專利名稱：光纖無線通信系統(tǒng)中毫米波產(chǎn)生及波長再利用方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳輸無線信號(hào)(Radio-over-Fiber，縮寫為ROF)通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
最近幾年，由于大量的已鋪設(shè)光纖未得到充分的利用，電信業(yè)務(wù)在長距離骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)方面的發(fā)展速度緩慢。但隨著對(duì)超高速、實(shí)惠并能提供交互式多媒體服務(wù)的通信方式需求的增長，遍及全球的用戶、政府部門、電纜經(jīng)營商和電信服務(wù)提供商對(duì)寬帶接入網(wǎng)的關(guān)注日益增加。
為了充分利用光纖的巨大帶寬以降低成本并結(jié)合無線通信技術(shù)的靈活性，無線網(wǎng)絡(luò)和光網(wǎng)絡(luò)的融合理所當(dāng)然的成為一種既能增加接入網(wǎng)容量和移動(dòng)性，又能降低運(yùn)營成本的潛在解決方案。國際上對(duì)“可移動(dòng)超大容量超高速”的光纖傳輸無線信號(hào)(Radio-over-Fiber，縮寫為ROF)通信系統(tǒng)的研究工作越來越給予極大的關(guān)注。ROF的概念融合了兩種常規(guī)技術(shù)——無線射頻技術(shù)和光纖有線傳輸技術(shù)。光纖鏈路提供長距離的傳輸，終端和終端用戶之間的通信由無線射頻來完成。RoF系統(tǒng)有如下優(yōu)勢(shì)簡便、低成本、大的帶寬、覆蓋面積廣、易于安裝和維護(hù)。眾所周知，由于較低微波頻率需要經(jīng)過許可，且低頻帶寬不足，下一代無線接入系統(tǒng)-包括移動(dòng)的和固定的將運(yùn)行在微波/毫米波波段的上界頻率，這是由于高頻載波能夠提供的帶寬很富裕。光纖低損耗和抗電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)使擁有高無線頻率的ROF系統(tǒng)能夠更好地覆蓋到基站，無線方式僅僅用在到達(dá)終端用戶的最后不到一公里的范圍內(nèi)。此外，ROF也因?yàn)槠渌麧撛诘膽?yīng)用而引起人們的廣泛關(guān)注，例如衛(wèi)星通信，移動(dòng)寬帶系統(tǒng)。ROF也同樣用在服務(wù)于智能傳輸系統(tǒng)(ITS)、頻率范圍在63-64GHz和76-77GHz之間的視頻通信與控制。
一般而言，典型的ROF系統(tǒng)包括中心站(Central Station，縮寫為CS)，互連大量遠(yuǎn)程基站(Remote Station，縮寫為RS)的光纖網(wǎng)以及功能簡單的天線基站(Base Station，縮寫為BS)。在中心站進(jìn)行多路交換，頻率上下傳和執(zhí)行頻率管理。由于終端用戶共享CS中信號(hào)處理單元，減少了昂貴的信號(hào)處理單元數(shù)量。ROF系統(tǒng)中的中心站的信號(hào)經(jīng)由基站傳送至用戶終端稱為下行鏈路，無線移動(dòng)終端的射頻信號(hào)經(jīng)由基站傳送至中心站稱為上行鏈路。在下行鏈路，來自中心站骨干網(wǎng)的信號(hào)加載到光纖上，并下行傳送至基站，檢波后至無線移動(dòng)終端；在上行鏈路，無線射頻(Radio-frequency，RF)攜帶著來自于終端(End station縮簡為ES)的數(shù)據(jù)在基站中進(jìn)行編碼后上行加載到光纖上，并傳送至中心站，檢波至骨干網(wǎng)。由于上行鏈路在基站中要求高速率且高價(jià)的器件，如激光光源，這樣會(huì)增加基站造價(jià)。
為了解決上行鏈路所帶來的問題，如果下行鏈路的載波在上行鏈路能夠得到再利用，這樣在基站中就可以省去激光光源。
光毫米波的產(chǎn)生是降低造價(jià)和提高RoF系統(tǒng)性能的關(guān)鍵技術(shù)。至今為止，已提出的光毫米波的產(chǎn)生的方法有三種直接強(qiáng)度調(diào)制，外部強(qiáng)度調(diào)制和遠(yuǎn)程外差。迄今為止，基于外部強(qiáng)度調(diào)制器的光毫米波產(chǎn)生方案具有較高的可靠性和較低價(jià)特性。已提出三種不同的外部調(diào)制方案來產(chǎn)生光毫米波，如雙邊帶調(diào)制(Double side-band，縮寫為DSB)，單邊帶(Single side band，縮寫為SSB)，及光載波抑制(Optical carrier suppression，縮寫為OCS)，基于DSB方案產(chǎn)生的光毫米波不能在光纖中傳輸很長的距離，然而這種方案結(jié)構(gòu)最簡單，與采用雙電極調(diào)制器OCS和SSB方案不同的是，DSB方案僅采用單電極調(diào)制器。
以上所述的光毫米的產(chǎn)生和上行鏈路的波長再利用的問題，已有的技術(shù)方案是采用雙邊帶調(diào)制 [A.Kaszubowska，L.Hu，L.P.Barry，“RemoteDownconversion with wavelength reuse for the radio/fiber uplinkconnection”IEEE Photonics Technology Letters，Vol.18，No.4，2006，Page(s)562-564.]，然而并沒有解決雙邊帶調(diào)制所帶來的信號(hào)的衰退效應(yīng)，最終傳輸距離很短(僅達(dá)到12公里)而且傳輸信號(hào)速率低(僅能達(dá)到150Mb/s)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)上述情況，解決了波長再利用和毫米波產(chǎn)生所存在的問題，從而克服了色散效應(yīng)的影響，延長了傳輸距離，同時(shí)又使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，降低系統(tǒng)的造價(jià)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的具體方案如下在下行鏈路中采用最簡單的雙邊帶調(diào)制器和光濾波器共同作用產(chǎn)生光毫米波；在基站中上行鏈路利用了下行鏈路的光載波波長。
所述的光毫米波產(chǎn)生方案，其特征在于包括以下步驟使用連續(xù)波激光器產(chǎn)生光載波；光載波信號(hào)進(jìn)入強(qiáng)度調(diào)制器并由RF信號(hào)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生雙邊帶(DSB)調(diào)制信號(hào)。
將已調(diào)制信號(hào)的一階邊帶和二階邊帶有效的分離；一階邊帶的二個(gè)縱模將形成頻率為RF信號(hào)2倍的光毫米波；通過外部調(diào)制器將下行鏈路的數(shù)據(jù)加載到光毫米波上；分離的光載波和二階邊帶將被另一個(gè)交叉復(fù)用器進(jìn)一步分開，得到被分離的純凈的光載波；光載波和數(shù)據(jù)加載的光毫米波再次耦合進(jìn)行入長距離光纖線路，傳輸至基站。
所述的上行鏈路波長再利用的方法包括以下步驟從下行鏈路光纖中傳輸來的且由光載波所攜帶的經(jīng)過數(shù)據(jù)加載的光毫米波經(jīng)過光濾波后，將光載波和加載數(shù)據(jù)的光毫米波分離；分離后的光載波作為上行鏈路的光載波信號(hào)。
本發(fā)明還提供了一種光毫米波產(chǎn)生和上行鏈路波長再利用的系統(tǒng)。如圖1所示。所述的系統(tǒng)包括光毫米波產(chǎn)生模塊和上行鏈路波長再利用模塊。
所述的光毫米波產(chǎn)生模塊包括激光器1，用于產(chǎn)生指定波長的單縱模光信號(hào)；光強(qiáng)度調(diào)制器2，用于產(chǎn)生雙邊帶調(diào)制信號(hào)；光交叉復(fù)用器4，用作光濾波器；光強(qiáng)度調(diào)制器22，用于加載基帶信號(hào)；光交叉復(fù)用器44，用作光濾波器；光功率耦合器7，用于將加載數(shù)據(jù)的光毫米波和純凈的光載波耦合在一起進(jìn)入下行鏈路的光纖中傳輸。
所述的光毫米波產(chǎn)生模塊其特征在于包括以下工作過程由連續(xù)波激光器1產(chǎn)生的單縱橫光載波信號(hào)，進(jìn)入調(diào)制器2受到射頻波3的調(diào)制，調(diào)制后輸出的雙連帶調(diào)制的光信號(hào)包括一階和二階邊帶成分，通過交叉復(fù)用器4將一階邊帶和二階連帶進(jìn)行有效分離，分離后一階邊帶的二個(gè)縱模將形成頻率為RF信號(hào)2倍的光毫米波，進(jìn)入調(diào)制器22將下行鏈路的基帶數(shù)據(jù)加載到光毫米波上，分離后的二階邊帶和光載波由交叉復(fù)用器的另一出口進(jìn)入交叉復(fù)用器44，由44進(jìn)一步將純凈的光載波濾出，濾出后的光載波通過功率合路7與經(jīng)過數(shù)據(jù)加載后的光毫米波混合，攜帶下行鏈路數(shù)據(jù)的光毫米波與光載波一同進(jìn)入下行鏈路的光纖鏈路8傳輸至基站。
所述的上行鏈路光載波波長再利用模塊，由交叉復(fù)用器444，電混頻器，以及外部調(diào)制器222組成。
所述的上行鏈路光載波波長再利用模塊，其特征在于包括以下工作過程從光纖8接收到的來自于中心站的光載波和攜帶數(shù)據(jù)的光毫米波首先通過光交叉復(fù)用器444將光載波和光毫米進(jìn)行分離；分離后的光毫米波信號(hào)通過高速檢測器9轉(zhuǎn)換成電信號(hào)由天線發(fā)射出去；另一路分離的光載波信號(hào)作為上行鏈路的光載波信號(hào)，進(jìn)入調(diào)制器222，同時(shí)，來自于天線11所接收到的客戶端的數(shù)據(jù)信號(hào)通過上變頻率器12進(jìn)行頻率下傳后，驅(qū)動(dòng)調(diào)制器222，將上行鏈路的數(shù)據(jù)信號(hào)加載至光載波上，進(jìn)入上行鏈路的光纖88中傳輸至中心站。
本發(fā)明利用雙邊帶調(diào)制和光濾波器原理，利用了外部強(qiáng)度調(diào)制器產(chǎn)生光毫米波所具有較高可靠性和廉價(jià)特性，又克服了外部調(diào)制器產(chǎn)生光毫米波的在光纖中傳輸?shù)乃ヂ湫?yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了中心站至基站的長距離光纖傳輸，同時(shí)，所采用的光毫米波產(chǎn)生方法簡單、可行。本發(fā)明采用光濾波原理，將下行鏈路中的光載波濾出，在上行鏈路中重復(fù)利用，這樣使基站變得簡單，也降低了的成本。本發(fā)明采用光交叉復(fù)用器作為光濾波器，由于光交叉復(fù)用器具有周期性的特性，如果是波分復(fù)用系統(tǒng)，多個(gè)波長可以共享一個(gè)交叉復(fù)用器，因此本發(fā)明所述的光毫米波的產(chǎn)生和上行鏈路中波長再利用方法和系統(tǒng)不但能用于單信道ROF系統(tǒng)，同樣適用于波分復(fù)用ROF系統(tǒng)。


圖1為本發(fā)明的光毫米波產(chǎn)生和上行鏈路中光波長再利用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明產(chǎn)生的單個(gè)信道的重復(fù)頻率為40GHZ的光毫米的眼3為本發(fā)明產(chǎn)生的單個(gè)信道的重復(fù)頻率為40GHZ的光毫米頻譜4為本發(fā)明產(chǎn)生的加載2.5Gbit/s數(shù)據(jù)的光毫米波眼圖；圖中1-連續(xù)波光源2-強(qiáng)度調(diào)制器22-調(diào)制器222-調(diào)制器3-射頻信號(hào)源4-交叉復(fù)用器44-交叉復(fù)用器444-交叉復(fù)用器5-基帶信號(hào)6-上行鏈路接收機(jī)7-功率合路器8-下行鏈路傳輸光纖88-上行鏈路傳輸光纖9-下行鏈路光接收機(jī)O/E(光電轉(zhuǎn)換)10-雙工機(jī)11-發(fā)射、接收天線12-上變頻器13-中心站14-基站(五)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)驗(yàn)例子和附圖對(duì)本發(fā)明作具體說明。
由圖1所示，光毫米波產(chǎn)生模塊的各部件分別說明如下激光器1，用于產(chǎn)生指定波長的單縱模光信號(hào)，可以為DFB-LD；光強(qiáng)度調(diào)制器2，用于產(chǎn)生雙邊帶調(diào)制信號(hào)，可以為鈮酸鋰(LiNbO3)調(diào)制器，也可以為電吸收強(qiáng)度調(diào)制器；本實(shí)施例子調(diào)制器2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是由RF信號(hào)源3所產(chǎn)生的重復(fù)頻率為20GHZ的RF信號(hào)，也可以為更高的頻率。需要說明的是，必須確保光載波的功率和一階、二階邊帶的功率足夠大，使得三階和更高階的邊帶低于光波信號(hào)的30dB，從而忽略三階及以上高階邊帶；光交叉復(fù)用器4，其作用是將雙邊帶信號(hào)的一階及二階邊帶分開，其二輸出端口的頻率間隔根據(jù)RF的頻率而定，本實(shí)施例為25/50GHZ，則可將雙邊帶信號(hào)分開，分開后將產(chǎn)生重復(fù)頻率為40GHZ的光毫米波，其眼圖如圖2所示，其頻譜如圖3所示；光強(qiáng)度調(diào)制器22，用于加載基帶信號(hào)，可以為鈮酸鋰(LiNbO3)調(diào)制器，也可以為電吸收強(qiáng)度調(diào)制器；圖4為加載2.5Gbit/s數(shù)據(jù)后的光毫米波的眼圖；光交叉復(fù)用器44，用作光濾波器，其二輸出端頻率間隔應(yīng)為大于RF信號(hào)源3所產(chǎn)生的RF頻率的2倍，本實(shí)施例則為50/100GHZ，用于濾除三階及高階邊帶，輸出一個(gè)純凈的光載波；光功率耦合器7，用于將光載波與數(shù)據(jù)加載后的毫米波信號(hào)耦合一起后，進(jìn)入下行鏈路的光纖中。
所述的光毫米波產(chǎn)生模塊的具體連結(jié)方式為激光器1與光強(qiáng)度調(diào)制2的光接入端相連，光強(qiáng)度調(diào)制2的電接入端與射頻信號(hào)源3相連，射頻信號(hào)源的頻率可以為1～30GHz及以上。外部強(qiáng)度調(diào)制器3的輸出端與光交叉復(fù)用器4的輸入端相連，其輸出端的之一與強(qiáng)度調(diào)制器22的光輸入端相連，強(qiáng)度調(diào)制器的電輸入端與數(shù)據(jù)信號(hào)源5相連，強(qiáng)度調(diào)制器的輸出端與光功率耦合器7的輸入端相連；交叉復(fù)用器7的另一輸出端與交叉復(fù)用器44的輸入端相連，交叉復(fù)用器44的輸出端與光功率耦合器7相連；光功率耦合器的輸出端與下行鏈路的光纖8相連。傳輸光纖為單模光纖SMF-28，所述的光毫米波產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的光毫米波及加載數(shù)據(jù)后，可傳輸40公里。
所述的上行鏈路光載波波長再利用模塊，具體連接方式如下光交叉復(fù)用器444的輸入端與下行鏈路的長距離光纖線路8相連，其輸出端之一的偶數(shù)波長輸出端與下行光接收機(jī)9的輸入端相連，接收來自下行鏈路的光毫米波及加載的數(shù)據(jù)信號(hào)，通過雙工機(jī)10送入天線11中進(jìn)行發(fā)射；交叉復(fù)用器444的奇數(shù)波長輸出端與光調(diào)制器222的光輸入端相連，濾波輸出下行鏈路中的光載波；
強(qiáng)度調(diào)制器222的電輸入端與上變頻器12相連；上變頻器12的輸入端與全雙工機(jī)10相連；全雙工的另一輸入端與接收天線11相連，天線接收來自于客戶端的移動(dòng)終端發(fā)出的信號(hào)。強(qiáng)度調(diào)制器222的輸出端與上行鏈路的傳輸光纖88相連；上行鏈路的傳輸光纖88與中心站的上行鏈路的接收機(jī)6相連。
本方法適合于頻率為1～40GHZ以及其它頻率的WDM光纖傳輸無線信號(hào)系統(tǒng)。
本發(fā)明采用外部調(diào)制器雙邊帶調(diào)制和光交叉復(fù)用器進(jìn)行濾波產(chǎn)生光毫米波，使得中心站結(jié)構(gòu)簡單、高穩(wěn)定性和造價(jià)便宜，且能產(chǎn)生的光毫米波傳輸距離長；同時(shí)采用光交叉復(fù)用器實(shí)現(xiàn)了下行鏈路中的波長在上行鏈路中再利用，使得基站結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)便宜。
總之，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能用較低的成本產(chǎn)生高性能光毫米波，延長了傳輸距離，且使上行鏈路中的光載波得到重復(fù)利用，使得ROF系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，容易實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種光毫米波的產(chǎn)生方法，用于為ROF系統(tǒng)的下行鏈路產(chǎn)生可以攜帶信號(hào)的毫米波，其特征在于所述的方法包括以下步驟使用連續(xù)波激光器產(chǎn)生光載波；光載波信號(hào)進(jìn)入強(qiáng)度調(diào)制器并由RF信號(hào)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生雙邊帶(DSB)調(diào)制信號(hào)。將已調(diào)制信號(hào)的一階邊帶和二階邊帶有效的分離；一階邊帶的二個(gè)縱模將形成頻率為RF信號(hào)2倍的光毫米波；通過外部調(diào)制器將下行鏈路的數(shù)據(jù)加載到光毫米波上；分離的光載波和二階邊帶將被另一個(gè)交叉復(fù)用器進(jìn)一步分開，得到被分離的光載波；光載波和數(shù)據(jù)加載后的光毫米波再次耦合進(jìn)行入長距離光纖線路，傳輸至基站。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的光毫米產(chǎn)生方法，其特征在于采用了外部調(diào)制器和光交叉復(fù)用器。
3.根據(jù)權(quán)利1光毫米波的產(chǎn)生方法，其特征在于采用了交叉復(fù)用器濾除高階邊帶，得到純凈的載波。
4.一種光毫米產(chǎn)生和上行鏈路波長再利用方法，其特征在于，使用光交叉復(fù)用器得到下行鏈路中的光載波。
5.根據(jù)權(quán)利4所述的波長再利用的方法，其特征在于，將上行鏈路的數(shù)據(jù)通過外部調(diào)制器加載到從下行鏈路中得到的光載波上，并通過上行鏈路光纖傳輸至中心站。
6.一種光毫米產(chǎn)生和上行鏈路波長再利用系統(tǒng)，其特征在于采用了權(quán)利1-5中所述的各種方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種屬于光纖傳輸無線信號(hào)(Radio－on－Fiber，縮寫為ROF)通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域中的光毫米波產(chǎn)生和上行鏈路中波長再利用的方法和系統(tǒng)。采用最簡單的外部調(diào)制器雙邊帶調(diào)制方法和光交叉復(fù)用器進(jìn)行濾波產(chǎn)生光毫米波，使得中心站結(jié)構(gòu)簡單、高穩(wěn)定性和造價(jià)便宜，且能產(chǎn)生的光毫米波傳輸距離長；同時(shí)采用光交叉復(fù)用器實(shí)現(xiàn)了下行鏈路中的波長在上行鏈路中再利用，使得基站結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)便宜。另外還提供了一種實(shí)現(xiàn)光毫米波產(chǎn)生和上行鏈路波長再利用的ROF系統(tǒng)，可以利用所述的方法產(chǎn)生光毫米波及實(shí)現(xiàn)上行鏈路的波長再利用。
文檔編號(hào)H04J14/02GK101094038SQ200610031869
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2006年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日
發(fā)明者余建軍, 陳林 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)