專利名稱：光載無線收發(fā)裝置及波分復用光載無線通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光載無線通信(Radio over Fiber，R0F)技術(shù)，尤其涉及一種基于反射式半導體光放大器的光載無線收發(fā)裝置及波分復用光載無線通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光載無線是一種利用光纖將射頻信號從中心站拉遠到接入點的新技術(shù)。該技術(shù)充分發(fā)揮了光纖技術(shù)和無線技術(shù)的優(yōu)勢，具有大帶寬、低損耗、低成本、對協(xié)議透明和抗電磁干擾等眾多優(yōu)點，被認為是實現(xiàn)未來寬帶泛在接入網(wǎng)絡的有效解決方案。典型的光載無線系統(tǒng)由中心站、光纖鏈路和遠端接入點三部分組成。其主要思想是將無線信號模擬調(diào)制到光載波上，通過光纖鏈路完成中心站和遠端接入點的射頻信號傳輸。在這種系統(tǒng)中，光纖僅起到傳輸?shù)淖饔?，交換、控制和信號的再生都集中在中心站，遠端接入點僅實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換， 這樣，可以把復雜昂貴的設備集中到中心站點，讓多個遠端接入點共享這些設備，減少遠端接入點的功耗和成本。光載無線收發(fā)模塊主要放置于接入點，實現(xiàn)光電/電光轉(zhuǎn)換功能、射頻功率放大功能以及無線信號收發(fā)功能，是光載無線系統(tǒng)不可或缺的關(guān)鍵組成部分，可以用于有線電視、移動通信基站、分布式天線系統(tǒng)、衛(wèi)星通信、射電望遠鏡陣列、雷達和電子戰(zhàn)系統(tǒng)等。就目前的研究進展來看，主流的光載無線收發(fā)模塊(包括具有單一接收或發(fā)射功能的寬帶光載無線發(fā)射機或?qū)拵Ч廨d無線接收機)都內(nèi)置有激光器以及波長選擇器件。由此類模塊組成的光載無線系統(tǒng)，中心站下行無線信號的分發(fā)以及接入點上行信號的匯聚需要不同的激光波長作為載波。輸入到該收發(fā)模塊中的下行信號需要首先經(jīng)過波長選擇器件或者光環(huán)形器，以避免上下行信號相互串擾；然后將下行信號引入光電探測器轉(zhuǎn)化為電信號，放大后由天線輻射到自由空間，為用戶終端提供下行服務。同時，寬帶天線收集用戶終端的上行無線信號，放大后直接調(diào)制或外調(diào)制內(nèi)置激光器；調(diào)制后的光信號經(jīng)過光環(huán)形器或波長選擇器件發(fā)送回中心站，提供上行服務?；诩す馄鞯臒o線收發(fā)模塊方案有著明顯不足激光器價格昂貴、對溫度控制和波長控制電路的要求很高；每一個激光器有著特定的波長，使得該收發(fā)模塊不適合大規(guī)模生產(chǎn)，對中心站處理設備也有較大挑戰(zhàn)；上行下行需要不同的波長，頻譜效率較低；此外，建設和運行維護的成本較高，需要多個模塊備用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、易集成、對波長無選擇性的光載無線收發(fā)裝置，使基于該裝置的光載無線通信系統(tǒng)具有廣泛兼容性和易升級性，從而降低系統(tǒng)的整體成本并提高可靠性。具體而言，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)上述目的 一種光載無線收發(fā)裝置，該裝置包括
光耦合器，其具有第一至第三輸入/輸出端口，所述第一輸入/輸出端口用于與外部連接實現(xiàn)下行信號輸入和上行信號輸出；光電探測器，其輸入端與所述光耦合器的第二輸入/輸出端口連接； 第一微波放大器，其輸入端口與所述光電探測器的輸出端口連接； 反射型半導體光放大器，其具有光輸入/輸出端，以及電信號調(diào)制端，其中光輸入/輸出端與所述光耦合器的第三輸入/輸出端口連接；
第二微波放大器，其輸出端口與所述反射式半導體光放大器的電信號調(diào)制端連接； 環(huán)形器，其具有至少三個沿微波傳輸方向順序分布的端口 第一、第二、第三端口，其中第一、第三端口分別與第一微波放大器的輸出端口及第二微波放大器的輸入端口連接； 寬帶天線，該寬帶天線與所述環(huán)形器的第二端口連接。根據(jù)上述光載無線收發(fā)裝置，可得一種波分復用光載無線通信系統(tǒng)，包括中心站、 多個接入點，以及分別連接中心站和各接入點的光鏈路，其特征在于，每個接入點包含一個如權(quán)利要求1所述光載無線收發(fā)裝置，該光載無線收發(fā)裝置的光耦合器的第一輸入/輸出端口與相應的光鏈路連接；所述中心站采用波長作為不同接入點的標簽，將信號分發(fā)到不同接入點。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果
1、本發(fā)明中，上下行信號共享光載波，載波波長僅取決于輸入端的光波長，無需為上下行信號分別準備特定波長的光源及備份光源，使得該裝置具有很好的通用性，可以大批量生產(chǎn)；
2、本發(fā)明的無線信號收發(fā)功能由寬帶天線完成，光電/電光轉(zhuǎn)換功能分別由光電探測器和反射型半導體光放大器，功率放大功能由微波放大器完成，整個收發(fā)過程對信號的調(diào)制格式、編碼方式乃至無線網(wǎng)絡協(xié)議沒有具體要求，這使得該光載無線收發(fā)裝置具有對無線網(wǎng)絡協(xié)議的透明性和兼容性，支持多種無線業(yè)務的接入和網(wǎng)絡制式的平滑升級。3、基于本發(fā)明的光載無線通信系統(tǒng)，接入點設備沒有波長選擇性，使得中心站可以自由靈活地對波長資源進行動態(tài)調(diào)配；同時接入點設備具有對無線網(wǎng)絡協(xié)議的透明性， 使得系統(tǒng)升級只需在中心站進行，減少升級的難度和成本。


圖1為本發(fā)明的光載無線收發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為反射型半導體光放大器的結(jié)構(gòu)示意圖3為反射型半導體光放大器信號擦除的原理示意圖； 圖4為本發(fā)明的光載無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明
圖1為本發(fā)明提供的光載無線收發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，包括一個光耦合器100，一個光電探測器200，一個反射型半導體光放大器300，兩個微波放大器400、500，一個環(huán)形器600 和一個寬帶天線700。光耦合器100具有I、A、B三個輸入/輸出端口，其中I端口用于與外部連接實現(xiàn)下行信號輸入和上行信號輸出，A端口與光電探測器200的輸入端連接，B端口與反射型半導體光放大器300的光輸入/輸出端連接；光電探測器200的輸出端與微波放大器400的輸入端連接；反射型半導體光放大器300的電信號調(diào)制端與微波放大器500的輸出端連接。本具體實施方式
中，環(huán)形器600為具有沿微波傳輸方向順序分布的C、D、E 端口的三端環(huán)形器，其中C端口和E端口分別與微波放大器400的輸出端口及微波放大器 500的輸入端口連接，D端口與寬帶天線700連接。本發(fā)明也可采用其它類型的環(huán)形器，例如具有三個或更多端口的微帶式、波導式、帶狀線或同軸式環(huán)形器等。反射型半導體光放大器具備信號擦除、反射、放大和再調(diào)制功能，有著無色透明的
W. , MY Park, et al, "Bidirectional WDM-PON based on gain-saturated reflective semiconductor optical amplifiers, ，， IEEE Photonics Technology Letters, vol. 17，no. 1，pp. 2460 - 2462，2005)。目前反射型半導體光放大器已應用于波分復用無源光網(wǎng)絡(WDM-PON)中，是透明光網(wǎng)絡單元的關(guān)鍵器件。反射型半導體光放大器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，相比于兩端都鍍增透膜的傳統(tǒng)半導體光放大器，它的一個端面上鍍上了高反射膜，這樣只有一個光輸入/輸出端口和一個電信號調(diào)制端口。在電信號調(diào)制端輸入的電流驅(qū)動下，反射型半導體光放大器有源層價帶的電子會激發(fā)到導帶，當外界輸入光通過放大器時，有源層導帶的電子受激躍遷到價帶，輻射出與外界輸入光同頻率、同相位、同偏振的光子，從而對輸入光進行放大。如果同時快速改變調(diào)制電流，輸出的光功率就會隨控制信號變化，因此，反射型半導體光放大器在對信號起放大作用的同時，還能實現(xiàn)調(diào)制的功能。利用反射型半導體光放大器的增益飽和效應，可以實現(xiàn)下行信號的擦除，其原理如圖3所示。當反射型半導體光放大器的輸入功率較大時，輸出功率便不再隨輸入功率變化，達到飽和，此時，信號中的強弱變化被消除，輸出信號中不再包含信息。光載無線下行信號輸入到該裝置后，被光耦合器100通過A端口和B端口分為兩路。A路信號進入光電探測器200轉(zhuǎn)變成電信號，傳送至第一微波放大器400進行放大，然后從環(huán)形器600的C端口輸入并從D端口輸出，最后通過寬帶天線700輻射至自由空間，從而實現(xiàn)了下行信號的光電轉(zhuǎn)換、功率放大和信號發(fā)射功能，提供中心站到用戶終端的下行服務；B路信號進入反射型半導體光放大器300。在反射型半導體光放大器300中，B路信號所含的信息被有效擦除；用戶終端發(fā)出的無線信號由寬帶天線700收集，從環(huán)形器600的 D端口輸入并從E端口輸出，進入第二微波放大器500，放大后的信號進入反射型半導體光放大器300的電信號調(diào)制端，對信息擦除后的光信號(即光載波)進行再調(diào)制，完成電光轉(zhuǎn)換功能；被調(diào)制的光波被反射型半導體光放大器300反射回中心站，實現(xiàn)上行服務。由于本發(fā)明裝置的上下行信號共享光載波，載波波長僅取決于輸入端的光波長， 無需為上下行信號分別準備特定波長的光源及備份光源，使得該裝置具有對光波長的透明性；同時本發(fā)明的無線信號收發(fā)功能由寬帶天線完成，光電/電光轉(zhuǎn)換功能分別由光電探測器和反射型半導體光放大器，功率放大功能由微波放大器完成，整個收發(fā)過程對信號的調(diào)制格式、編碼方式乃至無線網(wǎng)絡協(xié)議沒有具體要求，使得該裝置具有對無線網(wǎng)絡協(xié)議的透明性和兼容性，支持多種無線業(yè)務的接入和網(wǎng)絡制式的平滑升級?；诒景l(fā)明的光載無線收發(fā)裝置，可組建波分復用光載無線通信系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。該系統(tǒng)包括中心站，#個接入點OV為自然數(shù))，分別連接中心站和各接入點的光鏈路。中心站一方面通過適配接口與主干網(wǎng)或城域網(wǎng)連接，一方面向多個接入點提供多業(yè)務服務。為了區(qū)分每個接入點的信息，中心站采用波長作為標簽，將不同波長的光信號通過光鏈路傳輸?shù)礁鹘尤朦c，每個接入點包含一個本發(fā)明提供的光載無線收發(fā)裝置，服務一個用戶小區(qū)。該收發(fā)裝置完成下行信號的光電轉(zhuǎn)換、功率放大和信號發(fā)射功能，最終為用戶提供多業(yè)務服務。同時，由用戶終端發(fā)出的上行信號被該收發(fā)裝置接收、放大和電光轉(zhuǎn)換后送回中心站處理。當前，反射型半導體光放大器可以支持頻率大于2. 5 GHz的再調(diào)制，而光電探測器、微波放大器、環(huán)形器和寬帶天線的工作頻段可以覆蓋0. 5-2. 5 GHz,因而本裝置可以用于WiFi、3G、WiMax、LTE、GSM等無線通信系統(tǒng)以及Zigbee、RFID、WSN等無線感知系統(tǒng)。
以上所述的具體實施例，對于本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細的說明。應當理解的是，以上所述僅為本發(fā)明方案的具體實施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在不脫離本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光載無線收發(fā)裝置，其特征在于，包括光耦合器，其具有第一至第三輸入/輸出端口，所述第一輸入/輸出端口用于與外部連接實現(xiàn)下行信號輸入和上行信號輸出；光電探測器，其輸入端與所述光耦合器的第二輸入/輸出端口連接； 第一微波放大器，其輸入端口與所述光電探測器的輸出端口連接； 反射型半導體光放大器，其具有光輸入/輸出端，以及電信號調(diào)制端，其中光輸入/輸出端與所述光耦合器的第三輸入/輸出端口連接；第二微波放大器，其輸出端口與所述反射式半導體光放大器的電信號調(diào)制端連接； 環(huán)形器，其具有至少三個沿微波傳輸方向順序分布的端口 第一、第二、第三端口，其中第一、第三端口分別與第一微波放大器的輸出端口及第二微波放大器的輸入端口連接； 寬帶天線，該寬帶天線與所述環(huán)形器的第二端口連接。
2.如權(quán)利要求1所述光載無線收發(fā)裝置，其特征在于，所述環(huán)形器為三端環(huán)形器。
3 一種波分復用光載無線通信系統(tǒng)，包括中心站、多個接入點，以及分別連接中心站和各接入點的光鏈路，其特征在于，每個接入點包含一個如權(quán)利要求1所述光載無線收發(fā)裝置，該光載無線收發(fā)裝置的光耦合器的第一輸入/輸出端口與相應的光鏈路連接；所述中心站采用波長作為不同接入點的標簽，將信號分發(fā)到不同接入點。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光載無線收發(fā)裝置，包括光耦合器、光電探測器、第一微波放大器、第二微波放大器、反射型半導體光放大器、環(huán)形器、寬帶天線。光載無線信號經(jīng)光耦合器分為兩路；一路經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)化為電信號后由第一微波放大器放大，再經(jīng)環(huán)形器送到寬帶天線發(fā)射，為用戶提供下行無線服務；另一路由反射型半導體光放大器將下行信息擦除，然后反射至上行方向作為上行光載波；寬帶天線收集的上行無線信號經(jīng)環(huán)形器傳輸至第二微波放大器放大，并通過反射型半導體光放大器調(diào)制到上行光載波，實現(xiàn)上行服務。本發(fā)明還公開了一種波分復用光載無線通信系統(tǒng)。本發(fā)明具有對無線網(wǎng)絡協(xié)議的透明性和兼容性，支持多種無線業(yè)務的接入和網(wǎng)絡制式的平滑升級。
文檔編號H04B10/24GK102201871SQ201110133029
公開日2011年9月28日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者朱丹, 朱貝貝, 潘時龍, 顧戎 申請人:南京航空航天大學