一種高頻譜利用率的偏振復用毫米波RoF系統的製作方法

2023-10-23 10:09:37

專利名稱：一種高頻譜利用率的偏振復用毫米波RoF系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及光載無線通信(radio-over-fiber，縮寫為RoF)技術領域，具體地講是一種高頻譜利用率的偏振復用毫米波RoF系統。
背景技術：
隨著通信業務的不斷發展，要求通信系統能提供高速率、高可靠和無處不在的多媒體業務，使通信系統走向無線化和寬帶化。光載無線通信(radio-over-fiber，縮寫為 RoF，又稱光纖無線通信)採用光纖作為中心基站(CS =Central Station)和基站(BS =Base Station)之間的傳輸介質，直接用光載波傳輸毫米波信號，結合光纖通信和無線通信技術， 充分利用兩者各自的特點實現更高的頻帶傳輸和更大的系統容量。由於RoF系統工作於毫米波段，產生毫米波的技術成為RoF系統的關鍵技術。傳統的RoF系統中，要產生兩個毫米波信號，需要使用多個雙電極馬赫曾德調製器，調製出四個頻率分量，分別經過光電探測器差頻來實現[Li Jing, TigangNing, et al. 60 GHz Radio over Fiber Technology for Wireless Access by emp 1οyiηgNarrοw-Ang1e PSK Modulation. Optics Communications. 2011. 284 :；3似8_3432]，或者是採用多個雷射器作為光源[Jing Li,Tigang Ning,et al. Mi 11 imeter-waveradio-over-fiber system based on two-step heterodyne technique. OPTICS LETTERS. 2009,34(20) :3136-3138]。這樣一來， 頻帶利用率低，系統噪聲大，系統的誤碼率高。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，現有的RoF系統的頻帶利用率低，系統噪聲大，系統誤碼率高。提出一種高頻譜利用率的偏振復用毫米波RoF系統。它利用偏振片的傳輸特性，使得頻率相同、攜帶信息不同的光波信號可以同時在一根光纖裡傳輸，並在基站將其分離。頻譜利用率高、系統容量大、誤碼率低、傳輸距離遠， 適用於實用產品的開發與應用推廣。解決其技術問題的技術方案—種高頻譜利用率的偏振復用毫米波RoF系統，包括中心站、上行鏈路光纖、下行鏈路光纖和基站，中心站和基站通過上行鏈路光纖、下行鏈路光纖連接。所述一種高頻譜利用率的偏振復用毫米波RoF系統的下行鏈路結構第一雷射器的輸出端與雙電極馬赫曾德調製器輸入端連接；雙電極馬赫曾德調製器的一個直流電極與偏置電壓源的輸出端連接，另外一個直流電極接地，一個RF電極與射頻信號發生器輸出端連接，另一個RF電極與π移相器的輸出端連接，π移相器的輸入端與射頻信號發生器的輸出端連接。雙電極馬赫曾德調製器的輸出端與第一 3dB耦合器的輸入端連接，第一 3dB耦合器的一個輸出端與第一起偏器的輸入端連接，第一 3dB耦合器的另一個輸出端與第二起偏器的輸入端連接；第一起偏器的輸出端與第一強度調製器的光輸入端連接，對第一強度調製器施加二進位基帶調製信號；第一強度調製器的輸出端與第二 3dB耦合器的一個輸入端連接；第二起偏器的輸出端與第二 3dB耦合器的另一個輸入端連接。第二 3dB耦合器的輸出端與EDFA光纖放大器的輸入端連接，EDFA光纖放大器的輸出端通過下行鏈路光纖連接到第三3dB耦合器的輸入端。第三3dB耦合器的一個輸出端與第一檢偏器的輸入端連接，第一檢偏器的輸出端與第一光電轉換器的輸入端連接，第一光電轉換器的輸出端與第一濾波器的輸入端連接， 第一濾波器的輸出端與毫米波放大器的輸入端連接，毫米波放大器的輸出端與發射天線連接。所述一種高頻譜利用率的偏振復用毫米波RoF系統的上行鏈路結構第三3dB耦合器的另一個輸出端與第二檢偏器的輸入端連接，第二檢偏器的輸出端與第二光電轉換器的輸入端連接，第二光電轉換器的輸出端與第二濾波器的輸入端連接，第二濾波器的輸出端與乘法器的一個輸入端連接，乘法器的另一個輸入端與接收天線連接，乘法器的輸出端與第一低通濾波器的輸入端連接，第一低通濾波器的輸出端與第二強度調製器的電信號輸入端連接，第二雷射器的輸出端與第二強度調製器的光信號輸入端連接，強度調製器的輸出端通過上行鏈路光纖與第三光電轉換器的輸入端連接；第三光電轉換器的輸出端與第二低通濾波器的輸入端連接。本發明的有益效果具體如下本發明只用一個雙電極馬赫曾德調製器，調製出兩個頻率分量，用這兩個頻率分量同時產生基站的本地毫米波和載有調製信息的毫米波。提高了頻帶利用率，增加了系統容量；同時，只用了一個雙電極馬赫曾德調製器，降低了由於調製而產生的系統噪聲，降低系統的誤碼率。


圖1 一種高頻譜利用率的偏振復用毫米波RoF系統結構框圖。圖中中心站1、下行鏈路光纖2-1、上行鏈路光纖2-2、基站3、第一雷射器1_1、射頻信號發生器1-2、雙電極馬赫曾德調製器1-3、第一 3dB耦合器1-4、第一起偏器1-5、第一強度調製器1-6、二進位基帶調製信號1-7、第二起偏器1-8、第二 3dB耦合器1-9、EDFA光纖放大器1-10、第三光電轉換器1-11、第二低通濾波器1-12、基帶數位訊號1-13、π移相器1-14、偏置電壓源1-15、第三3dB耦合器3-1、第一檢偏器3_2、第一光電轉換器3_3、第一濾波器3-4、發射天線3-5、第二檢偏器3-6、第二光電轉換器3-7、第二濾波器3_8、乘法器 3-9、低通濾波器3-10、第二雷射器3-11、第二強度調製器3-12、毫米波放大器3_13、接收天線 3-14。
具體實施例方式下面結合實施例來具體說明本發明。一種高頻譜利用率的偏振復用毫米波RoF系統，如圖1所示，它包括中心站1、上行鏈路光纖2-2、下行鏈路光纖2-1和基站3，中心站1和基站3通過上行鏈路光纖2-2、下行鏈路光纖2-1連接。所述一種高頻譜利用率的偏振復用毫米波RoF系統的下行鏈路結構
第一雷射器1-1的輸出端與雙電極馬赫曾德調製器1-3輸入端連接；雙電極馬赫曾德調製器的一個直流電極與偏置電壓源1-15的輸出端連接，另外一個直流電極接地，一個RF電極與射頻信號發生器1-2輸出端連接，另一個RF電極與π移相器1-14的輸出端連接，η移相器1-14的輸入端與射頻信號發生器1-2的輸出端連接。雙電極馬赫曾德調製器1-3的輸出端與第一 3dB耦合器1-4的輸入端連接，第一 3dB耦合器1-4的一個輸出端與第一起偏器1-5的輸入端連接，第一 3dB耦合器1_4的另一個輸出端與第二起偏器1-8的輸入端連接；第一起偏器1-5的輸出端與第一強度調製器 1-6的光輸入端連接，對第一強度調製器1-6施加二進位基帶調製信號1-7 ；第一強度調製器1-6的輸出端與第二 3dB耦合器1-9的一個輸入端連接；第二起偏器1-8的輸出端與第二 3dB耦合器1-9的另一個輸入端連接。第二 3dB耦合器1-9的輸出端與EDFA光纖放大器1_10的輸入端連接，EDFA光纖放大器1-10的輸出端通過下行鏈路光纖2-1連接到第三3dB耦合器3-1的輸入端。第三3dB耦合器3-1的一個輸出端與第一檢偏器3-2的輸入端連接，第一檢偏器 3-2的輸出端與第一光電轉換器3-3的輸入端連接，第一光電轉換器3-3的輸出端與第一濾波器3-4的輸入端連接，第一濾波器3-4的輸出端與毫米波放大器3-13的輸入端連接，毫米波放大器3-13的輸出端與發射天線3-5連接。所述一種高頻譜利用率的偏振復用毫米波RoF系統的上行鏈路結構第三3dB耦合器3-1的另一個輸出端與第二檢偏器3-6的輸入端連接，第二檢偏器3-6的輸出端與第二光電轉換器3-7的輸入端連接，第二光電轉換器3-7的輸出端與第二濾波器3-8的輸入端連接，第二濾波器3-8的輸出端與乘法器3-9的一個輸入端連接，乘法器3-9的另一個輸入端與接收天線3-14連接，乘法器3-9的輸出端與第一低通濾波器 3-10的輸入端連接，第一低通濾波器3-10的輸出端與第二強度調製器3-12的電信號輸入端連接，第二雷射器3-11的輸出端與第二強度調製器3-12的光信號輸入端連接，強度調製器3-12的輸出端通過上行鏈路光纖2-2與第三光電轉換器1-11的輸入端連接；第三光電轉換器1-11的輸出端與第二低通濾波器1-12的輸入端連接，第二低通濾波器1-12輸出基帶數位訊號1-13。所述的第一濾波器3-4和第二濾波器3-8採用帶通濾波器或隔直濾波器。所述的第一起偏器1-5、第二起偏器1-8、第一檢偏器3-2和第二檢偏器3_6採用線偏振片時，第一起偏器1-5和第二起偏器1-8的偏振方向相互垂直，第一檢偏器3-2的偏振方向與第一起偏器1-5的偏振方向相同，第二檢偏器3-6的偏振方向與第二起偏器1-8 的偏振方向相同；所述的第一起偏器1-5、第二起偏器1-8、第一檢偏器3-2和第二檢偏器3_6採用圓偏振片或橢圓偏振片時，第一起偏器1-5和第二起偏器1-8的偏振方向不同，第一檢偏器 3-2的偏振方向與第一起偏器1-5的偏振方向相同，第二檢偏器3-6的偏振方向與第二起偏器1-8的偏振方向相同。所述的偏置電壓源1-15的輸出電壓Vbias = Vn，將雙電極馬赫曾德調製器1-3偏置於最小傳輸點，其中^為雙電極馬赫曾德調製器1-3的半波電壓。所述的雙電極馬赫曾
nV
德調製器1-3的調製係數為w =^^=Q·785，Vp_p為射頻信號發生器1-2輸出射頻信號的峰峰值幅度。本發明的工作過程如下第一雷射器1-1產生中心頻率為F的光波信號，射頻信號發生器1-2產生頻率為 f的射頻信號。調節偏置電壓源(1-15)的輸出電壓Vbias = Vn，將雙電極馬赫曾德調製器(1-3) 偏置於最小傳輸點，調節射頻信號發生器1-2輸出信號的峰峰值幅度Vp_p使雙電極馬赫曾
德調製器1-3的調製係數〃ι = |^=0.785，雙電極馬赫曾德調製器1-3輸出的光波信號
主要包括兩個頻率分量F-f和F+f ；其中Vn為雙電極馬赫曾德調製器1-3的半波電壓。雙電極馬赫曾德調製器1-3輸出的光波信號經過第一 3dB耦合器1-3分為兩路， 第一路光波信號輸入第一起偏器1-5，第二路光波信號輸入第二起偏器1-8 ；調節並使第一起偏器1-5與第二起偏器1-8的偏振化方向相互正交；通過第一強度調製器1-6把二進位基帶調製信號1-7調製在第一起偏器1-5輸出的光波中；經過第二 3dB耦合器1-9耦合輸出的光波中包含所述兩路光波信號第一路包含兩個頻率分量F-f和F+f，並且載有調製信息；第二路同樣包含兩個頻率分量F-f和F+f，但無調製信息；第二路光波信號與第一路光波信號的偏振化方向相互正交。基站3中，光波經過第三3dB耦合器3-1分為兩路，分別輸入第一、第二檢偏器 3-2,3-60調節並使第一檢偏器3-2與第一起偏器1-5的偏振化方向相同，第二檢偏器3_6 與第二起偏器1-8的偏振化方向相同，此時，經過第一檢偏器3-2輸出的光波信號只包含有載有調製信息的光波信號，經第一光電轉換器3-3差頻之後，產生中心頻率為2f且載有調製信息的毫米波信號；經過第二檢偏器3-6輸出的光波信號只包含無調製信息的光波信號，經第二光電轉換器3-7差頻之後，產生中心頻率為2f的本地毫米波信號。接收天線3-14接收到的信號經過與本地毫米波信號混頻、低通濾波，再調製到第二雷射器3-11產生的光載波上，通過上行鏈路光纖2-2傳輸到中心站1，再經過光電轉換、 低通濾波，解調出基帶數位訊號1-13。
權利要求
1.一種高頻譜利用率的偏振復用毫米波RoF系統，包括中心站(1)、上行鏈路光纖 0-2)、下行鏈路光纖(2-1)和基站(3)，中心站(1)和基站C3)通過上行鏈路光纖0-2)、 下行鏈路光纖(2-1)連接，其特徵在於所述一種高頻譜利用率的偏振復用毫米波RoF系統的下行鏈路結構 第一雷射器(1-1)的輸出端與雙電極馬赫曾德調製器(1- 輸入端連接；雙電極馬赫曾德調製器的一個直流電極與偏置電壓源(1-1 的輸出端連接，另外一個直流電極接地， 一個RF電極與射頻信號發生器(1-2)輸出端連接，另一個RF電極與π移相器(1-14)的輸出端連接，η移相器(1-14)的輸入端與射頻信號發生器(1-2)的輸出端連接；雙電極馬赫曾德調製器(1- 的輸出端與第一 3dB耦合器(1-4)的輸入端連接，第一 3dB耦合器(1-4)的一個輸出端與第一起偏器(1-5)的輸入端連接，第一 3dB耦合器(1_4) 的另一個輸出端與第二起偏器(1-8)的輸入端連接；第一起偏器(1- 的輸出端與第一強度調製器(1-6)的光輸入端連接，對第一強度調製器(1-6)施加二進位基帶調製信號 (1-7)；第一強度調製器(1-6)的輸出端與第二 3dB耦合器(1-9)的一個輸入端連接；第二起偏器(1-8)的輸出端與第二 3dB耦合器(1-9)的另一個輸入端連接；第二 3dB耦合器(1-9)的輸出端與EDFA光纖放大器(1_10)的輸入端連接，EDFA光纖放大器(1-10)的輸出端通過下行鏈路光纖(2-1)連接到第三3dB耦合器(3-1)的輸入端； 第三3dB耦合器(3-1)的一個輸出端與第一檢偏器(3-2)的輸入端連接，第一檢偏器 (3-2)的輸出端與第一光電轉換器(3- 的輸入端連接，第一光電轉換器(3- 的輸出端與第一濾波器(3-4)的輸入端連接，第一濾波器(3-4)的輸出端與毫米波放大器(3-1 的輸入端連接，毫米波放大器(3-1 的輸出端與發射天線(3- 連接；所述一種高頻譜利用率的偏振復用毫米波RoF系統的上行鏈路結構 第三3dB耦合器(3-1)的另一個輸出端與第二檢偏器(3-6)的輸入端連接，第二檢偏器(3-6)的輸出端與第二光電轉換器(3-7)的輸入端連接，第二光電轉換器(3-7)的輸出端與第二濾波器(3-8)的輸入端連接，第二濾波器(3-8)的輸出端與乘法器(3-9)的一個輸入端連接，乘法器(3-9)的另一個輸入端與接收天線(3-1 連接，乘法器(3-9)的輸出端與第一低通濾波器(3-10)的輸入端連接，第一低通濾波器(3-10)的輸出端與第二強度調製器(3-1 的電信號輸入端連接，第二個雷射器(3-11)的輸出端與第二強度調製器 (3-12)的光信號輸入端連接，強度調製器(3-1 的輸出端通過上行鏈路光纖0-2)與第三光電轉換器(1-11)的輸入端連接；第三光電轉換器(1-11)的輸出端與第二低通濾波器 (1-12)的輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的一種高頻譜利用率的偏振復用毫米波RoF系統，其特徵在於所述的第一濾波器(3-4)和第二濾波器(3-8)採用帶通濾波器或隔直濾波器。
3.根據權利要求1所述的一種高頻譜利用率的偏振復用毫米波RoF系統，其特徵在於所述的第一起偏器(1-5)、第二起偏器(1-8)、第一檢偏器(3- 和第二檢偏器(3-6) 採用線偏振片時，第一起偏器(1-5)和第二起偏器(1-8)的偏振方向相互垂直，第一檢偏器 (3-2)的偏振方向與第一起偏器(1- 的偏振方向相同，第二檢偏器(3-6)的偏振方向與第二起偏器(1-8)的偏振方向相同；所述的第一起偏器(1-5)、第二起偏器(1-8)、第一檢偏器(3- 和第二檢偏器(3-6) 採用圓偏振片或橢圓偏振片時，第一起偏器(1- 和第二起偏器(1-8)的偏振方向不同，第一檢偏器(3-2)的偏振方向與第一起偏器(1- 的偏振方向相同，第二檢偏器(3-6)的偏振方向與第二起偏器(1-8)的偏振方向相同。
4.根據權利要求1所述的一種高頻譜利用率的偏振復用毫米波RoF系統，其特徵在於所述的偏置電壓源(1-15)的輸出電壓Vbias = Vn，將雙電極馬赫曾德調製器(1-3)偏置於最小傳輸點，其中^為雙電極馬赫曾德調製器(1-3)的半波電壓；nV所述的雙電極馬赫曾德調製器(1-3)的調製係數為W=^^=_785，VP_P為射頻信π號發生器(1- 輸出射頻信號的峰峰值幅度。
全文摘要
一種高頻譜利用率的偏振復用毫米波RoF系統，涉及光載無線通信領域。解決了現有RoF系統的頻帶利用率低、噪聲大、誤碼率高的問題。本系統的雙電極馬赫曾德調製器分別與第一雷射器、射頻信號發生器、π移相器、偏置電壓源、地、第一3dB耦合器輸入接。第一3dB耦合器一輸出經第一起偏器、第一強度調製器、第二3dB耦合器、EDFA光纖放大器、下行鏈路光纖、第三3dB耦合器、第一檢偏器、第一光電轉換器、第一濾波器、毫米波放大器與發射天線接。第一3dB耦合器的另一輸出經第二檢偏器、第二3dB耦合器、EDFA光纖放大器、下行鏈路光纖、第二光電轉換器、第二濾波器、乘法器與接收天線接。本發明主要用於實現頻帶利用率高、噪聲小、誤碼率低的RoF系統。
文檔編號H04B10/12GK102412899SQ20111037049
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月21日 優先權日2011年11月21日
發明者寧提綱, 李晶, 李超, 楊龍, 油海東, 裴麗, 陳宏堯 申請人:北京交通大學