專利名稱：一種40GHz、10Gbit/s高速率光毫米波產(chǎn)生新方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種40GHz、10Gbit/s高速率光毫米波產(chǎn)生新方法與裝置，可應(yīng)用于微波光子學(xué)、光纖通信、無線光纖接入、光纖光學(xué)等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，移動話務(wù)、寬帶流媒體等各種無線業(yè)務(wù)不斷劇增，高速率大容量無線通信需求日益增加。為了實(shí)現(xiàn)無線寬帶通信，必然要提高其工作頻率。然而，目前國內(nèi)外的大多數(shù)無線業(yè)務(wù)都集中在3GHz以下，并且現(xiàn)有的低頻段頻率資源幾乎都已經(jīng)被占用，對于3GHz以上的頻率資源一般較少應(yīng)用到商用系統(tǒng)，特別是24GHz和60GHz頻段的兩個大氣傳輸高損耗窗口大多應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)研究，商用較少。如果能充分利用這一頻段窗口商用通信，不但能充分利用現(xiàn)有頻譜資源，而且還可以實(shí)現(xiàn)超寬帶的無線接入。但是，隨著無線寬帶通信工作頻率的提高，高層建筑物、高山、森林等復(fù)雜地理環(huán)境對電磁波的反射和屏蔽作用以及大氣中由于吸收和反射引起的損耗等逐漸增加，并使得無線寬帶網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)變得復(fù)雜。為解決上述問題，將光纖通信技術(shù)和高頻無線接入融合起來的光毫米波產(chǎn)生與傳輸通信技術(shù)Radio-over-Fiber (RoF)應(yīng)需而生。目前，光毫米波產(chǎn)生與傳輸技術(shù)作為一種新興發(fā)展起來的通信技術(shù)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)超寬帶接入的研究熱點(diǎn)。光毫米波的產(chǎn)生是實(shí)現(xiàn)高性能傳輸?shù)闹匾夹g(shù)。光毫米波的產(chǎn)生有多種方法，可以通過直接調(diào)制技術(shù)[I Hong Wen, Lin Chen, Cheng Huang and Shuangchun Wen, Afull-duplexradio-over-fiber system using direct modulation laser to generateoptical millimeter-wave andwavelength reuse for uplink connection， OpticsCommunications，2008，281 (8):2083-2088]、基于單邊帶[2 W.H.Chen, and W.1.Way,“Multichannel Single-Sideband SCM/DWDM TransmissionSystem, ”J.LightwaveTechnol.22，1679-1693(2004) ；3 C.Wu and X.Zhang，“Impact ofNonlinear Distortionin Radio Over Fiber Systems with Single-Sideband and TandemSingle-SidebandSubcarrier Modulations，，，J.Lightwave Technol.24，2076-2090 (2006)]、雙邊帶[4Ming-Fang Huang, Jianjun Yu, Zhensheng Jia， and Gee-Kung Chang, 〃 SimultaneousGenerationof Centralized Lightwaves and Double/Single Sideband OpticalMiIlimeter-Wave Requiring OnlyLow-Frequency Local Oscillator Signals forRadio-Over-Fiber Systems, " J.Lightwave Technol.26, 2653-2662 (2008)]、光載波抑制[5 J.Yu, Z.Jia, L Yi, G.K.Chang, and T.Wang, uOpticalmillimeter wave generationor up-conversion using external modulators，，，IEEE Photon.Technol.Lett.18,265-267 (2006) ；6 C.Lim，M.Attygalle，A.Nirmalathas, D.Novak, and R.Waterhouse,“Analysis of Optical Carrier-to-Sideband Ratio for Improving TransmissionPerformance inFiber-Radio Links，，，IEEE T Microw Theory，54，2181-2187 (2006)；7Qingjiang Chang, Tong Ye, and Yikai Su, " Generation of optical carriersuppressed-differential phase shift keying (OCS-DPSK) format using onedual-parallel Mach-Zehnder modulator in radio over fiber systems, " Opt.Expressl6，10421-10426 (2008)]等外調(diào)制技術(shù)、光外差技術(shù)[8 R.P.Braun，G.Grosskopf，D.Rohde and F.Schmidt，“Optical millimetre-wave generation and transmissionexperiments for mobile 60GHzband communications”， Electronics Letters，32(7):626-628 (1996) ；9 Toshiaki Kuri and Ken-1chiKitayama， " Optical HeterodyneDetection Technique for Densely MultiplexedMillimeter-Wave-Band Radio—on—FiberSystems, " J.Lightwave Technol.21，3167-(2003)]等來實(shí)現(xiàn)。然而，直接調(diào)制一般適用于短距離、低頻系統(tǒng)[10 Jianxin Ma, Jianjun Yu, Chongxiu Yu, Zhensheng Ji，Gee-KungChang, Xinzhu Sang.The influence of fiber dispersion on the code formof theoptical mm-wave signal generated by single sideband intensity-modulation.0pticsCommunications 271 (2007) 396-403]，外調(diào)制的雙邊帶方式易引起信號的色散所致衰落效應(yīng)、單邊帶和光載波抑制方式易引起信號時域走離[11 Jianxin Ma, Jianjun Yu,Chongxiu Yu, Xiangjun Xin, Qi Zhang.Transmission performance of the opticalmm-wave generated bydoubIe-sideband intensity-modulation.0ptics Communications280(2007)317-326 ； 12 Jianxin Ma, Chongxiu Yu, Zhen Zhou, Jianjun Yu.0pticalmm-wave generation by using external modulatorbased on optical carriersuppression.0ptics Communications 268 (2006) 51-57]。光外差技術(shù)是一種較有效的高頻光毫米波產(chǎn)生技術(shù)，但通常具有較高的相位噪聲；為了減小和消除相位噪聲，光外差技術(shù)的應(yīng)用中不得不引入一些復(fù)雜的子系統(tǒng)，如在中心站和基站較長跨距之間加入了復(fù)雜的自動頻率控制AFC子系統(tǒng)[8]、相位噪聲消除電路[9]等。鑒于光毫米波系統(tǒng)對器件性能參量、光纖參量等要求苛刻，目前光毫米波產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)技術(shù)中，大多釆用數(shù)據(jù)較低速率情況，如載波抑制的00K格式光毫米波信號40GHz、
2.5Gbit/s[13黃誠，陳林，余建軍，文雙春，釆用單個相位調(diào)制器產(chǎn)生毫米波，中國激光，2008，35 (I):73-4]，00K光毫米波信號40GHz、2.5Gbit/s[14文鴻，陳林，皮雅稚，余建軍，文雙春，基于相位調(diào)制器產(chǎn)生光毫米波的全雙工光纖無線通信系統(tǒng)，中國激光，2007，34(7):73-4]，00K格式光毫 米波信號56GHz、2.8Gbit/s[15張明，余建國，曹子崢，陳林，基于相位調(diào)制器倍頻技術(shù)產(chǎn)生56GHz毫米波的光載無線通信系統(tǒng)，光電子.激光，2010，21 (4):547-550]，光載OFDM毫米波信號40GHz、2.5Gbit/s[16夏敏敏，董澤，曹子崢，張益民，陳林，光相位調(diào)制器和光強(qiáng)度調(diào)制器產(chǎn)生40GHz光載OFDM毫米波信號的傳輸性能比較，光學(xué)學(xué)報，2010，30 (6):1586-6]，DPSK 光毫米波 20GHz、1.25Gbit/s [17Q.Chang,T.Ye, and Y.Su, " Generation of optical carriersuppressed-differential phaseshift keying (OCS-DPSK) format using one dual-paralIeIMach-Zehnder modulatorin radio over fiber systems, " Opt.Express 16，10421-10426 (2008)]，OFDM 光毫米波 19GHz、4Gbit/s[18 C.Lin, Y.Lin, J.(J.)Chen, S.Dai, P.T.Shih，P.Peng, andS.Chi, " Optical direct-detection OFDM signal generation for radio-over-fiberlink using frequencydoubling scheme with carrier suppression，" Opt.Express16，6056-6063 (2008)]，QPSK 光毫米波 60GHz、3Gbit/s [19 Anthony Ng ! oma，DavideFortusini， Devang Parekh, Weijian Yang， MichaelSauer, Seldon Benjamin， WernerHofmann，Markus C.Amann, and Connie J.Chang-Hasnain，〃 Performance of a Mult1-Gb/s 60GHz Radio Over Fiber System Employing a Directly ModulatedOpticalIyInjection-Locked VCSEL, " J.Lightwave Technol.28，2436-2444 (2010) ]，ASK 光毫米波60GHz、2Gbit/s[19]。然而，我國幅員遼闊、人口眾多，信息通信需求迅猛增長，高速率光毫米波產(chǎn)生的需求變得日益迫切。由此可見，探索光毫米波產(chǎn)生新方法是光毫米波產(chǎn)生研究的重中之重，創(chuàng)新性地解決相位噪聲抑制和數(shù)據(jù)較低速率問題是光毫米波產(chǎn)生中的關(guān)鍵所在。專利申請內(nèi)容在光毫米波高速率需求日益迫切情況下，針對光毫米波產(chǎn)生中的相位噪聲抑制和數(shù)據(jù)較低速率問題，本發(fā)明提出了一種40GHz、lOGbit/s高速率光毫米波產(chǎn)生新方法與裝置，擬采用高速率、光學(xué)外差式光毫米波產(chǎn)生子系統(tǒng)解決光毫米波噪聲問題和數(shù)據(jù)較低速率問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明提出了一種40GHz、lOGbit/s高速率光毫米波產(chǎn)生新方法與裝置，擬采用的技術(shù)方案:安捷倫43Gbit/s誤碼儀81250的碼型產(chǎn)生部E4868輸出的10Gbit/S高速率NRZ偽隨機(jī)脈沖序列作數(shù)據(jù)信號(數(shù)據(jù)中包含時鐘；SDH數(shù)據(jù)包含時鐘使得本研究方案具有非常重要意義)，經(jīng)一個40G高速寬帶調(diào)制器去調(diào)制窄線寬DFB激光器產(chǎn)生的激光，從而產(chǎn)生高速率寬帶調(diào)制光譜，該光譜經(jīng)分路器分路，其中一路光譜經(jīng)濾波器濾出時鐘多倍頻光譜，濾出的時鐘多倍頻光譜經(jīng)光放大后與另一路高速率寬帶調(diào)制光經(jīng)合路器合路得到所需的高速率光毫米波。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明一種40GHz、10Gbit/S高速率光毫米波產(chǎn)生新方法與裝置；因采用同一個DFB激光光源產(chǎn)生光毫米波，有效抑制了相位噪聲；采用的DFB激光具有窄線寬、高消光比特性，有效抑制了強(qiáng)度噪聲；采用誤碼儀81250輸出的lOGbit/s高速率數(shù)據(jù)通過一個寬帶調(diào)制器去調(diào)制DFB光源提高了數(shù)據(jù)速率。與采用射頻和基帶信號分別調(diào)制相位和強(qiáng)度兩種調(diào)制器的產(chǎn)生方法及文獻(xiàn)[8-9]相比，本發(fā)明光毫米波產(chǎn)生方案新穎、簡單可行，高速率數(shù)據(jù)、有效抑制噪聲。本發(fā)明為微波光子學(xué)、光纖通信、無線光纖接入、光纖光學(xué)等領(lǐng)域進(jìn)一步深入研究提供了支持。


本發(fā)明提出了一種40GHz、lOGbit/s高速率光毫米波產(chǎn)生新方法與裝置，擬采用圖1所示的技術(shù)方案抑制光毫米波產(chǎn)生中的噪聲、提高數(shù)據(jù)速率。圖1中，I是高速率誤碼儀81250，2是40G高速寬帶調(diào)制器，3是窄線寬DFB激光器，4是分路器50: 50，5是濾波器(濾時鐘多倍頻光)，6是光放大器，7是高速寬帶調(diào)制光，8是合路器50: 50，9是所需光毫米波，10是測量儀器(如誤碼儀81250、電譜儀E4440A、光譜儀AQ6319、示波器DSA8300、SHG-FROG脈沖分析儀等等；用于光毫米波的各種參量的測量分析)，圖中11是光譜儀AQ6319掃描lOGbit/s高速率數(shù)據(jù)調(diào)制后的光譜。圖2所示是lOGbit/s高速率數(shù)據(jù)調(diào)制光譜前置放大后用示波器DSA8300測得的眼圖。由圖2可得，信號質(zhì)量好，其消光比9.31dB，方均根噪聲121.47 μ W，信噪比為31.02，方均根抖動為1.409ps。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1所示，安捷倫4361^^^誤碼儀81250(1)的碼型產(chǎn)生部E4868輸出的IOGbit/s高速率NRZ偽隨機(jī)脈沖序列作數(shù)據(jù)信號(數(shù)據(jù)中包含時鐘；SDH數(shù)據(jù)包含時鐘使得本研究方案具有非常重要意義)，經(jīng)一個40G高速寬帶調(diào)制器(2)去調(diào)制窄線寬DFB激光器(3)產(chǎn)生的激光(00K格式)，從而產(chǎn)生圖中(11)所示的光譜儀掃描光譜(圖中光譜是IOGbit/s高速率數(shù)據(jù)調(diào)制后的光譜)，該光譜經(jīng)分路器(4)分路，其中一路光譜經(jīng)濾波器(5)濾出時鐘多倍頻光譜(40GHz)，濾出的時鐘多倍頻光譜經(jīng)光放大(6)后與另一路高速率寬帶調(diào)制光(7)經(jīng)合路器(8)合路得到所需的高速率光毫米波(9)。高速率光毫米波經(jīng)測量儀器
(10)進(jìn)行光毫米波的各種參量的測量分析，如誤碼儀81250用于光毫米波的碼型產(chǎn)生與誤碼檢測，電譜儀E4440A用于光毫米波的電譜性能檢測，光譜儀AQ6319用于光毫米波的光譜性能檢測，示波器DSA8300用于光毫米波的數(shù)據(jù)眼圖、噪聲抖動等，SHG-FROG脈沖分析儀用于光毫米波脈沖波形、相位等信息測量。時鐘多倍頻光譜中心波長與高速率寬帶調(diào)制光中心波長的差值是所需毫米波的頻率，圖中(11)可見，lOGbit/s高速率調(diào)制后的光譜包含著IOGHz時鐘的多倍頻時鐘光譜(圖中標(biāo)出了 40GHz)，由此可以探索研究高速率光毫米波情況。圖2所示是lOGbit/s高速率數(shù)據(jù)調(diào)制光譜(7)前置放大后用示波器DSA8300測得的眼圖。由圖2可得，信號質(zhì)量好，其消光比9.31dB，方均根噪聲121.47 μ W，信噪比為31.02，方均根抖動為1.409ps。
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采用同一個DFB激光光源產(chǎn)生光毫米波，可有效抑制相位噪聲；采用的DFB激光具有窄線寬、高消光比特性，可有效抑制強(qiáng)度噪聲；采用誤碼儀81250輸出的lOGbit/s高速率數(shù)據(jù)通過一個寬帶調(diào)制器去調(diào)制DFB光源可提高數(shù)據(jù)速率。與采用射頻和基帶信號分別調(diào)制相位和強(qiáng)度兩種調(diào)制器的產(chǎn)生方法及文獻(xiàn)[8-9]相比，本發(fā)明光毫米波產(chǎn)生方案新穎、簡單可行，高速率數(shù)據(jù)、有效抑制噪聲。本專利方法與裝置可作為探索研究選擇不同多倍頻時鐘光譜所形成的高比特率光毫米波情況(20GHz-60GHz)、探索研究選擇不同調(diào)制速率5Gbit/s-40Gbit/s所形成的高比特率光毫米波情況的重要參考?？蓱?yīng)用于微波光子學(xué)、光纖通信、無線光纖接入、光纖光學(xué)等領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種40GHz、lOGbit/s高速率光毫米波產(chǎn)生新方法:安捷倫誤碼儀81250輸出10Gbit/s高速率數(shù)據(jù)信號，經(jīng)一個40G高速寬帶調(diào)制器去調(diào)制窄線寬DFB激光器產(chǎn)生的激光，從而產(chǎn)生高速率寬帶調(diào)制光譜，該光譜經(jīng)分路器分路，其中一路光譜經(jīng)濾波器濾出時鐘多倍頻光譜，濾出的時鐘多倍頻光譜經(jīng)光放大后與另一路高速率寬帶調(diào)制光經(jīng)合路器合路得到所需的高速率光毫米波。時鐘多倍頻光譜中心波長與高速率寬帶調(diào)制光中心波長的差值是所需毫米波的頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于:安捷倫4361^丨/8誤碼儀81250(1)的碼型產(chǎn)生部E4868輸出的lOGbit/s高速率NRZ偽隨機(jī)脈沖序列作數(shù)據(jù)信號(數(shù)據(jù)中包含時鐘；SDH數(shù)據(jù)包含時鐘使得本研究方案具有非常重要意義)，經(jīng)一個40G高速寬帶調(diào)制器(2)去調(diào)制窄線寬DFB激光器(3)產(chǎn)生的激光(00K格式)，從而產(chǎn)生光譜儀AQ6319所掃描光譜(圖中光譜是lOGbit/s高速率數(shù)據(jù)調(diào)制后的光譜)，該光譜經(jīng)分路器(4)分路，其中一路光譜經(jīng)濾波器(5)濾出時鐘多倍頻光譜，濾出的時鐘多倍頻光譜經(jīng)光放大(6)后與另一路高速率寬帶調(diào)制光(7)經(jīng)合路器(8)合路得到所需的高速率光毫米波(9)。高速率光毫米波經(jīng)測量儀器(10)進(jìn)行光毫米波的各種參量的測量分析，如誤碼儀81250用于光毫米波的碼型產(chǎn)生與誤碼檢測，電譜儀E44 40A用于光毫米波的電譜性能檢測，光譜儀AQ6319用于光毫米波的光譜性能檢測，示波器DSA8300用于光毫米波的數(shù)據(jù)眼圖、噪聲抖動等，SHG-FROG脈沖分析儀用于光毫米波脈沖波形、相位等信息測量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于:采用同一個DFB激光光源產(chǎn)生光毫米波，可有效抑制相位噪聲；采用的DFB激光具有窄線寬、高消光比特性，可有效抑制強(qiáng)度噪聲；采用誤碼儀81250輸出的lOGbit/s高速率數(shù)據(jù)通過一個寬帶調(diào)制器去調(diào)制DFB光源可提高數(shù)據(jù)速率。
4.專利方法與裝置可作為探索研究選擇不同多倍頻時鐘光譜所形成的高比特率光毫米波情況(如20GHz-60GHz)、探索研究選擇不同調(diào)制速率5Gbit/s-40Gbit/s所形成的高比特率光毫米波情況的重要參考。
全文摘要
在光毫米波高速率需求日益迫切情況下，針對光毫米波產(chǎn)生中的相位噪聲抑制和數(shù)據(jù)較低速率問題，本發(fā)明提出了一種40GHz、10Gbit/s高速率光毫米波產(chǎn)生新方法與裝置，采用高速率、光學(xué)外差式光毫米波產(chǎn)生子系統(tǒng)解決光毫米波噪聲問題和數(shù)據(jù)較低速率問題。
文檔編號H04B10/50GK103095377SQ201210595520
公開日2013年5月8日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者鄭宏軍, 劉山亮, 胡衛(wèi)生, 黎昕 申請人:聊城大學(xué)