現方案與第一種用戶移動終端方案所構成的全雙工光纖無線通信系統。
基站的第二種實現方案與第二種用戶移動終端接收機實現方案所述的用戶移動終端相配合使用。本實施例中如圖10，為第二種基站實現方案與第二種移動終端接收機所構成的全雙工光纖無線通信系統。
本發明中的所述的方法及裝置適合於頻率為1～40GHZ以及其它頻率的WDM光纖傳輸無線信號系統。
本發明採用直接調製雷射器產生光毫米波，不必使用光調製器，使得中心站結構簡單、高穩定性和造價便宜，同時構造了幾種結構簡單的基站和用戶移動終端，簡化了全雙工光纖無線通信系統的結構。
總之，本發明的優點是能用較低的成本產生高性能光毫米波，實現簡單的基站，簡單的用戶移動終端機，儘量減少了所使用的元器件的數量，性能穩定，容易實現。
權利要求
1.一種光毫米波的產生方法，用於為ROF系統的下行鏈路產生可以攜帶數據信號的光毫米波，其特徵在於所述的方法包括以下步驟使用的雷射器為直接調製的雷射器；將數據信號和射頻正弦波信號混頻後直接調製到光載波上；直接調製雷射器輸出雙邊帶調製信號；雙邊帶信號的頻譜包括中心載波和一階邊帶；雙邊帶調製信號發送至光纖鏈路並傳送至基站；在基站中採用濾波的方法將一階邊帶和中心載波分開，其中一階邊帶形成光毫米波；
2.根據權利1所述的濾波方法，可以採用光可調諧濾波器、光交錯復用器以及光纖光柵等器件來實現。
3.一種全雙工光纖無線通信系統，該系統包括中心站，包括一個射頻正弦波信號源，一個電混頻器，一個直接調製雷射器，其工作過程如下電混頻器將射頻正弦波信號與數據信號進行混頻，輸出的混頻信號驅動直接調製雷射器，對光載波進行調製，產生雙邊帶信號。基站，其主要作用是將中心站產生的雙邊帶信號中的一階邊帶信號和光中心載波進行有效的分離，分離得到的一階邊帶信號進入光電檢測器轉換成電毫米波信號，並通過天線發射至大氣中；同時將天線接收到的無線電信號調製到濾波器分離出來的光中心載波上，並發送至中心站的光檢測器中。用戶移動終端，主要包括移動終端接收機和發射機，接收機的主要作用是接收基站發送過來的無線電毫米波信號，發射機的主作用是將用戶數據信號與射頻載波信號混頻並發射至大氣中。
4.根據權利2所述的全雙工光纖無線通信的中心站，其特徵在於採用了權利1所述的光毫米波產生方法。
5.根據權利2所述的全雙工光纖無線通信的基站，本發明提供了5種上行鏈路的實現方案，方案1是將從天線接收到的無線電信號分成二路進行混頻，下傳數據信號後送入外部光調製器，將上行鏈路的數據信號調製到中心光載波上。方案2是將從天線接收到的無線電信號與本振射頻波信號進行混頻，下傳數據信號後送入外部調製器將上行鏈路的數據信號調製到中心光載波上。方案3是將從天線接收到的無線電信號分成二路進行混頻，下傳數據信號後送入半導體光放大器後將數據信號調製到光中心載波上並同時進行放大。方案4是從天線接收到的無線電信號分成二路進行混頻，下傳數據信號後送入F-P雷射器後將數據信號調製到光中心載波上並同時進行放大，方案5是將從天線接收到的無線電信號直接調製到光中心載波上並發送至中心站。
6.根據權利2所述的全雙工無線通信系統的移動終端，其接收機有二種方案，方案1是將接收到的信號分成二路進行混頻，下傳數據信號。方案2是將接收到的無線信號與本振射頻信號進行混頻，下傳數據信號。
7.根據權利4所述的五種基站的方案，所述的方案一、三、四、五與權利5所述移動終端接收機的方案1相配合使用。所述的基站方案2與權利5所述的移動終端接收機的方案2相配合使用。
全文摘要
本發明公開了一種屬於光纖無線(Radio－on－Fiber，縮寫為ROF)通信系統技術領域、不採用光調製器產生光毫米波的方法及其全雙工光纖無線通信系統。將基帶數據信號與射頻正弦波信號混頻後驅動直接調製雷射器，產生雙邊帶信號，並通過光纖傳送至基站，在基站中採用濾波的方法分離一階邊帶信號和中心載波。一階邊帶形成重複頻率為射頻信號兩倍的光毫米波。本發明所述的全雙工光纖無線通信系統，提供了5種上行鏈路的實現方案以及二種接收機方案。所述的光毫米波產生方法及由此構成的全雙工光纖無線通信系統減少了使用的光器件的數量，可獲得經濟效果。
文檔編號H04B10/12GK101043274SQ200710034398
公開日2007年9月26日 申請日期2007年2月7日 優先權日2007年2月7日
發明者餘建軍, 陳林 申請人:湖南大學