專利名稱：一種光纖無線電系統(tǒng)的信號調(diào)制解調(diào)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通訊技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及 一種光纖無線電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近些年來無線通信快速發(fā)展，無線用戶逐年遞增，業(yè)務(wù)更加多樣 化，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)急劇攀升，使得寬帶無線信號和載波頻率向高頻亳米波 擴展的需求日益迫切。電子器件的電子瓶頸使其遠遠不能滿足未來需 求的增長，而毫米波光纖無線電技術(shù)正是利用光纖技術(shù)的寬帶低損特 性，為綜合傳送各種無線業(yè)務(wù)信息提供了必要的巨大帶寬和傳輸質(zhì) 量，能有效解決了寬帶無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展所面臨的難點問題。高頻無 線寬帶信號的毫米波光纖無線電系統(tǒng)具有體積小、重量輕、成本低、 損耗小、抗電磁干擾、寬帶、低色散以及高容量等優(yōu)點，解決了傳統(tǒng) 微波傳輸系統(tǒng)在亳米波段存在損耗大、抗干擾能力弱等問題。此外， 它將光纖網(wǎng)絡(luò)的巨大容量和無線接入網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性與移動性有機結(jié) 合，為無線網(wǎng)絡(luò)提供了 "最后一公里"無縫接入，實現(xiàn)了真正意義的 "任何人、任何時間，于任何地點，以任何形式的通信"需求。
通常，相位調(diào)制比強度調(diào)制具有更好的性能，例如更高的帶寬利 用率、更好的抗干擾性能，現(xiàn)有的光纖無線電系統(tǒng)中釆用相位調(diào)制的 比例也越來越高， 一般釆用的都是基帶數(shù)字信號直接相位調(diào)制光載 波，然后上變頻后進行傳輸，這樣的調(diào)制方法已經(jīng)很成熟了，物理和 數(shù)學(xué)分析都非常全面，但是這種方法在解調(diào)的時候遇到困難，對解調(diào) 設(shè)備的精度要求非常高，這是不利于進一步提高系統(tǒng)傳輸性能和穩(wěn)定 性的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種光纖無線電系統(tǒng)的信號調(diào)制解調(diào)方法及裝置，釆用格式轉(zhuǎn)換技術(shù)，先將下行基帶數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，然后用 模擬信號去相位調(diào)制光載波，這樣不但保留了相位調(diào)制的優(yōu)點，而且 克服了解調(diào)時對解調(diào)設(shè)備的高精度的苛刻要求，避免了在基站使用馬 赫曾德爾干涉儀，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了成本，這種技術(shù)可以 方便地用于密集波分復(fù)用系統(tǒng)中，為設(shè)計光纖無線電系統(tǒng)的時候提供 了更多的選擇。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明釆用如下技術(shù)方案
本發(fā)明提供了一種光纖無線電系統(tǒng)的信號調(diào)制解調(diào)方法，所述光
纖無線電系統(tǒng)包括中心站、基站和無線終端，該方法包括步驟 Sl，中心站將下行基帶數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號； S2，中心站使用所述模擬信號來相位調(diào)制原始光載波，并將經(jīng)過
相位調(diào)制得到的光載波傳輸?shù)交荆?br> 53, 基站將接收的光載波延時、合成后，轉(zhuǎn)化為電信號，并發(fā)送 到無線終端；
54, 無線終端將接收的電信號進行混頻和低通濾波，解調(diào)得到下 行基帶數(shù)字信號。
優(yōu)選地，步驟S1中，中心站將下行基帶數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信 號的方法為
使用下行基帶數(shù)字信號以BPSK調(diào)制方式調(diào)制亳米波發(fā)生器產(chǎn)
生的原始亳米波電信號得到所述模擬信號。
優(yōu)選地，步驟S3中，基站對接收的光載波進行延時前先利用摻
鉺光纖放大器對所述光載波進行放大；
步驟S4中，在無線終端對電信號進行混頻前先利用電放大器對
所述電信號進行放大。
優(yōu)選地，步驟S1中的下行基帶數(shù)字信號和模擬信號為多路信號； 步驟S2中使用所述多路模擬信號來分別相位調(diào)制原始光載波。 優(yōu)選地，基站利用差分延時晶體對所述光載波進行延時，或利用保偏光纖和偏振分束器對所述光載波進行延時。
優(yōu)選地，步驟S2中，在中心站相位調(diào)制原始光載波前先利用偏 振控制器對所述原始光載波進行偏振態(tài)調(diào)節(jié)；
步驟S3中，在基站對所述光載波進行延時前先利用偏振控制器 對所述光載波進行偏振態(tài)調(diào)節(jié)。
本發(fā)明還提供了一種光纖無線電系統(tǒng)的信號調(diào)制解調(diào)裝置，該裝
置包括
激光器，用于產(chǎn)生原始光載波；
上變頻器，用于在中心站將下行基帶數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號；
相位調(diào)制器，用于使用所述模擬信號來相位調(diào)制原始光載波，并 將經(jīng)過相位調(diào)制得到的光載波傳輸?shù)交荆?br> 延時器，用于對基站接收的光載波進行延時；
光電探測器，用于將延時后的光載波轉(zhuǎn)化為電信號并發(fā)送到無線 終端；
混頻器，用于將無線終端接收的電信號進行混頻得到解調(diào)信號； 低通濾波器，用于將所述解調(diào)信號進行低通濾波實現(xiàn)下變頻得到 下行基帶數(shù)字信號。
優(yōu)選地，該裝置還包括
摻傳光纖放大器，用于在基站接收的光載波延時前對所述光載波 進行放大；
電放大器，用于在無線終端對電信號進行混頻前對所述電信號進 行放大；
所述延時器為差分群延時晶體，或為保偏光纖和與保偏光纖連接 的偏振分束器。
優(yōu)選地，該裝置還包括，
第一偏振控制器，連接在激光器和相位調(diào)制器之間，用于對激光 器所產(chǎn)生的原始光載波進行偏振態(tài)調(diào)節(jié)；第二偏振控制器，連接在摻餌光纖放大器和延時器之間，用于對 放大后的光載波信號進行偏振態(tài)調(diào)節(jié)。
優(yōu)選地，所述相位調(diào)制器為BPSK調(diào)制器，用于使用下行基帶數(shù)
字信號以BPSK調(diào)制方式調(diào)制亳米波發(fā)生器產(chǎn)生的原始亳米波電信 號得到所述模擬信號。
優(yōu)選地，該裝置所述激光器、上變頻器、相位調(diào)制器形成一組產(chǎn) 生光載波的光載波產(chǎn)生單元，該裝置包括若干個所述光載波產(chǎn)生單 元，用于產(chǎn)生多路光載波并傳輸?shù)交尽?br> 利用本發(fā)明提供的光纖無線電系統(tǒng)的信號調(diào)制解調(diào)方法及裝置， 具有以下有益效果
1 )在光纖無線電系統(tǒng)中實現(xiàn)了模擬信號相位調(diào)制另 一個模擬信 號的傳輸，既利用了相位調(diào)制的優(yōu)點，同時還克服了解調(diào)時對解調(diào)設(shè) 備的高精度的苛刻要求，避免了在基站使用馬赫曾德爾干涉儀，降低 了系統(tǒng)的成本，提高了穩(wěn)定性，信號的傳輸質(zhì)量非常高，符合實用化 的性能要求；
2)可以方便地用于密集波分復(fù)用系統(tǒng)中，極大的提高系統(tǒng)的容 量，為設(shè)計光纖無線電系統(tǒng)提供了更多的選擇。


圖i為本發(fā)明光纖無線電系統(tǒng)的信號調(diào)制解調(diào)方法流程圖2為實施例中光纖無線電系統(tǒng)的信號調(diào)制解調(diào)裝置一種結(jié)構(gòu)
圖3為實施例中光纖無線電系統(tǒng)的信號調(diào)制解調(diào)裝置另一種結(jié)構(gòu)
圖4為實施例中光纖無線電系統(tǒng)的信號調(diào)制解調(diào)裝置另一種結(jié)構(gòu)
圖5為實施例中光纖無線電系統(tǒng)的信號調(diào)制解調(diào)裝置再一種結(jié)構(gòu)
圖；圖6為實施例中在中心站原始光載波被模擬信號相位調(diào)制后的光 譜圖7為實施例中在無線終端解調(diào)出的下行基帶數(shù)字信號的眼圖； 圖8為實施例中下行基帶數(shù)字信號的誤碼率曲線圖； 圖9為用于密集波分復(fù)用系統(tǒng)中時在無線終端解調(diào)出的兩路下行 基帶數(shù)字信號的眼圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的一種無線電系統(tǒng)的信號調(diào)制方法及裝置，結(jié)合附圖 和實施例說明如下。 實施例l
本發(fā)明出的一種光纖無線電系統(tǒng)的信號調(diào)制解調(diào)方法，用于中心 站到無線終端間的信號調(diào)制解調(diào)，如圖1所示，該方法包括步驟
在中心站以某種格式將下行基帶數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，本實 施例中使用下行基帶數(shù)字信號以二進制相移鍵控BPSK ( binary phase-shift keying)調(diào)制方式調(diào)制亳米波發(fā)生器產(chǎn)生的原始亳米波電 信號得到所述模擬信號，當然也可以采用其它的調(diào)制方式將下行基帶 數(shù)字信號調(diào)制模擬信號而進行上變頻；
使用所述模擬信號來相位調(diào)制原始光載波，并將經(jīng)過相位調(diào)制得 到的光載波通過單模傳輸光纖單模光纖SMF ( single mode fiber)傳輸 到基站；
在基站首先通過摻餌光纖放大器EDFA ( Erbium-doped fiber amplifier)對接收的光載波信號進行放大，將放大后的光載波信號延 時z。 G。為遠小于基帶數(shù)字信號符號周期的任意值)并與未延時的光 載波信號合成后，利用光電探測器將合成后的光載波利用光電探測器 (Photonics detector)轉(zhuǎn)化為電信號，并通過天線將該電信號發(fā)送到 無線終端；
無線終端通過無線信道的傳輸接收上述電信號，接收電信號優(yōu)選
9首先利用電放大器EA對所述電信號進行放大，然后利用混頻器對放 大后的電信號進行混頻得到解調(diào)信號，利用低通濾波器將解調(diào)信號進 行低通濾波實現(xiàn)下變頻得到下行基帶數(shù)字信號，這就完成了整個傳輸 過程中的調(diào)制解調(diào)。
本發(fā)明所提出的方法中，中心站要傳輸?shù)南滦谢鶐?shù)字信號既可 以為一路，也可以為多路，如果在中心站傳輸?shù)南滦谢鶐?shù)字信號為 多路，該無線電系統(tǒng)為密集波分復(fù)用系統(tǒng)，這時，首先將所述多路下
行基帶數(shù)字信號分別轉(zhuǎn)化為模擬信號；分別使用所述模擬信號來相位
調(diào)制原始光載波，并將經(jīng)過相位調(diào)制的多路光載波傳輸?shù)交?，傳?到基站后的調(diào)制解調(diào)過程與前述方法相同。
優(yōu)選地，在中心站相位調(diào)制原始光載波前先利用偏振控制器PC (Polarization controller)對所述原始光載波進行偏振態(tài)調(diào)節(jié)；基站利 用差分延時晶體DGD ( Differential group delay crystal)對光載波進行 延時，或利用保偏光纖PMF ( Polarization maintaining fiber)和與PMF 連接的偏振分東器PBS (Polarization beam splitter)對所述光載波進 行延時；在基站對所述光載波進行延時前先利用偏振控制器對放大后 的光載波進行偏振態(tài)調(diào)節(jié)。
實施例2
本實施例中的光纖無線電系統(tǒng)的信號調(diào)制解調(diào)裝置，用于中心站 到無線終端間的信號調(diào)制解調(diào)，如圖2所示，該裝置包括
激光器，設(shè)置在中心站，用于產(chǎn)生原始光載波；
上變頻器，設(shè)置中心站，用于在中心站將下行基帶數(shù)字信號轉(zhuǎn)化 為模擬信號，本實施例中具體為BPSK調(diào)制器，用于使用下行基帶數(shù) 字信號以BPSK調(diào)制方式調(diào)制亳米波發(fā)生器產(chǎn)生的原始亳米波電信號 得到所述模擬信號；
相位調(diào)制器，設(shè)置在中心站，用于使用所述模擬信號來相位調(diào)制 原始光載波，并將經(jīng)過相位調(diào)制得到的光載波通過單模傳輸光纖SMF傳輸?shù)交荆?br> 延時器，設(shè)置在基站，用于對基站接收的光載波進行延時并與未
延時光載波合成；
光電探測器，用于將合成后的光載波轉(zhuǎn)化為電信號并通過天線發(fā) 送到無線終端；
混頻器，用于將無線終端接收的電信號進行混頻得到解調(diào)信號； 低通濾波器(未示出)，用于將所述解調(diào)信號進行低通濾波實現(xiàn) 下變頻得到下行基帶數(shù)字信號。 實施例3
本實施例中除具有與實施例2相同的部件外，如圖3所示，該裝 置還包括第一偏振控制器，連接在可調(diào)諧激光器TL( Tunable laser) 和相位調(diào)制器之間，用于對TL所產(chǎn)生的原始光載波進行偏振態(tài)調(diào)節(jié)； 摻傳光纖放大器EDFA，用于在基站接收的光載波延時前對所述光載 波進行放大；第二偏振控制器，連接在摻餌光纖放大器和延時器之間， 用于對放大后的電信號進行偏振態(tài)調(diào)節(jié)；電放大器，用于在無線終端 對電信號進行混頻前對所述電信號進行放大；本實施例中延時器具體 釆用差分群延時晶體DGD實現(xiàn)延時，低通濾波器具體釆用電低通濾 波器LP ( Electronic low pass filte )實現(xiàn)低通濾波。下行基帶數(shù)字信號 具體為偽隨機序列信號。
實施例4
本實施例中除具有與實施例2相同的部件外，如圖4所示，該裝 置還包括第一偏振控制器，連接在TL和相位調(diào)制器之間，用于對 TL所產(chǎn)生的原始光載波進行偏振態(tài)調(diào)節(jié)；摻餌光纖放大器EDFA, 用于在基站接收的光載波延時前對所述光載波進行放大；第二偏振控 制器，連接在摻餌光纖放大器和延時器之間，用于對放大后的電信號 進行偏振態(tài)調(diào)節(jié)；電放大器，用于在無線終端對電信號進行混頻前對 所述電信號進行放大；本實施例中延時器具體釆用保偏光纖PMF和與PMF連接的偏振分束器PBS實現(xiàn)延時，低通濾波器具體釆用電低 通濾波器LP實現(xiàn)低通濾波。下行基帶數(shù)字信號具體為偽隨機序列信號。
實施例5
本實施例中的光纖無線電系統(tǒng)為密集波分復(fù)用系統(tǒng)，如圖5所 示，該裝置所述激光器、上變頻器、相位調(diào)制器形成一組產(chǎn)生光載波 的光載波產(chǎn)生單元，該裝置包括若干個所述光載波產(chǎn)生單元，用于產(chǎn) 生多路光載波并傳輸?shù)交?。圖3~圖5中的10GHz clock表示頻率為 10GHz的原始微波信號，經(jīng)過混頻器，10GHz clock與下行基帶信號 相乘，就實現(xiàn)了將基帶信號轉(zhuǎn)化為模擬信號。圖5中的OBF ( optical bandpass filter)為光帶通濾波器，作用就是普通的帶通濾波器的作用。
本實施例中具體實現(xiàn)的實驗裝置參數(shù)如下可調(diào)諧激光器TL工 作在1551.6nm處，發(fā)射功率6dBm，信號源產(chǎn)生1.25GHz的周期為211-1 的偽隨機序列信號作為下行基帶數(shù)字信號，調(diào)制所用的亳米波信號頻 率10GHz，功率10dBm, EDFA的工作電流為36mA，光相位調(diào)制器的 偏置電壓3.6V，調(diào)制深度10%，電放大器中心頻率10GHz，帶寬6GHz， 工作電壓8V ， DGD晶體延時25ps ，光帶通濾波器OBF( optical bandpass filter)的中心波長與可調(diào)諧激光器產(chǎn)生的激光中心波長保持一致。圖 6為被下行亳米波信號相位調(diào)制后的光譜圖，可以看到信號已經(jīng)被調(diào) 制到光載波上。圖7是解調(diào)出的下行基帶數(shù)據(jù)的眼圖，可以看到眼圖 質(zhì)量非常的好，說明預(yù)期的模擬信號相位調(diào)制方法是可行的，性能是 非常好的。圖8是下行基帶數(shù)據(jù)的誤碼率曲線，可以看到下行誤碼率 曲線近似為直線，沒有出現(xiàn)誤碼平臺，可以說本方案的性能是非常好 的。通過仿真實驗驗證了密集波分復(fù)用系統(tǒng)是可行的，以兩路用戶為 例，依據(jù)圖5所示裝置進行調(diào)制解調(diào)，兩路光載波波長分別是 1553.60nm和1553.20nm,圖9是兩路分別得到的眼圖，可以看到兩路 用戶能夠同時正確解調(diào)，這就驗證了密集波分復(fù)用的可行性。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān) 技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下， 還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明 的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1、一種光纖無線電系統(tǒng)的信號調(diào)制解調(diào)方法，所述光纖無線電系統(tǒng)包括中心站、基站和無線終端，其特征在于，該方法包括步驟S1，中心站將下行基帶數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號；S2，中心站使用所述模擬信號來相位調(diào)制原始光載波，并將經(jīng)過相位調(diào)制得到的光載波傳輸?shù)交?；S3，基站將接收的光載波延時、合成后，轉(zhuǎn)化為電信號，并發(fā)送到無線終端；S4，無線終端將接收的電信號進行混頻和低通濾波，解調(diào)得到下行基帶數(shù)字信號。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，步驟S1中，中心 站將下行基帶數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號的方法為使用下行基帶數(shù)字信號以BPSK調(diào)制方式調(diào)制毫米波發(fā)生器產(chǎn) 生的原始毫米波電信號得到所述模擬信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，步驟S3中，基站對接收的光載波進行延時前先利用摻鉺光纖放 大器對所述光載波進行放大；步驟S4中，在無線終端對電信號進行混頻前先利用電放大器對 所述電信號進行放大。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于， 步驟S1中的下行基帶數(shù)字信號和模擬信號為多路信號；步驟S2中使用所述多路模擬信號來分別相位調(diào)制原始光載波。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，基站利用差分延 時晶體對所述光載波進行延時，或利用保偏光纖和偏振分東器對所述 光載波進行延時。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，步驟S2中，在中 心站相位調(diào)制原始光載波前先利用偏振控制器對所述原始光載波進行偏振態(tài)調(diào)節(jié)；步驟S3中，在基站對所述光載波進行延時前先利用偏振控制器對所述光載波進行偏振態(tài)調(diào)節(jié)。
7、 一種光纖無線電系統(tǒng)的信號調(diào)制解調(diào)裝置，其特征在于，該 裝置包括激光器，用于產(chǎn)生原始光載波；上變頻器，用于在中心站將下行基帶數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號；相位調(diào)制器，用于使用所述模擬信號來相位調(diào)制原始光載波，并 將經(jīng)過相位調(diào)制得到的光載波傳輸?shù)交?；延時器，用于對基站接收的光載波進行延時；光電探測器，用于將延時后的光載波轉(zhuǎn)化為電信號并發(fā)送到無線 終端；混頻器，用于將無線終端接收的電信號進行混頻得到解調(diào)信號； 低通濾波器，用于將所述解調(diào)信號進行低通濾波實現(xiàn)下變頻得到 下行基帶數(shù)字信號。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括 摻傳光纖放大器，用于在基站接收的光載波延時前對所述光載波進行放大；電放大器，用于在無線終端對電信號進行混頻前對所述電信號進 行放大；所述延時器為差分群延時晶體，或為保偏光纖和與保偏光纖連接 的偏振分束器。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括， 第一偏振控制器，連接在激光器和相位調(diào)制器之間，用于對激光器所產(chǎn)生的原始光載波進行偏振態(tài)調(diào)節(jié)；第二偏振控制器，連接在摻餌光纖放大器和延時器之間，用于對 放大后的光載波信號進行偏振態(tài)調(diào)節(jié)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7 9任一所述的裝置，其特征在于，所述相位調(diào)制器為BPSK調(diào)制器，用于使用下行基帶數(shù)字信號以BPSK調(diào)制方 式調(diào)制毫米波發(fā)生器產(chǎn)生的原始亳米波電信號得到所述模擬信號。
11、 根據(jù)權(quán)利要求7 9任一所述的裝置，其特征在于，該裝置所 述激光器、上變頻器、相位調(diào)制器形成一組產(chǎn)生光載波的光載波產(chǎn)生 單元，該裝置包括若干個所述光載波產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生多路光載波 并傳輸?shù)交尽?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及光纖無線電系統(tǒng)的信號調(diào)制解調(diào)方法及裝置，包括步驟中心站將下行基帶數(shù)字信號調(diào)制到微波上轉(zhuǎn)化為模擬信號；使用模擬信號來相位調(diào)制原始光載波，并將相位調(diào)制得到的光載波傳輸?shù)交?；基站將接收的光載波延時合成后轉(zhuǎn)化為電信號并發(fā)送到無線終端；無線終端將接收的電信號進行混頻和低通濾波，解調(diào)得到下行基帶數(shù)字信號，該裝置中包括上變頻器，用于在中心站將下行基帶數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號；相位調(diào)制器，用于使用模擬信號來相位調(diào)制原始光載波，并將經(jīng)過相位調(diào)制得到的光載波傳輸?shù)交?。本發(fā)明既利用了相位調(diào)制的優(yōu)點，同時還克服了對解調(diào)設(shè)備的高精度的苛刻要求，并省去傳統(tǒng)解調(diào)所需的馬赫曾德爾干涉儀，提高了基站的穩(wěn)定性。
文檔編號H04B10/12GK101510804SQ200910080739
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者張漢一, 熙 武, 鄭小平, 和 聞 申請人:清華大學(xué)