專利名稱：基于電光調(diào)制器和光纖光柵的微波光子下變頻方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信和無線通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于電光調(diào)制器和光纖光柵的微波光子下變頻方法及裝置。
背景技術(shù)：
近年來，Radio over Fiber(RoF)技術(shù)引起了廣泛的重視，RoF是一種模擬調(diào)制的副載波復(fù)用技術(shù)，它在無線/移動通信系統(tǒng)的接入系統(tǒng)中、在軍用的天線遠程控制和智能交通系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。RoF在無線/移動通信系統(tǒng)中應(yīng)用，可將基站端的基帶處理、調(diào)制、混頻功能后移到基站控制器端集中處理，而基站端只保留光電轉(zhuǎn)換、濾波和放大功能，這樣可大大降低基站的成本，在未來的密集微蜂窩通信系統(tǒng)中，由于基站數(shù)量眾多，采用RoF技術(shù)可大大降低系統(tǒng)的成本。
由于在微波/毫米波光纖系統(tǒng)中潛在的應(yīng)用價值，光域上的變頻技術(shù)(即所謂的微波光子變頻技術(shù))引起了眾多研究者的興趣。比起傳統(tǒng)基于電子設(shè)備的微波信號處理，微波光子變頻的好處是時間帶寬積高、抗電磁干擾、線路和設(shè)備間的串擾小，最重要的是微波光子變頻技術(shù)是在光域上對微波信號處理，它能與RoF等微波/毫米波光纖傳輸系統(tǒng)天然匹配，中間無需光電和電光轉(zhuǎn)換設(shè)備。
微波光子變頻的一個重要領(lǐng)域是在移動通信系統(tǒng)的基站接入系統(tǒng)中，在該系統(tǒng)中，基站控制器通過下行光纖鏈路向基站發(fā)送下行信號，而基站通過上行光纖鏈路向基站控制器發(fā)送上行信號。目前為止，用于實現(xiàn)RoF系統(tǒng)光子變頻功能的主要方法有基于電光調(diào)制器的光子變頻系統(tǒng)、基于二相干激光器的變頻系統(tǒng)和基于受激淵散射的光子變頻技術(shù)。在J.Marti，et al，“SingleMach-Zehnder modulator electro-optic harmonic mixer for broadbandmicrowave/millimetre-wave applications，”Wireless Personal Communications，Vol.15，2000，pp31-42給出了一種基于電光調(diào)制器的微波光子變頻方法，該方法中射頻信號和本振信號從一個輸入端饋入電光調(diào)制器，在本地通過電光調(diào)制器實現(xiàn)光子混頻和變頻。在G.J.Simonis and K.G.Purchase，“Optical generation，distribution and control of microwaves using heterodyne，”IEEE Transaction onMicrowave Theory and Techniques，Vol.38，1990，pp667-669給出通過相干激光器的給出光子混頻的技術(shù)，其中需要兩個具有一定頻率差的激光器，這里兩個激光器需要通過復(fù)雜的鎖定技術(shù)才能實現(xiàn)相干。在Y.Shen，X.Zhang and K.Chen，“All-optical generation of microwave and millimetre wave using a two-frequencyBragg grating-based Brillouin fiber laser.”Journal of Lightwave Technology，Vol.23，No.5，2005，pp1860-1867給出的方法中，利用雙頻布里淵激光器產(chǎn)生11GHz頻差來實現(xiàn)信號的發(fā)生和變頻。在上述方法中，基于相干激光器的變頻系統(tǒng)和布里淵激光器的變頻系統(tǒng)實現(xiàn)方法比較復(fù)雜，用于密集微蜂窩移動通信系統(tǒng)的成本較高，而上述基于電光調(diào)制器的變頻方法，雖然成本較低，但實現(xiàn)的功能有限，只能在本地產(chǎn)生變頻信號，而對于移動通信基站接入系統(tǒng)的上行光纖鏈路變頻功能則無法實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于電光調(diào)制器和光纖光柵的微波光子下變頻方法及裝置，采用基站控制器端裝置和基站端裝置的系統(tǒng)配置方式，共同實現(xiàn)遠端信號下變頻功能。
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種新的微波光子變頻方法，應(yīng)用于移動通信系統(tǒng)的基站接入系統(tǒng)中，比起現(xiàn)有的微波光子變頻方法，本發(fā)明特別適用于微波光子上行鏈路的遠端下變頻，能大大降低系統(tǒng)的復(fù)雜度。本發(fā)明通過在基站端放置的光纖光柵作為窄帶濾波器，將從基站控制器端傳送的本振信號提取，并且能將本振信號從雙邊帶調(diào)制轉(zhuǎn)換為單邊帶調(diào)制器信號。這樣一方面，由于是單邊帶調(diào)制，因而可以抵消光纖鏈路色散的不利影響，并且光纖光柵具備了載波抑制的功能，因而可以提高傳輸信號的信噪比，另一方面本地提取出來的單邊帶本振信號可直接作為基站端光信號源，因而基站端無需使用激光器光源，同時實現(xiàn)下變頻和提供光信號的功能。為了實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明分別設(shè)計了基站控制器端和基站端的系統(tǒng)配置方式，它們共同實現(xiàn)上行鏈路的遠端信號下變頻功能。
本發(fā)明給出的用于全光纖遠端微波光子變頻技術(shù)的基站控制器端裝置的主要功能是為基站提供微波本振信號以及接收從基站端來的經(jīng)過混頻的光信號信號并經(jīng)濾波得到中頻信號。為實現(xiàn)這樣的目的，基站控制器端的特征在于微波本振信號由微波信號經(jīng)放大器后輸入到電光調(diào)制器，將由半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的光波調(diào)制上雙邊帶微波本振信號并通過下行鏈路發(fā)送到遠端的基站。另外，由基站端產(chǎn)生的已混頻微波光子信號由光探測器轉(zhuǎn)換為微波信號，并經(jīng)中頻濾波器得到所需的中頻信號。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一、基于電光調(diào)制器和光纖光柵的微波光子下變頻方法雙邊帶本振信號在基站控制器端通過電光調(diào)制器產(chǎn)生并通過下行光纖鏈路傳送到基站端，基站端無需激光源和本振源，并能通過光纖光柵濾波得到經(jīng)載波抑制的單邊帶本振信號；基站端通過電光調(diào)制器將射頻信號和單邊帶本振信號發(fā)生全光混頻，經(jīng)過混頻的光信號由上行光纖鏈路傳送到基站控制器端，在基站控制器端經(jīng)光電探測器和中頻濾波器得到經(jīng)過下變頻的中頻信號。
二、基于電光調(diào)制器和光纖光柵的微波光子下變頻裝置包括由半導(dǎo)體激光器、微波放大器、第一電光調(diào)制器、光電探測器和中頻濾波器組成的基站控制器端裝置，由三端口光環(huán)形器、光纖光柵、光放大器、第二電光調(diào)制器、基站天線和射頻放大器組成的基站端裝置；其中微波放大器的輸入端接微波本振信號輸入端，微波放大器的輸出端接電光調(diào)制器的射頻輸入端，半導(dǎo)體激光器輸出的光波接第一電光調(diào)制器的輸入端，第一電光調(diào)制器的輸出端經(jīng)下行光纖鏈路接三端口光環(huán)形器的第一端，三端口光環(huán)形器的第二端接光纖光柵，光放大器的輸入端接三端口光環(huán)形器的第三端，光放大器的輸出端接第二電光調(diào)制器的輸入端，第二電光調(diào)制器的輸出端經(jīng)上行光纖鏈路接光電探測器的輸入端，中頻濾波器分別與光電探測器的輸出端和中頻信號的輸出口連接，射頻放大器分別與第二電光調(diào)制器的射頻輸入端和基站天線連接。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是本發(fā)明針對已有的微波光子變頻技術(shù)應(yīng)用于移動通信基站接入系統(tǒng)的缺陷，提出一種變頻方法，應(yīng)用于移動通信基站接入系統(tǒng)的上行路鏈路中，該方法可實現(xiàn)遠端變頻，基站端無需本地的激光器和微波本振源，而激光器和微波本振源集中在基站控制器端，這種方式可大幅度降低系統(tǒng)的成本，尤其是在未來的密集微蜂窩移動通信系統(tǒng)中。本發(fā)明利用了光纖光柵的窄帶濾波效應(yīng)，利用光柵能夠產(chǎn)生出經(jīng)過載波抑制的單邊帶本振信號，避免了光纖色散效應(yīng)對信號質(zhì)量的影響并能提高系統(tǒng)的信噪比。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中實線表示光信號鏈路，虛線表示電信號鏈路。
圖2是本發(fā)明提出的利用光纖光柵實現(xiàn)單邊帶濾波和載波抑制功能的示意圖。
圖中1.半導(dǎo)體激光器，2.微波本振信號輸入端，3.微波放大器，4.第一電光調(diào)制器，5.光電探測器，6.中頻濾波器，7.中頻信號輸出口，8.下行光纖鏈路，9.三端口光環(huán)形器，10.光纖光柵，11.光放大器，12.第二電光調(diào)制器，13.基站天線，14.射頻放大器，15.上行光纖鏈路，16.輸入雙邊帶本振信號的光譜圖，17.光纖光柵反射譜和雙邊帶本振信號光譜的對應(yīng)圖，18.經(jīng)過單邊帶濾波和載波抑制的單邊帶本振信號的光譜圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖1是本發(fā)明的電光調(diào)制器和光纖光柵的微波光子下變頻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中實線表示光信號鏈路，虛線表示電信號鏈路。圖1中左邊虛框表示基站控制器端裝置，右邊虛框表示基站端裝置。基站控制器端裝置的功能主要包括將微波本振信號的調(diào)制到光載波上并提供給遠端的基站、接收從基站來的經(jīng)過光混頻的光信號并濾出中頻信號?；径搜b置的主要功能包括利用光纖光柵將從基站控制器端來的雙邊帶微波本振信號轉(zhuǎn)換為載波抑制的單邊帶本振信號、利用電光調(diào)制器將射頻信號和單邊帶本振光信號發(fā)生全光混頻并將混頻后的光信號通過上行光纖鏈路傳送到基站控制器。
如圖1所示，本發(fā)明包括由半導(dǎo)體激光器1、微波放大器3、第一電光調(diào)制器4、光電探測器5和中頻濾波器6組成的基站控制器端裝置，由三端口光環(huán)形器9、光纖光柵10、光放大器11、第二電光調(diào)制器12、基站天線13和射頻放大器14組成的基站端裝置；其中微波放大器3的輸入端接微波本振信號輸入端2，微波放大器3的輸出端接電光調(diào)制器4的射頻輸入端，半導(dǎo)體激光器1輸出的光波接第一電光調(diào)制器4的輸入端，第一電光調(diào)制器4的輸出端經(jīng)下行光纖鏈路8接三端口光環(huán)形器9的第一端，三端口光環(huán)形器9的第二端接光纖光柵10，光放大器11的輸入端接三端口光環(huán)形器9的第三端，光放大器11的輸出端接第二電光調(diào)制器12的輸入端，第二電光調(diào)制器12的輸出端經(jīng)上行光纖鏈路15接光電探測器5的輸入端，中頻濾波器6分別與光電探測器5的輸出端和中頻信號的輸出口7連接，射頻放大器14分別與第二電光調(diào)制器12的射頻輸入端和基站天線13連接。
本發(fā)明的工作原理如下半導(dǎo)體激光器1發(fā)出的光信號作為攜帶本振信號的光源，微波本振信號從微波本振信號輸入端2輸入后經(jīng)微波放大器3放大，然后經(jīng)第一電光調(diào)制器4調(diào)制到光信號上，經(jīng)調(diào)制的微波本振雙邊帶信號經(jīng)下行光纖鏈路8傳送到基站端。從基站端來的光信號輸入基站控制器端的光電探測器5，經(jīng)中頻濾波器6后輸出經(jīng)過變頻的中頻信號。從基站控制器端來的雙邊帶調(diào)制微波本振信號經(jīng)三端口環(huán)形器9后輸入到工作在反射模式的光纖光柵10，由于光纖光柵10的濾波作用，雙邊帶調(diào)制的微波本振信號轉(zhuǎn)換為載波抑制的單邊帶信號，然后經(jīng)三端口環(huán)形器9輸入到光放大器11，經(jīng)過光放大器11的單邊帶調(diào)制微波本振光信號作為光源輸入到第二電光調(diào)制器12，然后從基站天線13來的射頻信號經(jīng)過射頻放大器14后，經(jīng)放大的射頻信號輸入第二電光調(diào)制器12上，在此電光調(diào)制器12上，射頻信號和單邊帶本振信號發(fā)生全光混頻，經(jīng)混頻的光信號通過上行光纖鏈路15傳送到基站控制器端的光電探測器5，然后經(jīng)中頻濾波6可提取出經(jīng)過變頻的微波中頻信號。
本發(fā)明通過利用光纖光柵的窄帶濾波功能實現(xiàn)將雙邊帶微波本振信號轉(zhuǎn)換為單邊帶信號，為更好地說明光纖光柵的作用，圖2給出了為本發(fā)明提出的利用光纖光柵實現(xiàn)單邊帶濾波和載波抑制功能的示意圖。
由基站控制器端發(fā)送的已調(diào)微波本振信號的光信號的光譜圖如16，由于是雙邊帶調(diào)制信號，光譜包含載波和上、下兩個邊帶，該雙邊帶信號經(jīng)三端口光環(huán)形器9后輸入到工作在反射模式的光纖光柵10，為了濾出一個邊帶并抑制載波，需要將光柵的反射峰對準其中一個邊帶，光纖光柵反射譜和雙邊帶本振信號光譜的對應(yīng)圖如17所示，經(jīng)過單邊帶濾波和載波抑制的單邊帶本振信號的頻譜如18，該本振信號經(jīng)光放大器11放大后提供給基站的電光調(diào)制器作為基站的光源和本振源。需要指出的是，光纖光柵的反射譜必須與需要傳送的本振頻率相匹配，系統(tǒng)中所需的光柵，其反射譜的3dB帶寬約為微波本振頻率的一半，這種光纖光柵可以從市場買到。本發(fā)明中所有用到的光電器件也都可以從市場買到。
權(quán)利要求
1.一種基于電光調(diào)制器和光纖光柵的微波光子下變頻方法，其特征在于雙邊帶本振信號在基站控制器端通過電光調(diào)制器產(chǎn)生并通過下行光纖鏈路傳送到基站端，基站端無需激光源和本振源，并能通過光纖光柵濾波得到經(jīng)載波抑制的單邊帶本振信號；基站端通過電光調(diào)制器將射頻信號和單邊帶本振信號發(fā)生全光混頻，經(jīng)過混頻的光信號由上行光纖鏈路傳送到基站控制器端，在基站控制器端經(jīng)光電探測器和中頻濾波器得到經(jīng)過下變頻的中頻信號。
2.一種基于電光調(diào)制器和光纖光柵的微波光子下變頻裝置，其特征在于包括由半導(dǎo)體激光器(1)、微波放大器(3)、第一電光調(diào)制器(4)、光電探測器(5)和中頻濾波器(6)組成的基站控制器端裝置，由三端口光環(huán)形器(9)、光纖光柵(10)、光放大器(11)、第二電光調(diào)制器(12)、基站天線(13)和射頻放大器(14)組成的基站端裝置；其中微波放大器(3)的輸入端接微波本振信號輸入端(2)，微波放大器(3)的輸出端接電光調(diào)制器(4)的射頻輸入端，半導(dǎo)體激光器(1)輸出的光波接第一電光調(diào)制器(4)的輸入端，第一電光調(diào)制器(4)的輸出端經(jīng)下行光纖鏈路(8)接三端口光環(huán)形器(9)的第一端，三端口光環(huán)形器(9)的第二端接光纖光柵(10)，光放大器(11)的輸入端接三端口光環(huán)形器(9)的第三端，光放大器(11)的輸出端接第二電光調(diào)制器(12)的輸入端，第二電光調(diào)制器(12)的輸出端經(jīng)上行光纖鏈路(15)接光電探測器(5)的輸入端，中頻濾波器(6)分別與光電探測器(5)的輸出端和中頻信號的輸出口(7)連接，射頻放大器(14)分別與第二電光調(diào)制器(12)的射頻輸入端和基站天線(13)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于電光調(diào)制器和光纖光柵的微波光子下變頻方法及裝置。雙邊帶本振信號在基站控制器端通過電光調(diào)制器產(chǎn)生，基站端無需激光源和本振源，并能通過光纖光柵濾波得到經(jīng)載波抑制的單邊帶本振信號；基站端通過電光調(diào)制器將射頻信號和單邊帶本振信號發(fā)生全光混頻，經(jīng)過混頻的光信號由上行光纖鏈路傳送到基站控制器端，在基站控制器端經(jīng)光電探測器和中頻濾波器得到經(jīng)過下變頻的中頻信號?；径藷o需本地的激光器和微波本振源，而激光器和微波本振源集中在基站控制器端，可大幅度降低系統(tǒng)的成本。本發(fā)明利用了光纖光柵的窄帶濾波效應(yīng)，光柵能夠產(chǎn)生出經(jīng)過載波抑制的單邊帶本振信號，避免了光纖色散效應(yīng)對信號質(zhì)量的影響并能提高系統(tǒng)的信噪比。
文檔編號H04B10/18GK1835422SQ200610050399
公開日2006年9月20日 申請日期2006年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月18日
發(fā)明者池灝, 章獻民 申請人:浙江大學(xué)