專利名稱：基于超連續(xù)譜的毫米波wdm-rof系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通信技術，特別涉及一種基于超連續(xù)譜的毫米波波分復用-光無線復 合(WDM-R0F)系統(tǒng)和方法。
背景技術：
近年來利用光纖通信技術建設的大型骨干網(wǎng)絡已經在全世界范圍內分布，實現(xiàn)了 大容量信息的長距離傳輸。為了滿足移動性、靈活性、大容量和低損耗信號傳輸?shù)囊?，?種將無線接入技術和光纖接入技術結合的新型接入技術-光無線復合(Radio Over Fiber, R0F)技術被提出來。R0F技術是以光纖為傳輸媒介、光波為載波、微波為調制波進行信息傳 輸?shù)囊环N技術，也就是在光纖上傳遞帶有信息的射頻信號，并把這種射頻信號通過天線輻 射的形式向用戶傳播的技術?，F(xiàn)有的基于R0F的光無線通信系統(tǒng)包括中心站(Center Station, CS)、基站 (Base Station，BS)和鏈接兩者的光纖鏈路。其中，光纖鏈路包括基站至中心站的上行光 鏈路和中心站至基站的下行光鏈路。由于無線信號在空氣信道中的頻率衰減特性，為了滿 足覆蓋范圍的需要，該系統(tǒng)中的每個BS需連接多個天線，這就會增加系統(tǒng)的負荷及基站的 維護費用；因此，現(xiàn)有的基于R0F的光無線通信系統(tǒng)中，CS集中了大量的數(shù)據(jù)處理、控制管 理、無線載波的產生和調制等功能；BS只需要具備光/電信號的轉換、射頻信號放大及簡單 的無線信號收發(fā)等功能?，F(xiàn)有的基于R0F的光無線通信系統(tǒng)中，在某個時間段光纖鏈路的 一根光纖上僅僅傳輸一條信道的信號，浪費了光信道資源，限制了傳輸?shù)男畔⒘?；另外，?慮到射頻信號所承載的帶寬及在空氣信道中的衰減，應選擇毫米波波段的射頻信號作為副 載波，毫米波波段的射頻信號的頻率范圍在40GHz到100GHz之間，但由于工藝技術的限制， 無法利用較低的成本產生60GHz以上的高頻射頻信號，也就無法真正實現(xiàn)毫米波作為副載 波的無線傳輸方式。為了解決現(xiàn)有的基于R0F的光無線通信系統(tǒng)的浪費光信道資源的問題，WDM-R0F 系統(tǒng)應運而生。WDM-R0F系統(tǒng)就是在現(xiàn)有的基于R0F的光無線通信系統(tǒng)的基礎上，光纖鏈 路采用波分復用(Wavelength Division Multiplexing, WDM)技術，在同一時間在BS和CS 間形成多個信道，增加信道的容量，提高了傳輸?shù)男畔⒘?，解決了現(xiàn)有的基于R0F的光無線 通信系統(tǒng)的浪費光信道資源的問題。圖1為現(xiàn)有的WDM-R0F系統(tǒng)的結構示意圖。現(xiàn)結合圖1，對現(xiàn)有的WDM-R0F系統(tǒng)的 結構進行說明，具體如下現(xiàn)有的WDM-R0F系統(tǒng)包括發(fā)送模塊10、鏈路模塊11和接收模塊12。發(fā)送模塊10用于產生光信號，將產生的攜帶信息的高速數(shù)據(jù)信號加載到光信號 上，并對攜帶信息的高速數(shù)據(jù)信號的光信號進行相位和強度調制，輸出調制后的光信號至 鏈路模塊11。其中，發(fā)送模塊10包括M個光源和與每一光源連接的M個調制單元，其中，光 源采用激光器100，每一調制單元包括相位調制器101、信號驅動器102、強度調制器103和 射頻源104。激光器100用于產生窄譜光信號，且每兩個激光器100的中心波長的間隔大于等于WDM所要求的間隔；射頻源104用于產生高頻率的射頻信號；信號驅動器102用于產 生攜帶信息的高速數(shù)據(jù)信號；相位調制器101通過調整偏壓實現(xiàn)信號驅動器102產生的攜 帶信息的高速數(shù)據(jù)信號對激光器100產生的光信號的相位調制；強度調制器103利用射頻 源104輸出的高頻率的射頻信號，對相位調制器101輸出的調制到光信號上的攜帶信息的 高速數(shù)據(jù)信號進行強度調制，將調制后的攜帶信息的高速數(shù)據(jù)信號輸出至鏈路模塊11。發(fā) 送模塊10的每個強度調制器103輸出的調制后的光信號可作為一個光信道，其上攜帶有需 要傳輸?shù)男畔?。M為該系統(tǒng)產生的光信道的個數(shù)，M取正整數(shù)。鏈路模塊11利用WDM技術，將發(fā)送模塊10輸出的M個光信號通過光纖傳輸至接 收模塊12。其中，鏈路模塊11包括復用器110、光纖111和解復用器112。復用器110利 用WDM技術，將強度調制器103輸出的M個調制后的光信號復用到一條光鏈路中；連接復用 器110和解復用器112的光纖111用于傳遞復用的M個光信號；解復用器112將接收到的 光信號解復用獲得M個獨立的光信號，輸出至接收模塊12。接收模塊12對接收到的M個獨立的光信號進行濾波和解調，獲得攜帶信息的高速 數(shù)據(jù)信號。其中，接收模塊12包括M個處理單元，每一處理單元包括依次串聯(lián)連接的光帶 通濾波器120、光電檢測器121和解調器122。光帶通濾波器120用于去除其接收到的光信 號中的噪聲和干擾；光電檢測器121用于從光帶通濾波器120輸出的光信號中解調獲得電 信號；解調器122用于對光電檢測器121輸出的電信號進行解調獲得攜帶信息的高速數(shù)據(jù) 信號。上述現(xiàn)有的WDM-R0F系統(tǒng)能夠初步實現(xiàn)WDM的R0F傳輸，但并未實現(xiàn)毫米波無線 傳輸；該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)多波長-多信道的傳輸，提高了信道的容量，但提供光信號的光源采 用的是獨立的半導體激光器，價格昂貴，增加了系統(tǒng)的成本；在對攜帶信息的高速數(shù)據(jù)信 號進行調制時，利用了 M個價格昂貴的高頻的射頻源，進一步增加了系統(tǒng)的成本；現(xiàn)有的 WDM-R0F系統(tǒng)提供的光源數(shù)量有限，在很大程度上限制了信道容量的增加。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于超連續(xù)譜的毫米波WDM-R0F系統(tǒng)，該 系統(tǒng)能夠降低系統(tǒng)成本，提高信道容量，實現(xiàn)利用毫米波傳輸信息。本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于超連續(xù)譜的毫米波WDM-R0F方法，該方法能 夠降低成本，提高信道容量，實現(xiàn)利用毫米波傳輸信息。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案具體是這樣實現(xiàn)的一種基于超連續(xù)譜的毫米波波分復用-光無線復合WDM-R0F系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括發(fā) 送裝置、鏈路裝置和接收裝置；所述發(fā)送裝置包括光源模塊和N個調制模塊；所述光源模塊利用超連續(xù)譜光信號 產生2N路獨立的光信號，輸出N路獨立的光信號至鏈路裝置，輸出N路獨立的光信號至所 述N個調制模塊；所述調制模塊對N路獨立的光信號進行調制，輸出已調制的N路光信號至 鏈路裝置；所述2N路獨立的光信號為中心波長不同且互不混疊的光信號；所述已調制的N 路光信號的序號為2i-l ；所述光源模塊輸出至鏈路裝置的N路光信號為未調制的，其序號 為2i ；所述第2i路光信號的頻率與第2i-l路光信號的頻率的差值為接收裝置發(fā)射的攜帶 信息的毫米波射頻信號的頻率；N為大于等于1的正整數(shù)；i為大于等于1且小于等于N的整數(shù)；所述鏈路裝置利用WDM將已調制的N路光信號和未調制的N路光信號輸出至所述 接收裝置；所述接收裝置包括N個處理單元，所述N個處理單元中的每一處理單元對接收到 的第2i-l路光信號和第2i路光信號進行處理，獲得一路攜帶信息的毫米波射頻信號，發(fā)射 攜帶信息的毫米波射頻信號。上述裝置中，所述光源模塊包括激光器，通過光纖連接光柵陣列，將產生的脈沖光耦合至光纖；光纖，將脈沖光轉換為超連續(xù)譜光信號，輸出超連續(xù)譜光信號至光柵陣列；光柵陣列，包含2N個串聯(lián)連接的光柵，每一個光柵反射與其中心波長相同的光信 號，所述2N個串聯(lián)連接的光柵將接收到的超連續(xù)譜光信號劃分成2N個中心波長不同的光 信號，并將含有2N個中心波長的一路光信號輸出至解復用器；第2i個光柵的中心波長與 第2i-l個光柵的中心波長的差值為所述接收裝置發(fā)射的攜帶信息的毫米波射頻信號的波 長；解復用器，對接收到的含有2N個中心波長的一路光信號進行分割，獲得2N路獨立 的光信號，輸出序號為2i-l的N路獨立的光信號至所述N個調制模塊，輸出序號為2i的N 路獨立的光信號至所述鏈路裝置。上述裝置中，所述N個調制模塊中的每一調制模塊包括信號驅動器和信號調制 器；所述信號驅動器用于產生含有信息的高速數(shù)據(jù)流信號，輸出含有信息的高速數(shù)據(jù) 流信號至信號調制器；所述信號調制器接收光源模塊輸出的第2i_l路光信號，利用信號調制將含有信 息的高速數(shù)據(jù)流信號調制到第2i-l路光信號上，輸出已調制的N路獨立的光信號至鏈路裝置。上述裝置中，所述鏈路裝置包括復用器，利用WDM將已調制的N路獨立的光信號和未調制的N路獨立的光信號復 用到一條光鏈路上；光纖，連接復用器和解復用器，用于傳輸光鏈路上的光信號；解復用器，利用WDM解復用接收到的光信號獲得已調制的N路光信號和未調制的 N路光信號，輸出2N路獨立的光信號至接收裝置。上述裝置中，所述處理單元包括2個光帶通濾波器、一個耦合器、一個光電檢測 器、一個帶通濾波器和一個天線；所述2個光帶通濾波器中任一光帶通濾波器一端連接鏈路裝置，另一端連接耦合 器的一端，用于對接收到的光信號進行帶通濾波，輸出濾波后的光信號至所述耦合器；所述 2個光帶通濾波器中的一個接收第2i路光信號，另一個接收第2i-l路光信號；所述耦合器的另一端連接所述光電檢測器的一端，利用光外差將接收到的第2i 路光信號和第2i-l路光信號合并成一路光信號，輸出合并后的一路光信號至所述光電檢 測器；所述光電檢測器的另一端連接所述帶通濾波器的一端，用于對合并后的一路光信號求模，獲得含有直流信號、基帶信號和攜帶信息的毫米波射頻信號的電信號，輸出電信號 至所述帶通濾波器；所述帶通濾波器的另一端連接所述天線，用于對接收到的電信號進行帶通濾波， 去除直流信號和基帶信號，輸出攜帶信息的毫米波射頻信號至所述天線；所述天線用于發(fā)射攜帶信息的毫米波射頻信號。一種基于超連續(xù)譜的毫米波波分復用_光無線復合WDM-R0F方法，該方法包括A、利用超連續(xù)譜光信號產生2N路獨立的光信號，對N路獨立的光信號進行調制， 獲得已調制的N路光信號和未調制的N路光信號；所述2N路獨立的光信號為中心波長不同 且互不混疊的光信號；所述已調制的N路光信號的序號為2i_l ；所述未調制的N路光信號 的序號為2i ；第2i路光信號的頻率與第2i-l路光信號的頻率的差值為發(fā)射的攜帶信息的 毫米波射頻信號的頻率；N為大于等于1的正整數(shù)；i為大于等于1且小于等于N的整數(shù)；B、利用波分復用WDM及光纖傳輸已調制的N路獨立的光信號和未調制的N路獨立 的光信號；C、對接收到的2N路獨立的光信號中第2i路光信號和第2i_l路光信號進行處理， 獲得N路攜帶信息的毫米波射頻信號并發(fā)射。上述方法中，步驟A所述利用超連續(xù)譜光信號產生2N路獨立的光信號包括A1、將脈沖光信號耦合進非線性光纖產生超連續(xù)譜光信號；A2、將超連續(xù)譜光信號進行梳妝濾波獲得含有2N個中心波長的一路光信號；A3、對含有2N個中心波長的一路光信號進行分割獲得2N路獨立的光信號。上述方法中，步驟C所述對接收到的2N路獨立的光信號中第2i路光信號和第 2i-l路光信號進行處理的方法包括C1、對接收到的2N路獨立的光信號進行光帶通濾波；C2、利用光外差將濾波后的第2i路光信號和第2i_l路光信號合并成一路光信號， 所述合并后的光信號的表達式為E (t) = A (t) exp (i2 Ji f2i_it) +exp (i2 Ji f2it)，其中，A (t) 是攜帶信息的基帶信號，f2i為第2i路光信號的頻率，f2i_i為第2i_l路光信號的頻率；C3、根據(jù)步驟C2的表達式對合并后的一路光信號進行求模，獲得包含直流信號、 基帶信號和射頻信號的一路電信號；C4、對步驟C3獲得的所述一路電信號進行帶通濾波，去除所述電信號中包含的直 流信號和基帶信號，發(fā)射獲得的攜帶信息的毫米波射頻信號。由上述的技術方案可見，本發(fā)明提供了一種基于超連續(xù)譜的毫米波WDM-R0F系統(tǒng) 和方法，發(fā)送裝置包含的光源模塊利用超連續(xù)譜光信號產生2N路獨立的光信號，省略了現(xiàn) 有的WDM-R0F系統(tǒng)中的M個作為獨立光源的激光器，簡化了系統(tǒng)的結構，降低了成本；發(fā)送 裝置包含的N個調制模塊僅對2N路獨立光信號中的N路進行調制，N為M/2，省略了現(xiàn)有 的WDM-R0F系統(tǒng)中的M/2個信號驅動器102、相位調制器101和強度調制器103，并且省略 了現(xiàn)有的WDM-R0F系統(tǒng)中的M個高頻的射頻源，進一步簡化了系統(tǒng)的結構，降低了系統(tǒng)的成 本。該系統(tǒng)中的接收裝置對接收到的2N路獨立的光信號中的已調制的N路獨立的光信號 和未調制的N路獨立的光信號進行處理，獲得攜帶信息的毫米波射頻信號，無需為了實現(xiàn) 毫米波無線傳輸而采用高頻光調制器和高頻光探測器，利用較低的成本實現(xiàn)了毫米波無線 傳輸。


圖1為現(xiàn)有的WDM-R0F系統(tǒng)的結構示意圖。圖2為本發(fā)明基于超連續(xù)譜的毫米波WDM-R0F系統(tǒng)的結構示意圖。圖3為本發(fā)明系統(tǒng)中光柵陣列的結構示意圖。圖4為本發(fā)明基于超連續(xù)譜的毫米波WDM-R0F方法的流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案、及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例， 對本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明提供了一種基于超連續(xù)譜的毫米波WDM-R0F系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)中發(fā)送裝 置包含的光源模塊利用超連續(xù)譜光信號產生2N路獨立的光信號，N個調制模塊僅對2N路 獨立光信號中的N路進行調制；接收裝置對接收到的2N路獨立的光信號中的已調制的N路 獨立的光信號和未調制的N路獨立的光信號進行處理，獲得攜帶信息的毫米波射頻信號， 實現(xiàn)了毫米波無線傳輸。圖2為本發(fā)明基于超連續(xù)譜的毫米波WDM-R0F系統(tǒng)的結構示意圖；圖3為本發(fā) 明系統(tǒng)中光柵陣列的結構示意圖。現(xiàn)結合圖2及圖3，對本發(fā)明基于超連續(xù)譜的毫米波 WDM-R0F系統(tǒng)的結構進行說明，具體如下為了表述清楚，先對本發(fā)明基于超連續(xù)譜的毫米波WDM-R0F系統(tǒng)進行定義，本發(fā) 明的WDM-R0F系統(tǒng)能夠產生2N路獨立的光信號，其中，N路被調制的光信號攜帶了信息，可 作為該系統(tǒng)用以傳輸信息的信道，N的取值范圍是大于等于1的正整數(shù)；本發(fā)明圖3所示的 光柵陣列是針對具有10個信道的基于超連續(xù)譜的毫米波WDM-R0F系統(tǒng)進行設計的，用以將 超連續(xù)譜的光信號劃分成20個不同中心波長的光信號，光柵陣列的具體結構可基于本發(fā) 明的實施例及需要產生的信道的個數(shù)進行設計。本發(fā)明基于超連續(xù)譜的毫米波WDM-R0F系統(tǒng)包括發(fā)送裝置20、鏈路裝置21和接 收裝置22。其中，發(fā)送裝置20包括一個光源模塊(圖2未示出)和N個調制模塊(圖2未 示出)；接收裝置包括N個處理單元(圖2未示出)。發(fā)送裝置20中的光源模塊利用超連續(xù)譜光信號產生2N路獨立的光信號，輸出N 路獨立的光信號至鏈路裝置21，輸出N路獨立的光信號至N個調制模塊。發(fā)送裝置20中的 調制模塊對N路獨立的光信號進行調制，輸出已調制的N路光信號至鏈路裝置21。2N路獨立的光信號為中心波長不同且不重疊的光信號；已調制的N路光信號的序 號為2i-l ；光源模塊輸出至鏈路裝置的N路光信號為未調制的光信號，其序號為2i。2N路 獨立的光信號中，第2i路光信號的頻率f2i與第2i-l路光信號的頻率f2i_i的差值為接收裝 置發(fā)射的攜帶信息的毫米波射頻信號的頻率f。。N為大于等于1的正整數(shù)；i為大于等于1 且小于等于N的整數(shù)。鏈路裝置21利用WDM將已調制的N路光信號和未調制的N路光信號輸出至接收 裝置22。接收裝置22中的每一處理單元對接收到的第2i_l路光信號和第2i路光信號進 行處理，獲得一路攜帶信息的毫米波射頻信號，發(fā)射攜帶信息的毫米波射頻信號。
其中，光源模塊包括激光器200、光柵陣列201、解復用器202和光纖(圖2中未示 出)；N個調制模塊中的每一調制模塊包括信號驅動器203和信號調制器204。激光器200通過光纖連接光柵陣列201，激光器200將產生的脈沖光耦合至光纖， 以使光纖產生的超連續(xù)譜光信號輸出至光柵陣列201。根據(jù)光脈沖在光纖中傳播的非線性 薛定諤方程的數(shù)值分析可以得知通過控制入射光功率的大小以及光纖的參數(shù)可控制光纖 輸出的連續(xù)譜光信號的光譜寬度。根據(jù)上述內容，為了產生光譜寬且平坦的超連續(xù)譜光信 號，本發(fā)明的系統(tǒng)采用了脈沖激光器和具有高非線性的光子晶體光纖(PCF)；其中，脈沖激 光器的脈沖頻率為10GHz以上；光子晶體光纖利用其非線性，將脈沖光轉換成超連續(xù)譜光 信號。光柵陣列201包含2N個串聯(lián)連接的光柵，每一個光柵反射與其中心波長相同的光 信號，濾除與其中心波長不同的光信號；2N個串聯(lián)連接的光柵將接收到的超連續(xù)譜光信號 劃分成2N個中心波長不同的光信號，并將含有2N個中心波長的一路光信號輸出至解復用 器202。光柵陣列201的結構如圖3所示。輸入至光柵陣列201的光信號為超連續(xù)譜，從輸 入端還可獲得經2N個光柵反射劃分出的2N個中心波長不同的光信號，所述2N個中心波長 不同的光信號混疊在一起構成了一路光信號。2N個串聯(lián)連接的光柵中，第2i個光柵的中心 波長與第2i-l個光柵的中心波長的差值為該系統(tǒng)發(fā)射的攜帶信息的毫米波射頻信號的中 心波長。解復用器202對接收到的含有2N個中心波長的一路光信號進行分割，獲得2N個 獨立的光信號，輸出序號為2i-l的N路獨立的光信號至調制模塊，輸出序號為2i的N路獨 立的光信號至鏈路裝置21。解復用器202可采用現(xiàn)有的波導陣列光柵(AWG)，現(xiàn)簡單對解 復用器202對含有2N個中心波長的一路光信號分割獲得2N路獨立的光信號進行說明解 復用器202可采用1*32的波導陣列光柵(AWG)，其中，輸入端為1個，輸出端為32個，這里 僅選用其中的20個輸出端；AWG包括輸入波導、兩個平面耦合波導、陣列波導和輸出波導； 當含有20個中心波長的一路光信號進入輸入波導時，該路光信號經輸入波導進入第一個 平面耦合波導，該路光信號中的20個中心波長不同的光信號在第一個平面耦合波導中發(fā) 生衍射而耦合進陣列波導；由于陣列波導是由很多長度依次遞增的波導路徑構成，衍射后 的光信號經陣列波導中的不同波導路徑后發(fā)生相位延遲，陣列波導輸出的光信號在第二平 面耦合波導中相干疊加產生不同中心波長的20路獨立的光信號。所述2N路獨立的光信號 為中心波長不同且互不混疊的光信號。調制模塊的信號驅動器203用于產生含有信息的高速數(shù)據(jù)流信號，輸出含有信息 的高速數(shù)據(jù)流信號至信號調制器204。每個高速數(shù)據(jù)流信號都為2. 5Gbit/s的基帶信號。 信號驅動器203的具體結構屬于現(xiàn)有技術的內容，在此不再贅述。調制模塊的信號調制器204接收光源模塊輸出的第2i_l路光信號，利用信號調制 將含有信息的高速數(shù)據(jù)流信號調制到第2i-l路光信號上，輸出已調制的N路獨立的光信 號至鏈路裝置21。信號調制器204可采用強度調制、相位調制或頻率調制將含有信息的高 速數(shù)據(jù)流信號調制到第2i-l路光信號上，具體調制的方法為現(xiàn)有技術的內容?，F(xiàn)簡要說 明信號調制器204進行信號調制的方法，具體為信號調制器204將從輸入端口接收的第 2i-l路光信號分成兩束分別在調制器內的兩個波導臂上傳播，利用電光效應及高速數(shù)據(jù)流 信號中含有的信息改變調制器內的兩個波導臂的調制電壓以改變波導的折射率，從而改變兩個波導臂輸出的兩束光之間的相位差；其中，當高速數(shù)據(jù)流信號含有的信息為1時，調制 電壓使得兩波導臂輸出的兩束光的相位差為2 Ji的整數(shù)倍，兩束光相干增強，輸出加強的 第2i_l路光信號；當高速數(shù)據(jù)流信號含有的信息為0時，調制電壓使得兩波導臂輸出的兩 束光的相位差為n的整數(shù)倍，兩束光相干相消，沒有光信號輸出。信號調制器204可采用 現(xiàn)有的馬澤調制器，其結構為現(xiàn)有技術的內容，在此不再贅述。鏈路裝置21包括復用器210、光纖211和解復用器212。其中，光纖一端連接復用 器210，另一端連接解復用器212。復用器210利用WDM將已調制的N路獨立的光信號和未調制的N路獨立的光信號 復用到一條光鏈路上，通過光纖211傳輸至解復用器212。解復用器212利用WDM解復用接 收到的光信號獲得已調制的N路獨立的光信號和未調制的N路獨立的光信號，并輸出至接 收裝置22。復用器210和解復用器212可采用現(xiàn)有的波導陣列光柵，在此不再對其結構進 行贅述。接收裝置22包含的N個處理單元中的每一處理單元包括2個光帶通濾波器220、 一個耦合器221、一個光電檢測器222、一個帶通濾波器223和一個天線224。2個光帶通濾波器220中每個光帶通濾波器220 —端連接鏈路裝置21中的解復用 器212，另一端連接耦合器221的一端，用于對接收到的光信號進行帶通濾波，去除接收到 的獨立的光信號中夾雜的噪聲和干擾，輸出濾波后的光信號至耦合器221。2個光帶通濾波 器220中的一個接收第2i路獨立的光信號，另一路接收第2i-l路獨立的光信號。耦合器221的另一端連接光電檢測器222的一端，利用光外差將接收到的濾波后 的第2i路獨立的光信號和濾波后的第2i-l路獨立的光信號合并成一路光信號，輸出合并 后的一路光信號至光電檢測器222。若耦合器221接收到的兩個光信號分別為第2i路獨立 的光信號和第2i-l路獨立的光信號，則經耦合器221輸出的合并后的一路光信號的表達式 為E(t) = A (t) exp (i2 n f^^t) +exp (i2 n f2it)其中，A(t)是攜帶信息的基帶信號，f2i為第2i路光信號的頻率，f2i_i為第2i_l路 光信號的頻率。光電檢測器222的另一端連接帶通濾波器223的一端，用于對合并后的光信號進 行求模，獲得含有直流信號、基帶信號和攜帶信息的毫米波射頻信號的電信號，輸出電信號 至帶通濾波器223。若某一光電檢測器222接收到的合并后的光信號的表達式為E(t) = A (t) exp (i2 n f^^t) +exp (i2 n f2it)其中，A(t)是攜帶信息的基帶信號；則該光電檢測器222對合并后的該路光信號 進行求模獲得的電信號表示為I(t) = u |A(t)exp(i2 31 f2Ht)+exp(i2 31 f2it) |2= u (1+A2 (t) +A (t) exp (i2 n fct) +A (t) exp (_i2 n fct))= u (1+A2 (t) +2A (t) cos (2 n fct))fc = f2i_f2H其中，y為轉化系數(shù)；f。為接收裝置22發(fā)射的攜帶信息的毫米波射頻信號的頻 率。根據(jù)電信號的表達式可以得知，光電檢測器222輸出的電信號包含直流信號、基帶信號 A2(t)和射頻信號々(0(08(23110。光電檢測器222的具體結構屬于現(xiàn)有技術的內容，在此不再贅述。帶通濾波器223的另一端連接天線224，用于對接收到的 電信號進行帶通濾波，去 除直流信號和基帶信號，輸出攜帶信息的毫米波射頻信號至天線224，通過天線224進行無 線傳輸。較佳地，本發(fā)明系統(tǒng)中的每一帶通濾波器223的中心頻率與發(fā)射的攜帶信息的毫 米波射頻信號的頻率f。相同。圖4為本發(fā)明基于超連續(xù)譜的毫米波WDM-ROF方法的流程圖?，F(xiàn)結合圖4，對本發(fā) 明基于超連續(xù)譜的毫米波WDM-ROF方法進行說明，具體如下步驟401 利用超連續(xù)譜光信號產生2N路獨立的光信號，對N路獨立的光信號進 行調制，獲得已調制的N路光信號和未調制的N路光信號；所述2N路獨立的光信號為中心 波長不同且互不混疊的光信號；已調制的N路光信號的序號為2i_l ；未調制的N路光信號的序號為2i ；第2i路 光信號的頻率與第2i-l路光信號的頻率的差值為發(fā)射的攜帶信息的毫米波射頻信號的頻率。N為大于等于1的正整數(shù)；i為大于等于1且小于等于N的整數(shù)。該步驟中，利用超連續(xù)譜光信號產生2N路獨立的光信號的方法包括步驟4011，將脈沖光信號耦合進非線性光纖產生超連續(xù)譜光信號；步驟4012，將超連續(xù)譜光信號進行梳妝濾波獲得含有2N個中心波長的一路光信 號；步驟4013，對含有2N個中心波長的一路光信號進行分割獲得2N路獨立的光信號。在步驟4013中，可采用現(xiàn)有的解復用器對由2N個不同中心波長的光信號混疊構 成的一路光信號進行分割，獲得2N路不同中心波長的獨立的光信號。對N路獨立的光信號進行調制的方法為利用信號調制將包含信息的高速數(shù)據(jù)流 信號調制到序號為2i-l的N路獨立的光信號中去，該調制方法為現(xiàn)有技術的內容，在此僅 作簡單說明步驟4014，產生N個含有信息的高速數(shù)據(jù)流信號；步驟4015，將接收到的第2i_l路獨立的光信號分成兩束分別在調制器內的兩個 波導臂上傳播；步驟4016，利用電光效應及高速數(shù)據(jù)流信號中含有的信息改變調制器內的兩個波 導臂的調制電壓以改變波導的折射率，改變兩個波導臂輸出的兩束光之間的相位差，輸出 信號調制后的第2i_l路獨立的光信號。步驟402 利用波分復用WDM及光纖傳輸已調制的N路獨立的光信號和未調制的N 路獨立的光信號；利用波分復用將已調制的N路獨立的光信號和未調制的N路獨立的光信號復用到 一條光鏈路上，通過光纖進行傳輸。利用現(xiàn)有的解復用裝置或其他裝置，對通過光纖接收到 的光信號進行解復用獲得已調制的N路獨立的光信號和未調制的N路獨立的光信號。將2N路獨立的光信號復用到一條光鏈路上的方法、及將通過光鏈路接收到的光 信號解復用獲得2N路獨立的光信號的方法都屬于現(xiàn)有技術的內容，在此不再贅述。步驟403 對接收到的2N路獨立的光信號中第2i路光信號和第2i_l路光信號進 行處理，獲得N路攜帶信息的毫米波射頻信號并發(fā)射；
該步驟中，對接收到的2N路獨立的光信號中第2i路光信號和第2i_l路光信號進 行處理的方法包括步驟4031，對接收到的2N路獨立的光信號進行光帶通濾波；步驟4032，利用光外差將濾波后的第2i路光信號和第2i_l路光信號合并成一路 光信號，所述合并后的光信號的表達式為E(t) = A (t) exp (i2 π f^^t) +exp (i2 π f2it) 其中，A(t)是攜帶信息的基帶信號，f2i為第2i路光信號的頻率，f2i_i為第2i_l路 光信號的頻率；步驟4033，根據(jù)步驟4032的表達式對合并后的一路光信號進行求模，獲得包含直 流信號、基帶信號和射頻信號的一路電信號；步驟4034，對步驟4033獲得的所述一路電信號進行帶通濾波，去除所述電信號中 包含的直流信號和基帶信號，發(fā)射獲得的攜帶信息的毫米波射頻信號。在步驟403中，首先對接收到的2N路獨立的光信號進行光帶通濾波，用以消除每 路光信號中夾雜的噪聲和干擾?，F(xiàn)僅以形成10個信道為例，對本發(fā)明基于超連續(xù)譜的毫米波WDM-ROF系統(tǒng)進行說 明，具體如下在該實施例中N為10，第2i-l路光信號為已調制的，第2i路光信號為未被調制 的。如圖3所示，發(fā)送裝置20的光柵陣列201包括20個光柵，其中心波長分別為 1545. Onm 和 1545. 32nm、1546. Onm 和 1546. 32nm、1547. Onm 和 1547. 32nm、1548. Onm 和 1548. 32nm、1549. Onm 和 1549. 32nm、1551. Onm 和 1551. 32nm、1552. Onm 和 1552. 32nm、 1553. Onm 和 1553. 32nm、1554. Onm 和 1554. 32nm、1555. Onm 和 1555. 32nm。第 2i_l 個光柵 與第2i個光柵的中心波長間隔為0. 32nm即40GHz，這也是進行無線傳輸?shù)暮撩撞ㄉ漕l信號 的頻率。光柵陣列201中輸出的含有20個中心波長的一路光信號入射到作為解復用器202 的1X32波導陣列光柵(AWG)中，此時，僅選用20個輸出端，輸出分割產生的20路獨立的光 信號，這些獨立的光信號可作為獨立的光源。這20路獨立的光源按照中心波長的大小依次 排序為 1545. Onm 和 1545. 32nm、1546. Onm 和 1546. 32nm、1547. Onm 和 1547. 32nm、1548. Onm 和 1548. 32nm、1549. Onm 和 1549. 32nm、1551. Onm 和 1551. 32nm、1552. Onm 和 1552. 32nm、 1553. Onm 和 1553. 32nm、1554. Onm 和 1554. 32nm、1555. Onm 和 1555. 32nm。本實施例的調制模塊對序號為2i_l的N路獨立的光信號進行信號調制，具體信號 調制方法與圖2相同，在此不再贅述。本實施例的光源模塊將未調制的序號為2i的N路獨 立的光信號直接輸出至鏈路裝置21中的作為復用器211的32X1的波導陣列光柵中，調制 模塊將已調制的序號為2i-l的N路獨立的光信號輸出到鏈路裝置21中作為復用器211的 32X1的波導陣列光柵中，32X1的波導陣列光柵利用波分復用將接收到的20路獨立的光 信號復用到一條光鏈路上，經光纖進行傳輸。較佳地，波分復用后的光信號在光纖中的傳輸 距離為5km。在鏈路裝置21中作為解復用器212的波導陣列光柵對接收到的光信號進行解復 用，分割獲得10路攜帶信息的獨立光信號和10路未帶信息的獨立光信號。
在接收裝置22中，N個處理單元中某一處理單元中的耦合器221利用光外差將濾波后的第2i-l路光信號和濾波后的第2i路光信號合并成一路光信號，輸出合并后的一路 光信號到光電檢測器222中進行求模運算，獲得含有直流信號、基帶信號和攜帶信息的射 頻信號的電信號。接收裝置22利用中心頻率為40GHz，帶寬為5GHz的帶通濾波器223對電 信號進行帶通濾波，濾除直流信號和基帶信號，獲得攜帶信息的毫米波射頻信號，其具體過 程與圖2相同，在此不再贅述。接收裝置22將攜帶信息的毫米波射頻信號通過天線224進 行無線傳輸。本發(fā)明的上述實施例中，發(fā)送裝置包含的光源模塊利用超連續(xù)譜光信號產生2N 路獨立的光信號，省略了現(xiàn)有的WDM-ROF系統(tǒng)中的M個作為獨立光源的激光器，簡化了系統(tǒng) 的結構，降低了成本；發(fā)送裝置包含的N個調制模塊僅對2N路獨立光信號中的N路進行調 制，N為M/2，省略了現(xiàn)有的WDM-ROF系統(tǒng)中的M/2個信號驅動器102、相位調制器101和強 度調制器103，并且省略了現(xiàn)有的WDM-ROF系統(tǒng)中的M個高頻的射頻源，進一步簡化了系統(tǒng) 的結構，降低了系統(tǒng)的成本。該系統(tǒng)中的接收裝置對接收到的2N路獨立的光信號中的已調 制的N路獨立的光信號和未調制的N路獨立的光信號進行處理，獲得攜帶信息的毫米波射 頻信號，無需為了實現(xiàn)毫米波無線傳輸而采用高頻光調制器和高頻光探測器，利用較低的 成本實現(xiàn)了毫米波無線傳輸。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明保護的范圍之內。
權利要求
一種基于超連續(xù)譜的毫米波波分復用-光無線復合WDM-ROF系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括發(fā)送裝置、鏈路裝置和接收裝置；所述發(fā)送裝置包括光源模塊和N個調制模塊；所述光源模塊利用超連續(xù)譜光信號產生2N路獨立的光信號，輸出N路獨立的光信號至鏈路裝置，輸出N路獨立的光信號至所述N個調制模塊；所述調制模塊對N路獨立的光信號進行調制，輸出已調制的N路光信號至鏈路裝置；所述2N路獨立的光信號為中心波長不同且互不混疊的光信號；所述已調制的N路光信號的序號為2i-1；所述光源模塊輸出至鏈路裝置的N路光信號為未調制的，其序號為2i；所述第2i路光信號的頻率與第2i-1路光信號的頻率的差值為接收裝置發(fā)射的攜帶信息的毫米波射頻信號的頻率；N為大于等于1的正整數(shù)；i為大于等于1且小于等于N的整數(shù)；所述鏈路裝置利用WDM將已調制的N路光信號和未調制的N路光信號輸出至所述接收裝置；所述接收裝置包括N個處理單元，所述N個處理單元中的每一處理單元對接收到的第2i-1路光信號和第2i路光信號進行處理，獲得一路攜帶信息的毫米波射頻信號，發(fā)射攜帶信息的毫米波射頻信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光源模塊包括激光器，通過光纖連接光柵陣列，將產生的脈沖光耦合至光纖；光纖，將脈沖光轉換為超連續(xù)譜光信號，輸出超連續(xù)譜光信號至光柵陣列；光柵陣列，包含2N個串聯(lián)連接的光柵，每一個光柵反射與其中心波長相同的光信號， 所述2N個串聯(lián)連接的光柵將接收到的超連續(xù)譜光信號劃分成2N個中心波長不同的光信 號，并將含有2N個中心波長的一路光信號輸出至解復用器；第2i個光柵的中心波長與第 2 -1個光柵的中心波長的差值為所述接收裝置發(fā)射的攜帶信息的毫米波射頻信號的波 長；解復用器，對接收到的含有2N個中心波長的一路光信號進行分割，獲得2N路獨立的光 信號，輸出序號為2i-l的N路獨立的光信號至所述N個調制模塊，輸出序號為2i的N路獨 立的光信號至所述鏈路裝置。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述N個調制模塊中的每一調制模塊包 括信號驅動器和信號調制器；所述信號驅動器用于產生含有信息的高速數(shù)據(jù)流信號，輸出含有信息的高速數(shù)據(jù)流信 號至信號調制器；所述信號調制器接收光源模塊輸出的第2i-l路光信號，利用信號調制將含有信息的 高速數(shù)據(jù)流信號調制到第2i-l路光信號上，輸出已調制的N路獨立的光信號至鏈路裝置。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述鏈路裝置包括復用器，利用WDM將已調制的N路獨立的光信號和未調制的N路獨立的光信號復用到 一條光鏈路上；光纖，連接復用器和解復用器，用于傳輸光鏈路上的光信號；解復用器，利用WDM解復用接收到的光信號獲得已調制的N路光信號和未調制的N路 光信號，輸出2N路獨立的光信號至接收裝置。
5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理單元包括2個光帶通濾波器、一 個耦合器、一個光電檢測器、一個帶通濾波器和一個天線；所述2個光帶通濾波器中任一光帶通濾波器一端連接鏈路裝置，另一端連接耦合器的 一端，用于對接收到的光信號進行帶通濾波，輸出濾波后的光信號至所述耦合器；所述2個 光帶通濾波器中的一個接收第2i路光信號，另一個接收第2i-l路光信號；所述耦合器的另一端連接所述光電檢測器的一端，利用光外差將接收到的第2i路光 信號和第2i-l路光信號合并成一路光信號，輸出合并后的一路光信號至所述光電檢測器； 所述光電檢測器的另一端連接所述帶通濾波器的一端，用于對合并后的一路光信號求 模，獲得含有直流信號、基帶信號和攜帶信息的毫米波射頻信號的電信號，輸出電信號至所 述帶通濾波器；所述帶通濾波器的另一端連接所述天線，用于對接收到的電信號進行帶通濾波，去除 直流信號和基帶信號，輸出攜帶信息的毫米波射頻信號至所述天線； 所述天線用于發(fā)射攜帶信息的毫米波射頻信號。
6.一種基于超連續(xù)譜的毫米波波分復用-光無線復合WDM-ROF方法，其特征在于，該方 法包括A、利用超連續(xù)譜光信號產生2N路獨立的光信號，對N路獨立的光信號進行調制，獲得 已調制的N路光信號和未調制的N路光信號；所述2N路獨立的光信號為中心波長不同且互 不混疊的光信號；所述已調制的N路光信號的序號為2i-l ；所述未調制的N路光信號的序 號為2i ；第2i路光信號的頻率與第2i-l路光信號的頻率的差值為發(fā)射的攜帶信息的毫米 波射頻信號的頻率；N為大于等于1的正整數(shù)；i為大于等于1且小于等于N的整數(shù)；B、利用波分復用WDM及光纖傳輸已調制的N路獨立的光信號和未調制的N路獨立的光 信號；C、對接收到的2N路獨立的光信號中第2i路光信號和第2i-l路光信號進行處理，獲得 N路攜帶信息的毫米波射頻信號并發(fā)射。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟A所述利用超連續(xù)譜光信號產生2N 路獨立的光信號包括Al、將脈沖光信號耦合進非線性光纖產生超連續(xù)譜光信號；A2、將超連續(xù)譜光信號進行梳妝濾波獲得含有2N個中心波長的一路光信號；A3、對含有2N個中心波長的一路光信號進行分割獲得2N路獨立的光信號。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟C所述對接收到的2N路獨立的光信 號中第2i路光信號和第2i-l路光信號進行處理的方法包括Cl、對接收到的2N路獨立的光信號進行光帶通濾波；C2、利用光外差將濾波后的第2i路光信號和第2i-l路光信號合并成一路光信號，所述 合并后的光信號的表達式為E(t) = A(t)exp(i2 Jif2Ht^expGZ π f2it)，其中，A(t)是攜 帶信息的基帶信號，f2i為第2i路光信號的頻率，f2i_i為第2i-l路光信號的頻率；C3、根據(jù)步驟C2的表達式對合并后的一路光信號進行求模，獲得包含直流信號、基帶 信號和射頻信號的一路電信號；C4、對步驟C3獲得的所述一路電信號進行帶通濾波，去除所述電信號中包含的直流信 號和基帶信號，發(fā)射獲得的攜帶信息的毫米波射頻信號。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于超連續(xù)譜的毫米波WDM-ROF系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)中發(fā)送裝置包含的光源模塊利用超連續(xù)譜光信號產生2N路獨立的光信號，N個調制模塊僅對2N路獨立光信號中的N路進行調制；鏈路裝置利用WDM，通過一條光鏈路傳輸已調制的N路獨立的光信號及未調制的N路獨立的光信號；接收裝置對接收到的2N路獨立的光信號中的已調制的N路獨立的光信號和未調制的N路獨立的光信號進行處理，獲得攜帶信息的毫米波射頻信號，實現(xiàn)了毫米波無線傳輸。采用本發(fā)明的方法和系統(tǒng)，能夠降低成本，提高信道容量，實現(xiàn)利用毫米波傳輸信息。
文檔編號H04B10/12GK101877614SQ20101020796
公開日2010年11月3日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權日2010年6月24日
發(fā)明者余重秀, 劉博 , 原全新, 尹霄麗, 張麗佳, 張星, 張曉磊, 張琦, 忻向軍, 桑新柱, 王擁軍, 王葵如, 趙同剛, 饒?zhí)m, 馬建新 申請人:北京郵電大學