專利名稱：全光產(chǎn)生六倍頻高速毫米波的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光通信技術(shù)領(lǐng)域的方法和裝置，具體的說(shuō)，是在光載無(wú)線通信系統(tǒng)中全光產(chǎn)生六倍頻高速毫米波的方法。
背景技術(shù)：
光載無(wú)線通信是一種新興的技術(shù)，它主要結(jié)合光纖和無(wú)線通信兩大技術(shù)，利用光纖的低損耗、高帶寬特性，提升無(wú)線接入網(wǎng)的帶寬和移動(dòng)性，為用戶提供“隨時(shí)，隨地，任何業(yè)務(wù)”的無(wú)線接入服務(wù)。與傳統(tǒng)的無(wú)線系統(tǒng)相比，光載無(wú)線通信有著更廣的蜂窩覆蓋，更高的帶寬，較低的配置成本，較低的功耗以及易于動(dòng)態(tài)管理和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)超過(guò) mbit/s的超寬帶無(wú)線接入，是滿足人們對(duì)寬帶業(yè)務(wù)需求的極具競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案。在超寬帶蜂窩網(wǎng)絡(luò)、室內(nèi)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)、視頻分布系統(tǒng)、智能交通通信和控制等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著人們對(duì)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻以及交互式服務(wù)等移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)需求的日益增加，以及低頻頻段的信道擁塞和相互干擾，在光載無(wú)線通信系統(tǒng)中，迫切需要采用高頻毫米波(如最近備受關(guān)注的60-GHz毫米波)攜載高速數(shù)據(jù)以提高無(wú)線通信系統(tǒng)的容量，同時(shí)使無(wú)線信道突破擁擠的低頻頻段。傳統(tǒng)的電產(chǎn)生高頻毫米波的方法，受技術(shù)和工藝的局限，配置成本高，系統(tǒng)復(fù)雜，得到的高頻毫米波調(diào)諧范圍窄，幅頻特性較差，相位噪聲較高，不能很好的滿足實(shí)際的需要，特別是對(duì)于超過(guò)IOO-GHz的高頻信號(hào)，目前電產(chǎn)生的方法還難以實(shí)現(xiàn)。而基于光頻率相乘的全光產(chǎn)生毫米波的技術(shù)，產(chǎn)生的毫米波信號(hào)具有很高的頻譜純度和相位相干性，方法簡(jiǎn)單，成本低，具有很廣泛的應(yīng)用前景，吸引了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界越來(lái)越多的關(guān)注。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Andreas Wiberg等人在《IEEE Journal of lightwave technology》(《IEEE光波技術(shù)期刊》)2006年第M卷中的文章“Microwave photonics frequency multiplication utilizing four-wave mixing and fiber Bragg grating (利用四波混頻和光纖布拉格光柵的微波光子頻率相乘技術(shù))”，該文采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的馬赫曾德調(diào)制器，以及利用四波混頻非線性效應(yīng)和光纖布拉格光柵的濾波方法，使用 6. 67-GHz的低速射頻信號(hào)，全光產(chǎn)生了 40-GHz (射頻調(diào)制信號(hào)頻率的六倍)的高速毫米波， 不需要價(jià)格昂貴的高速光電設(shè)備。但是這個(gè)方案存在如下缺點(diǎn)1、產(chǎn)生四波混頻效應(yīng)需采用400米長(zhǎng)的高非線性光纖，以及高功率光放大器，因此增加了系統(tǒng)的配置成本；2、采用多個(gè)分立的光器件使得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，插入損耗大，難以實(shí)現(xiàn)集成化；3、基于高非線性光纖的四波混頻會(huì)引起受激布立淵散射而影響四波混頻的效率；4、需要使用光纖布拉格光柵濾除不需要的其它頻率成分，由于光纖布拉格光柵對(duì)溫度和光波波長(zhǎng)很敏感，因此會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的毫米波缺乏良好的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種全光產(chǎn)生六倍頻高速毫米波的方法，即使用IO-GHz的低速射頻信號(hào)和低速光電設(shè)備，全光產(chǎn)生60-GHz的高速毫米波信號(hào)。本方案基于微波光子頻率相乘技術(shù)，采用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的低速馬赫曾德調(diào)制器，通過(guò)簡(jiǎn)單設(shè)置兩個(gè)馬赫曾德調(diào)制器的偏置電壓，以及控制兩個(gè)馬赫曾德調(diào)制器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位差和幅度，得到頻率為六倍射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率的高頻毫米波。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟
步驟一，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生頻率為的射頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)電分路器進(jìn)行處理后后得到第一射頻信號(hào)和第二射頻信號(hào)，第一射頻信號(hào)和第二射頻信號(hào)的頻率都是；
步驟二，頻率為的連續(xù)光波，被第一馬赫曾德調(diào)制器調(diào)制，偏置在其傳輸曲線的最高點(diǎn)，用第一射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)第一馬赫曾德調(diào)制器，輸出包含3個(gè)諧波成分的光信號(hào)，分別為 頻率為的光載波，頻率分別為和的2個(gè)二次邊帶；
所述步驟二中，第一馬赫曾德調(diào)制器偏置在最高點(diǎn)，奇次諧波成分(被完全抑制，只保留偶次諧波成分(，其中，高階偶次諧波成分由于光功率很小，因此可以不考慮，最終得到3 個(gè)諧波成分分別是光載波()和2個(gè)二次邊帶(和)。步驟三，通過(guò)電放大器調(diào)節(jié)第一射頻信號(hào)的幅度，使得光載波和2個(gè)二次邊帶的貝賽爾系數(shù)相等，以使第一馬赫曾德調(diào)制器輸出的光信號(hào)的3個(gè)諧波成分的光功率相同；
所述貝賽爾系數(shù)，是指通過(guò)查詢貝賽爾函數(shù)表得到的數(shù)值，光載波和2個(gè)二次邊帶的貝賽爾系數(shù)相等，即有，是射頻信號(hào)的幅度，是馬赫曾德調(diào)制器的半波電壓。步驟四，第一馬赫曾德調(diào)制器產(chǎn)生的3個(gè)諧波成分被第二馬赫曾德調(diào)制器調(diào)制， 第二馬赫曾德調(diào)制器偏置在傳輸曲線的最低點(diǎn)，并且第二馬赫曾德調(diào)制器由放大了的第二射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)，輸出的光信號(hào)包括6個(gè)諧波成分；
所述步驟四中，第二馬赫曾德調(diào)制器偏置在傳輸曲線的最低點(diǎn)，將第一馬赫曾德調(diào)制器輸出的3個(gè)諧波成分別通過(guò)光載波抑制調(diào)制，每一個(gè)諧波成分產(chǎn)生兩個(gè)新的諧波，共得到6個(gè)諧波成分，即頻率為的諧波成分產(chǎn)生頻率為和兩個(gè)新的諧波成分，頻率為的諧波成分產(chǎn)生頻率為和兩個(gè)新的諧波成分，頻率為的諧波成分產(chǎn)生頻率為和兩個(gè)新的諧波成分， 其中頻率分別為和的兩個(gè)諧波都產(chǎn)生了頻率為的新諧波成分，品率分別為和的兩個(gè)諧波都產(chǎn)生了頻率為的新諧波成分，也即產(chǎn)生了同樣頻率的新成分。步驟五，使用移相器調(diào)節(jié)第一射頻信號(hào)和第二射頻信號(hào)的相位，使得兩個(gè)射頻信號(hào)之間的相位相差為60度，則由頻率為的諧波產(chǎn)生的頻率為的新諧波成分與由頻率為的諧波產(chǎn)生的頻率為的新諧波成分頻率相同，兩個(gè)新諧波成分的相位完全相反，另外由于兩者的幅度一樣，因此它們恰好相互抵消；同理，頻率為和的諧波產(chǎn)生的頻率均為的新諧波成分也恰好相互抵消，最終只剩下頻率為和的兩個(gè)諧波成分，它們的頻率間隔為6倍射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率，即等于；
步驟六，將得到的頻率間隔為6倍射頻信號(hào)頻率的光信號(hào)輸入到一個(gè)接收機(jī)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到6倍頻的高速毫米波。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果1、從發(fā)射端需要的器件方面比較(不考慮兩個(gè)方案中相同的器件)本發(fā)明只需要兩個(gè)普通的馬赫曾德調(diào)制器和一個(gè)電移相器， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器件少，成本低；2、從得到的毫米波信號(hào)性能方面比較本發(fā)明基于線性的光子頻率相乘技術(shù)，得到的信號(hào)穩(wěn)定，頻譜純度高，相干性好，實(shí)施簡(jiǎn)單。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。本實(shí)施例包括以下步驟
步驟一，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生頻率為的射頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)電分路器進(jìn)行處理后后得到第一射頻信號(hào)和第二射頻信號(hào)，第一射頻信號(hào)和第二射頻信號(hào)的頻率都是；
步驟二，頻率為的連續(xù)光波，被第一馬赫曾德調(diào)制器調(diào)制，偏置在其傳輸曲線的最高點(diǎn)，用第一射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)第一馬赫曾德調(diào)制器，輸出包含3個(gè)諧波成分的光信號(hào)，分別為 頻率為的光載波，頻率分別為和的2個(gè)二次邊帶；
所述步驟二中，第一馬赫曾德調(diào)制器偏置在最高點(diǎn)，奇次諧波成分(被完全抑制，只保留偶次諧波成分(，其中，高階偶次諧波成分由于光功率很小，因此可以不考慮，最終得到3 個(gè)諧波成分分別是光載波()和2個(gè)二次邊帶(和)。步驟三，通過(guò)電放大器調(diào)節(jié)第一射頻信號(hào)的幅度，使得光載波和2個(gè)二次邊帶的貝賽爾系數(shù)相等，以使第一馬赫曾德調(diào)制器輸出的光信號(hào)的3個(gè)諧波成分的光功率相同；
所述貝賽爾系數(shù)，是指通過(guò)查詢貝賽爾函數(shù)表得到的數(shù)值，光載波和2個(gè)二次邊帶的貝賽爾系數(shù)相等，即有，是射頻信號(hào)的幅度，是馬赫曾德調(diào)制器的半波電壓。步驟四，第一馬赫曾德調(diào)制器產(chǎn)生的3個(gè)諧波成分被第二馬赫曾德調(diào)制器調(diào)制， 第二馬赫曾德調(diào)制器偏置在傳輸曲線的最低點(diǎn)，并且第二馬赫曾德調(diào)制器由放大了的第二射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)，輸出的光信號(hào)包括6個(gè)諧波成分；
所述步驟四中，第二馬赫曾德調(diào)制器偏置在傳輸曲線的最低點(diǎn)，將第一馬赫曾德調(diào)制器輸出的3個(gè)諧波成分別通過(guò)光載波抑制調(diào)制，每一個(gè)諧波成分產(chǎn)生兩個(gè)新的諧波，共得到6個(gè)諧波成分，即頻率為的諧波成分產(chǎn)生頻率為和兩個(gè)新的諧波成分，頻率為的諧波成分產(chǎn)生頻率為和兩個(gè)新的諧波成分，頻率為的諧波成分產(chǎn)生頻率為和兩個(gè)新的諧波成分， 其中頻率分別為和的兩個(gè)諧波都產(chǎn)生了頻率為的新諧波成分，品率分別為和的兩個(gè)諧波都產(chǎn)生了頻率為的新諧波成分，也即產(chǎn)生了同樣頻率的新成分。步驟五，使用移相器調(diào)節(jié)第一射頻信號(hào)和第二射頻信號(hào)的相位，使得兩個(gè)射頻信號(hào)之間的相位相差為60度，則由頻率為的諧波產(chǎn)生的頻率為的新諧波成分與由頻率為的諧波產(chǎn)生的頻率為的新諧波成分頻率相同，兩個(gè)新諧波成分的相位完全相反，另外由于兩者的幅度一樣，因此它們恰好相互抵消；同理，頻率為和的諧波產(chǎn)生的頻率均為的新諧波成分也恰好相互抵消，最終只剩下頻率為和的兩個(gè)諧波成分，它們的頻率間隔為6倍射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率，即等于；
步驟六，將得到的頻率間隔為6倍射頻信號(hào)頻率的光信號(hào)輸入到一個(gè)接收機(jī)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到6倍頻的高速毫米波。本實(shí)施例通過(guò)全光產(chǎn)生六倍頻高速毫米波的裝置實(shí)現(xiàn)，包括激光器、信號(hào)發(fā)生器、第一馬赫曾德調(diào)制器、第二馬赫曾德調(diào)制器、一個(gè)電移相器、一個(gè)電分路器、第一電放大器、第二放大器，其中激光器的輸出端口與第一馬赫曾德調(diào)制器的輸入端口相連，信號(hào)發(fā)生器的輸出端與電分路器的輸入端相連，電分路器的一個(gè)輸出端與第一電放大器的輸入端相連，第一電放大器的輸出端和第一馬赫曾德調(diào)制器的射頻輸入端口相連，第一馬赫曾德調(diào)制器的輸出端口與第二馬赫曾德調(diào)制器的輸入端口相連，電分路器的另一個(gè)輸出端口通過(guò)電移相器和第二電放大器的輸入端相連，第二電放大器的輸出端口連接到第二馬赫曾德調(diào)制器的射頻輸入端口，第二馬赫曾德調(diào)制器的輸出端口輸出6倍頻的毫米波信號(hào)。
本實(shí)施例中的第一馬赫曾德調(diào)制器和第二馬赫曾德調(diào)制器均為單臂馬赫曾德調(diào)制器，連續(xù)光波的頻率為，單臂馬赫曾德調(diào)制器被頻率為的射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)，偏置在其傳輸曲線的最高點(diǎn)時(shí)，單臂馬赫曾德調(diào)制器輸出的光信號(hào)中，奇次諧波成分被完全抑制，只保留偶次諧波成分，最終得到包含0階(頻率成分)和兩個(gè)二階諧波成分()的光信號(hào)，它們的頻率間隔為2倍射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率()。如果單臂馬赫曾德調(diào)制器被偏置在傳輸曲線的最低點(diǎn)時(shí)，馬赫曾德調(diào)制器輸出的光信號(hào)中，偶次諧波成分被完全抑制，只保留奇次諧波成分，最終得到包含兩個(gè)一階諧波成分()的光信號(hào)，它們的頻率間隔也為2倍射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率， 由于其它高次諧波成分相比較一次和二次成分的幅度很小，因此可以忽略不計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種全光產(chǎn)生六倍頻高速毫米波的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生頻率為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全光產(chǎn)生六倍頻高速毫米波的方法，其特征在于，所述步驟二中，第一馬赫曾德調(diào)制器偏置在最高點(diǎn)，奇次諧波成分被完全抑制，只保留偶次諧波成分，其中高階偶次諧波成分由于光功率很小，不予考慮，最終得到3個(gè)諧波成分，分別是頻率為一 c的光載波，頻率分別為—e O L s和―e O 2^ s的2個(gè)二次邊帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全光產(chǎn)生六倍頻高速毫米波的方法和裝置，其特征在于，所述貝賽爾系數(shù)，是指通過(guò)查詢貝賽爾函數(shù)表得到的數(shù)值，光載波和2個(gè)二次邊帶的貝賽爾系數(shù)相等，即有f)n々(gf) 是射頻信號(hào)的幅度，ι是馬赫曾德調(diào)制器的半波電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全光產(chǎn)生六倍頻高速毫米波的方法，其特征在于，所述步驟四中，第二馬赫曾德調(diào)制器偏置在傳輸曲線的最低點(diǎn)，將第一馬赫曾德調(diào)制器輸出的3個(gè)諧波成分別通過(guò)光載波抑制調(diào)制，每一個(gè)諧波成分產(chǎn)生兩個(gè)新的諧波，共得到6個(gè)諧波成分，即頻率為‘ c的諧波成分產(chǎn)生頻率為‘ e CLi和一 Cd^i兩個(gè)新的諧波成分，頻率為…的諧波成分產(chǎn)生頻率為-^0 3-^和―^ □一 s兩個(gè)新的諧波成分，頻率S^eEHi的諧波成分產(chǎn)生頻率為‘eCia^i和‘^□‘Λ兩個(gè)新的諧波成分，其中頻率分別為-c和‘的兩個(gè)諧波都產(chǎn)生了頻率為的新諧波成分，品率分別為-c和-的兩個(gè)諧波都產(chǎn)生了頻率為.LeElijf的新諧波成分，也即產(chǎn)生了同樣頻率的新成分。
全文摘要
一種在光載無(wú)線通信系統(tǒng)中全光產(chǎn)生高速毫米波的方法，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域。方法為兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的馬赫曾德調(diào)制器相互級(jí)聯(lián)，分別被低速射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)選擇兩個(gè)馬赫曾德調(diào)制器的偏置點(diǎn)分別為傳輸曲線的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，以及簡(jiǎn)單地控制兩個(gè)馬赫曾德調(diào)制器射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度和相位，得到重復(fù)頻率為六倍射頻信號(hào)頻率的高速毫米波。本發(fā)明采用線性的光頻率相乘技術(shù)，產(chǎn)生的毫米波具有很好的頻譜純度和相位相干性。該技術(shù)不需要昂貴的高速的光電器件和復(fù)雜的非線性信號(hào)處理技術(shù)，大大降低了配置成本，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如果采用高速器件，不必改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，就可以很容易的提升到100GHz以上的頻段，在未來(lái)的無(wú)線寬帶通信中具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H04B10/155GK102255663SQ20111007849
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者曹曉晶 申請(qǐng)人:曹曉晶