本實用新型屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種降低模擬光纖鏈路噪聲系數(shù)的裝置。

背景技術(shù)：

名詞解釋：

在信號處理領(lǐng)域中，互相關(guān)(有時也稱為“互協(xié)方差”)是用來表示兩個信號之間相似性的一個度量，通常通過與已知信號比較用于尋找未知信號中的特性。它是兩個信號之間相對于時間的一個函數(shù)，有時也稱為滑動點積，是通信、模式識別以及密碼分析學(xué)等領(lǐng)域常用的一種數(shù)字信號處理方式。

傳統(tǒng)微波鏈路是許多商用與軍用通信系統(tǒng)的重要組成部分，能在航空航天、雷達、電子戰(zhàn)、高頻通信、遙感遙測以及精確測量等領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。然而，隨著傳輸距離的增加，電纜與波導(dǎo)等傳統(tǒng)傳輸介質(zhì)的插入損耗迅速增加，特別在微波、毫米波頻段，大插損的瓶頸對微波鏈路的限制越來越明顯,典型同軸電纜在X波段損耗要高于1.8dB/m(1.8×10³dB/Km)，而商用SMF-28通信光纖在1.5um波長處損耗僅接近0.2dB/Km。

光纖鏈路是解決傳統(tǒng)微波鏈路大插損瓶頸的最佳方式，特別適合于長距離傳輸。典型的強度調(diào)制-直接解調(diào)(Intensity Modulation–Direct Demodulation，IM-DD)光鏈路已經(jīng)在雷達、電子戰(zhàn)、精確測量等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其基本原理在于：輸入端電信號對光強度進行調(diào)制，已調(diào)光信號通過光纖傳送到接收端，然后通過光電探測器進行平方律檢波還原該電信號。由于光纖的低損耗，采用光纖鏈路來傳送或者處理電信號時能夠克服傳統(tǒng)微波鏈路大插損的缺點。不僅如此， 光鏈路還具有體積輕、抗電磁干擾等優(yōu)點，具有光明的應(yīng)用前景。

光纖鏈路是將電信號轉(zhuǎn)換成光信號之后，再采用低損耗光纖傳輸，最后再通過光電探測器還原電信號，屬于典型的有源模塊，勢必會引入噪聲，所以，降低鏈路的噪聲系數(shù)是光纖鏈路應(yīng)用的重要前提。傳統(tǒng)降低噪聲系數(shù)的方法局限于優(yōu)化激光器的強度、電光調(diào)制器的半波電壓與偏置電壓等模塊參數(shù)，又或是更換更高性能指標的模塊；本實用新型采用互相關(guān)技術(shù)，能從本質(zhì)上抵消鏈路的噪聲，最終降低鏈路的噪聲系數(shù)。不僅如此，該方法還可兼容其它傳統(tǒng)方法應(yīng)用，進一步降低噪聲系數(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實用新型提供了一種降低模擬光纖鏈路噪聲系數(shù)的裝置。本實用新型通過引入雙激光器-雙光探測器結(jié)構(gòu)，采用互相關(guān)技術(shù)對接收信號進行互相關(guān)處理，使得“相關(guān)”的有用信號得到加強；“非相關(guān)”的寄生噪聲得到消弱，最終降低光纖鏈路的噪聲系數(shù)。

為達到上述技術(shù)效果，本實用新型的技術(shù)方案是：

一種降低模擬光纖鏈路噪聲系數(shù)的裝置，包括至少兩個發(fā)射不同波長激光的激光器和分別與激光器對應(yīng)的光探測器；光探測器連接有互相關(guān)處理系統(tǒng)。

進一步的改進，所述激光器包括并聯(lián)的第一激光器和第二激光器；第一激光器和第二激光器發(fā)射的激光通過偏振控制器控制偏振方向輸入至電光調(diào)制器，電光調(diào)制器連接有放大器，電光調(diào)制器通過光纖連接與第一激光器配合的第一光探測器和與第二激光器配合的第二光探測器，形成雙激光器-雙光探測器結(jié)構(gòu)，雙激光器-雙光探測器結(jié)構(gòu)連接有互相關(guān)處理系統(tǒng)。

進一步的改進，所述互相關(guān)處理系統(tǒng)包括分別與光探測器相連的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器連接數(shù)字信號處理器，數(shù)字信號處理器連接數(shù)/模轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)信號輸出。

進一步的改進，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器為高頻模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述數(shù)/模轉(zhuǎn)換器為高頻數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。

進一步的改進，所述互相關(guān)處理系統(tǒng)為數(shù)字信號處理器。

進一步的改進，所述激光器均連接有可調(diào)光衰減器。

進一步的改進，所述放大器為低噪聲微波放大器。

進一步的改進，所述光纖為SMF-28通信光纖。

本實用新型的技術(shù)方案在于：通過引入雙激光器-雙光探測器結(jié)構(gòu)，采用互相關(guān)技術(shù)對接收信號進行互相關(guān)處理，使得“相關(guān)”的有用信號得到加強；“非相關(guān)”的寄生噪聲得到消弱，最終降低光纖鏈路的噪聲系數(shù)。

本實用新型的有益特點在于：通過互相關(guān)信號處理方式，從本質(zhì)上抵消光纖鏈路的寄生噪聲，最終實現(xiàn)降低鏈路噪聲系數(shù)的效果；不僅如此，本實用新型所涉技術(shù)能夠兼容傳統(tǒng)優(yōu)化鏈路噪聲系數(shù)的方案，突破傳統(tǒng)方案的技術(shù)瓶頸。

附圖說明

圖1是商用光纖鏈路的基本結(jié)構(gòu)；

圖2是本實用新型所涉采用互相關(guān)技術(shù)優(yōu)化鏈路噪聲系數(shù)的結(jié)構(gòu)圖；

圖3是偏置電壓優(yōu)化鏈路的噪聲系數(shù)；

圖4是調(diào)整光功率大小優(yōu)化鏈路的噪聲系數(shù)；

圖5是調(diào)整前置低噪放增益優(yōu)化鏈路的噪聲系數(shù)；

圖6是互相關(guān)次數(shù)對鏈路噪聲系數(shù)的影響。

具體實施方式

以下通過具體實施方式并且結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案作具體說明。

實施例1

參照圖1，示出商用模擬光纖鏈路的基本結(jié)構(gòu)。鏈路主要包括一個激光器1，提供被調(diào)制光源；一個偏振控制器2，用于控制激光的偏振方向；一個電光調(diào)制器3，實現(xiàn)微波-光轉(zhuǎn)換；一個放大器4(優(yōu)選低噪音放大器)，用于放大輸入信號、級聯(lián)光纖鏈路(即光纖5)，降低整個鏈路的噪聲系數(shù)；一個光電探測器6，實現(xiàn)光-微波轉(zhuǎn)換。通過電光調(diào)制器將電信號調(diào)制到光載波的幅度上，在光纖中傳輸后在光電探測器輸出端還原成電信號。對于典型的強度調(diào)制-直接解調(diào)微波光鏈路，其噪聲系數(shù)可表示為

其中k_B＝1.38×10^-23J/K，是玻爾茲曼常數(shù)；T為實驗環(huán)境溫度；q是單位電子帶電量；I_dc為探測器平均光電流；RIN是激光器(LD)的相對強度噪聲系數(shù)；Z_L為匹配阻抗；φ_b為電光調(diào)制器的直流偏置角，V_π為調(diào)制器的半波電壓，Z_in為鏈路的輸入阻抗。一般采用分貝單位制來表示，即NF＝10log F。除了采用低噪聲器件，優(yōu)化激光器的輸出功率與電光調(diào)制器的偏置電壓是降低微波光子鏈路噪聲系數(shù)的有效方式。采用Ortel公司型號為1772的分布反饋型半導(dǎo)體激光器，鑒于激光器的高功率輸出對應(yīng)低的相對強度噪聲的考慮，實驗中讓激光器工作在飽和輸出功率下，后接一個可調(diào)光衰減器來改變注入調(diào)制器端的光功率；采用Convega公司的型號為LN058的低半波電壓馬赫-增德爾型強度調(diào)制器；采用Discovery Semiconductors公司型號為DSC40的 高線性光電探測器；采用Hittite公司型號為HMC406的低噪聲微波放大器；使用6km SMF-28通信光纖作為延時線；其他無源器件均采用國產(chǎn)器件。

圖2是本實用新型所涉采用互相關(guān)技術(shù)優(yōu)化鏈路噪聲系數(shù)的結(jié)構(gòu)圖。第一激光器11、第二激光器12、偏振控制器2、放大器4(優(yōu)選低噪聲微波放大器)、電光調(diào)制器3、光纖5、第一光電探測器61、第二光電探測器62、第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器91、第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器92、數(shù)字信號處理器7以及數(shù)/模轉(zhuǎn)換器8。第一激光器11、第二激光器12并聯(lián)，連接至偏振控制器2；偏振控制器2連接至電光調(diào)制器3的光輸入端口；輸入信號通過放大器4(低噪聲微波放大器)進入電光調(diào)制器3的電輸入端口；通過電光調(diào)制器3，輸入光載波的幅度被輸入的電信號進行幅度調(diào)制，然后進入光纖5傳輸；電光調(diào)制器3的輸出端連接光纖5；光纖5的輸出端口分兩路，分別與第一光電探測器61和第二光電探測器62相連；兩個光電探測器輸出端分別與第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器91和第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器92相連接；兩個模/數(shù)轉(zhuǎn)換器并聯(lián)數(shù)字信號處理器7；數(shù)字信號處理器7輸出端連接數(shù)/模轉(zhuǎn)換器8，最終實現(xiàn)信號輸出。其中模/數(shù)轉(zhuǎn)換器91，92、數(shù)字信號處理器7與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器8構(gòu)成信號的“互相關(guān)處理”部分。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器91，92和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器8優(yōu)選為高頻模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和高頻數(shù)/模轉(zhuǎn)換器8。

本實用新型原理在于：第一激光器11、第二激光器12輸出不同波長的相干單波長激光，通過偏振控制器2控制偏振方向輸入至電光調(diào)制器3中，為電光調(diào)制提供兩不同單波長激光光源；光源被通過低噪聲微波放大器的輸入電信號進行幅度調(diào)制后傳送至光纖5，通過光纖5將信號傳至目的地；已調(diào)制的光信號在第一光電探測器61和第二光電探測器62的輸出端完成直接解調(diào)，還原至電信號，該電信號 包含待接收的有用信號與寄生噪聲；兩還原的電信號通過第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號；然后通過數(shù)字信號處理器進行“互相關(guān)”處理，實現(xiàn)待接收有用信號“增強”，寄生噪聲“消弱”的信號處理效果；互相關(guān)處理后的信號最后通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，實現(xiàn)最終輸出。本實用新型采用“互相關(guān)”信號處理來提高光纖鏈路的噪聲系數(shù)的原理在于：在本實用新型涉及的方案中，采用雙激光器、雙探測器結(jié)構(gòu)，通過引入兩個不相關(guān)的相對強度噪聲(來自不同的激光器)與散彈噪聲(來自兩個不同的光電探測器)，在接收端進行“互相關(guān)”處理來抵UAN消光纖鏈路的噪聲。

更進一步，設(shè)探測器61輸出信號為S1＝C+N1，探測器62輸出的信號為S2＝C+N2，C為待接收的有用信號，N1與N2分別為兩路信號中的寄生噪聲。顯然，兩路信號中的C來自同一信號源，故其相關(guān)；而兩路信號中的噪聲N1與N2來自不同的激光器與探測器，他們是不相關(guān)的，所以，通過互相關(guān)后，待接收的有用信號C相加得到加強，而兩噪聲N1與N2進行互相關(guān)后相互抵消削弱，最終降低了光纖鏈路的噪聲系數(shù)。

即本實用新型通過引入兩個不相關(guān)的RIN噪聲(來自不同的激光器)與散彈噪聲(來自不同的探測器)，在接收端通過互相關(guān)降低總的鏈路寄生噪聲。進一步而言，設(shè)探測器61輸出信號為S₁＝C+N₁，探測器62輸出的信號為S₂＝C+N₂，C為為待接收的有用信號，N₁與N₂分別為兩路信號中的寄生噪聲。顯然，兩路信號中的C來自同一信號源，故其相關(guān)；而兩路信號中的噪聲N₁與N₂是不相關(guān)的，所以，通過互相關(guān)后，待接收的有用信號C得到加強，而兩噪聲N₁與N₂進行互相關(guān)后得到削弱。

實施例2

實施例1的裝置適用于模擬信號的使用。需要說明的是，本實用新型涉及的裝置同樣適用于傳輸數(shù)字信號，在處理數(shù)字信號時，可去掉模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，直接將數(shù)字信號輸入數(shù)字信號處理器進行“互相關(guān)”處理即可，顯而易見，配套的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器亦可去掉。

實施例3

以下為降噪的實驗數(shù)據(jù)：

圖3給出了激光器輸出功率為60mW時，調(diào)制器直流偏置電壓對鏈路噪聲系數(shù)的影響。黑色曲線是仿真數(shù)據(jù)，黑點數(shù)據(jù)為實測數(shù)據(jù)，總體而言，理論與實驗數(shù)據(jù)能夠很好地吻合。由圖不難看出，隨著偏置電壓由0到V_π的增加，噪聲系數(shù)呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢變化，在1.5V左右降到最低，稱之為“低噪聲系數(shù)”偏置電壓區(qū)間。

圖4給出了噪聲系數(shù)與激光器功率大小的關(guān)系。取電光調(diào)制器的直流偏置電壓分別為0.9、1.9與2.8V，逐漸增加激光器的輸出功率大小。實線與實點分別是直流偏置電壓為0.9、1.9與2.8V時對應(yīng)的噪聲系數(shù)仿真與實驗數(shù)據(jù)。不難看出，當電光調(diào)制器輸入光功率增大時，微波光鏈路的噪聲系數(shù)隨之減小并最終趨于飽和，所以適當?shù)靥岣咻斎牍夤β适墙档驮肼曄禂?shù)的有效方式。

圖5給出了前置低噪放增益對噪聲系數(shù)的影響。放大器的噪聲系數(shù)為3dB，電光調(diào)制器的輸入光功率為80mW，電光調(diào)制器的直流偏置角為45度，電光調(diào)制器的半波電壓為3.2V。黑色曲線與實點分別為仿真與實驗數(shù)據(jù)，不難看出，放大器的增益從0增大到200時，鏈路的噪聲系數(shù)明顯減小，從32dB下降到了10dB以下。

圖6給出了互相關(guān)次數(shù)對鏈路噪聲系數(shù)的影響，隨著互相關(guān)次數(shù)的增加，鏈路的噪聲系數(shù)得到降低，當互相關(guān)次數(shù)達到200次以后， 噪聲系數(shù)的降低量達到飽和值，噪聲系數(shù)值接近7dB。

綜上所述，采用傳統(tǒng)方案，鏈路的噪聲系數(shù)下降到10dB左右；結(jié)合本實用新型所涉的技術(shù)方案，采用互相關(guān)技術(shù)，鏈路的噪聲系數(shù)得到3dB改善。

本實用新型也可使用更多的激光器和光電探測器進行互相關(guān)操作，即采用多激光器-多光探測器結(jié)構(gòu)，進行互相關(guān)操作。

上述僅為本實用新型的一個具體導(dǎo)向?qū)嵤┓绞?，但本實用新型的設(shè)計構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對本實用新型進行非實質(zhì)性的改動，均應(yīng)屬于侵犯本實用新型的保護范圍的行為。