本發(fā)明屬于光載無(wú)線(xiàn)（Radio-over-Fiber,縮寫(xiě)為RoF）通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及能夠?qū)崿F(xiàn)星座點(diǎn)分布最優(yōu)化的相位預(yù)編碼方法以及基于該方法的矢量毫米波信號(hào)生成系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

基于光子技術(shù)的毫米波生成可以實(shí)現(xiàn)非常高頻率的操作。當(dāng)有著特定頻率間隔（30-300GHz）的兩個(gè)連續(xù)波光波經(jīng)由一個(gè)可實(shí)現(xiàn)平方律探測(cè)的寬帶光電二極管實(shí)現(xiàn)拍頻時(shí)，一個(gè)電毫米波便能夠產(chǎn)生。來(lái)自一個(gè)激光源的兩個(gè)連續(xù)波光波有諸多優(yōu)勢(shì)，諸如穩(wěn)定的頻率，低的相位和強(qiáng)度噪聲，以及簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)?；诒额l的光生毫米波能夠通過(guò)采用恰當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)一個(gè)強(qiáng)度調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)?？蒲薪缫呀?jīng)提出并實(shí)驗(yàn)性地證實(shí)了可以實(shí)現(xiàn)基于倍頻的光生毫米波的不同方案。其中一種方案采用一個(gè)馬赫增德?tīng)栃蛷?qiáng)度調(diào)制器實(shí)現(xiàn)光載波抑制，從而實(shí)現(xiàn)雙倍頻【J. Yu, Z. Jia, L. Yi, Y. Su, G. K. Chang, and T. Wang, “Optical millimeter-wave generation or up-conversion using external modulators,” Photon. Technol. Lett., vol. 18, no. 1, pp. 265-267, 2006】的或六倍頻【J. Lu, Z. Dong, J. Liu et al., “Generation of a frequency sextupled optical millimeter wave with a suppressed central carrier using one single-electrode modulator,” Optical Fiber Technology, vol. 20, no. 5, pp. 533-536, 2014】的毫米波生成。這種方案可以降低對(duì)射頻頻率和光電器件帶寬的要求。并且極為重要的是這種方案不需要光濾波器?；诠廨d波抑制的光生矢量毫米波信號(hào)技術(shù)需要相位和幅度預(yù)編碼，這是因?yàn)樯傻墓夂撩撞ㄐ盘?hào)在倍頻后其相位和幅度均會(huì)發(fā)生變化。

在文獻(xiàn)【C. T. Lin, P. T. Shih, W. J. Jiang, E. Z. Wong, J. J. Chen, and S. Chi, “Photonic vector signal generation at microwave/millimeter-wave bands employing an optical frequency quadrupling scheme,” Opt. Lett., vol. 34, no. 14, pp. 2171-2173, 2009】中，第一種相位預(yù)編碼方案被提了出來(lái)并得到了實(shí)驗(yàn)性的證實(shí)，基于該相位預(yù)編碼方案的高達(dá)W波段（75-110GHz）的高頻率矢量毫米波信號(hào)生成也在近來(lái)得到了證實(shí)【X. Li, J. Zhang, J. Xiao; Z. Zhang, Y. Xu; J. Yu, “W-Band 8QAM Vector Signal Generation by MZM-Based Photonic Frequency Octupling,” Photon. Technol. Lett., vol. 27, no. 12, pp. 1257-1260, 2015】。經(jīng)過(guò)發(fā)送端的相位預(yù)編碼后矢量信號(hào)的星座圖將在其鄰近的星座點(diǎn)之間有著不同的歐氏距離【Y. Wang, Y. Xu,X. Li, J. Yu, N. Chi, “Balance precoding technique for vectro signal generation based on OCS,” Photon. Technol. Lett., vol. 27, no. 23, pp. 2469-2472, 2016】。由于有限的信噪比以及高頻率上數(shù)模轉(zhuǎn)換器的小的有效比特?cái)?shù)，一些星座點(diǎn)聚攏在了一起，從而惡化接收端探測(cè)到的矢量信號(hào)的性能。為了解決這個(gè)問(wèn)題，一種命名為平衡式相位預(yù)編碼的方案在近來(lái)得到證實(shí)，并實(shí)現(xiàn)了良好的性能【Y. Wang, Y. Xu, X. Li, J. Yu, N. Chi, “Balance precoding technique for vectro signal generation based on OCS,” Photon. Technol. Lett., vol. 27, no. 23, pp. 2469-2472, 2016】。

本發(fā)明提出了一種新穎的相位預(yù)編碼方案，該方案通過(guò)調(diào)整預(yù)編碼相位因子來(lái)實(shí)現(xiàn)星座點(diǎn)分布的最優(yōu)化。并且，還進(jìn)一步采用這種方案來(lái)改善基于光六倍頻的矢量毫米波信號(hào)生成系統(tǒng)的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種通過(guò)調(diào)整預(yù)編碼相位因子來(lái)實(shí)現(xiàn)星座點(diǎn)分布最優(yōu)化的相位預(yù)編碼方法，能夠應(yīng)用于基于光倍頻的光生矢量毫米波結(jié)構(gòu)中，以實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定度、高純度和高性能的電矢量毫米波的產(chǎn)生。本發(fā)明還提供一種基于該相位預(yù)編碼方法的矢量毫米波信號(hào)生成系統(tǒng)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、執(zhí)行簡(jiǎn)易、成本高效、系統(tǒng)性能良好等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明提供的星座點(diǎn)分布最優(yōu)化的相位預(yù)編碼方法，是通過(guò)調(diào)整預(yù)編碼相位因子來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體如下：

以采用光六倍頻和QPSK調(diào)制格式的情形為例。驅(qū)動(dòng)射頻信號(hào)的相位應(yīng)該滿(mǎn)足φ =φ_data/x。這里φ_data是目標(biāo)矢量信號(hào)的相位，x是預(yù)編碼相位因子。由于QPSK信號(hào)具有恒定的幅度，從而不需要幅度預(yù)編碼。QPSK信號(hào)的相位φ_data落在(π/4, 3π/4, -3π/4, -π/4)，并且在六倍頻的情況下預(yù)編碼相位因子x應(yīng)該是6。這樣預(yù)編碼后的相位φ 落在(π/24, 3π/24, -3π/24, -π/24), 如圖1（a）所示。按照?qǐng)D1（a）所示的星座點(diǎn)順序從上至下，我們將相位φ 在3π/24處的點(diǎn)定義為A點(diǎn)，相位為π/24、 -π/24, -3π/24的位置點(diǎn)分別定義為B點(diǎn)、C點(diǎn)和D點(diǎn)。這里我們假定信噪比為25dB。由于有限的信噪比以及高頻率上數(shù)模轉(zhuǎn)換器的小的有效比特?cái)?shù)，點(diǎn)A和點(diǎn)B，點(diǎn)B和點(diǎn)C，以及點(diǎn)C和點(diǎn)D將會(huì)相互靠攏在一起。但是由于在順時(shí)針?lè)较蛏系膹狞c(diǎn)D到點(diǎn)A的距離是大的，點(diǎn)A和點(diǎn)D將不會(huì)相互靠攏?？紤]到這個(gè)原因，對(duì)于六倍頻的毫米波信號(hào)生成而言，預(yù)編碼相位因子應(yīng)該降到小于6的程度，以恰當(dāng)?shù)卦黾由鲜隹赡芸繑n在一起的鄰近星座點(diǎn)之間的距離。圖1（b）給出了預(yù)編碼因子為5.4的預(yù)編碼星座圖。從圖1（b）中我們可以看出點(diǎn)A（相位位置φ 在15π/108處）和點(diǎn)B（相位位置φ 在5π/108處），點(diǎn)B和點(diǎn)C（相位位置φ 在-5π/108處），以及點(diǎn)C和點(diǎn)D（相位位置φ 在-15π/108處）之間的距離較圖1（a）而言增加了。

本發(fā)明提供的基于上述相位預(yù)編碼方法的矢量毫米波信號(hào)生成系統(tǒng)，具體方案如下：

基于離線(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理模塊生成的預(yù)編碼的攜帶發(fā)送數(shù)據(jù)的射頻信號(hào)，經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器模塊處理并經(jīng)電放大器放大。發(fā)送數(shù)據(jù)可以采用QPSK，8QAM,16QAM等矢量調(diào)制格式。對(duì)于六倍頻的毫米波信號(hào)生成而言，預(yù)編碼相位因子應(yīng)該降到小于6的程度，以恰當(dāng)?shù)卦黾涌赡芸繑n在一起的鄰近星座點(diǎn)之間的距離。然后該預(yù)編碼的射頻信號(hào)經(jīng)由一個(gè)單驅(qū)動(dòng)的馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器調(diào)制一個(gè)連續(xù)波長(zhǎng)的光波。此單驅(qū)動(dòng)的馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器工作在光載波抑制點(diǎn)，其輸出是兩條頻率間隔為射頻驅(qū)動(dòng)頻率六倍的三階子載波。生成的兩條三階子載波隨后在一個(gè)單端光電二極管內(nèi)外差拍頻，從而生成載波頻率為射頻驅(qū)動(dòng)頻率六倍的電矢量毫米波信號(hào)。由于采用了發(fā)送端預(yù)編碼的緣故，生成的電矢量毫米波信號(hào)具有常規(guī)的矢量調(diào)制格式。生成的電矢量毫米波信號(hào)被模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊捕獲再經(jīng)離線(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理模塊處理后，可以從中恢復(fù)出原始的發(fā)送數(shù)據(jù)。

本發(fā)明所述的基于上述相位預(yù)編碼方案的矢量毫米波信號(hào)生成系統(tǒng)，包括：

發(fā)送端離線(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理模塊，用于生成預(yù)編碼的攜帶發(fā)送數(shù)據(jù)的射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，發(fā)送數(shù)據(jù)可以采用QPSK，8QAM,16QAM等矢量調(diào)制格式；

一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器模塊，用于執(zhí)行預(yù)編碼射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換；

一個(gè)電放大器，用于放大預(yù)編碼射頻驅(qū)動(dòng)電信號(hào)；

一個(gè)單模激光器，用于產(chǎn)生單模連續(xù)波長(zhǎng)光載波；

一個(gè)單驅(qū)動(dòng)馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器，用于將預(yù)編碼射頻驅(qū)動(dòng)電信號(hào)調(diào)制到激光器輸出的光載波上，以提供兩條頻率間隔為射頻驅(qū)動(dòng)頻率六倍的三階子載波；

一個(gè)直流偏置電壓源，用于為單驅(qū)動(dòng)馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器提供偏置電壓；

一個(gè)單端光電二極管，用于實(shí)現(xiàn)光調(diào)制器生成的兩條三階子載波的外差拍頻，以生成電矢量毫米波信號(hào)；

一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊，用于實(shí)現(xiàn)生成的電矢量毫米波信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換；

接收端離線(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理模塊，用于處理模數(shù)轉(zhuǎn)換后的矢量毫米波信號(hào)，以恢復(fù)出原始的發(fā)送數(shù)據(jù)。

本發(fā)明采用新穎的通過(guò)調(diào)整預(yù)編碼相位因子來(lái)實(shí)現(xiàn)星座點(diǎn)分布最優(yōu)化的相位預(yù)編碼方法，基于一個(gè)單驅(qū)動(dòng)的馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器和一個(gè)單端光電二極管，實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定度高純度良好性能的矢量毫米波信號(hào)的生成，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本高效、執(zhí)行簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1 是本發(fā)明提出的通過(guò)調(diào)整預(yù)編碼相位因子來(lái)實(shí)現(xiàn)星座點(diǎn)分布最優(yōu)化的相位預(yù)編碼方案。其中，(a)為預(yù)編碼相位因子為6的星座圖。(b)為預(yù)編碼相位因子為5.4的星座圖。

圖2 是本發(fā)明的基于上述相位預(yù)編碼方案和光六倍頻的矢量毫米波信號(hào)生成系統(tǒng)示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)：1為發(fā)送端離線(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理模塊，2為數(shù)模轉(zhuǎn)換器模塊，3為電放大器，4為單模激光器，5為單驅(qū)動(dòng)馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器，6為直流偏置電壓源，7為單端光電二極管，8為模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊，9為接收端離線(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理模塊，10為基于上述相位預(yù)編碼方案和光六倍頻的矢量毫米波信號(hào)生成系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)例子和附圖，對(duì)本發(fā)明作具體說(shuō)明。

圖2所示為基于上述相位預(yù)編碼方案和光六倍頻的矢量毫米波信號(hào)生成系統(tǒng)，它包括：

發(fā)送端離線(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理模塊1，其主要作用是基于離線(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理產(chǎn)生預(yù)編碼的攜帶發(fā)送數(shù)據(jù)的射頻信號(hào)。發(fā)送數(shù)據(jù)可以采用QPSK，8QAM,16QAM等矢量調(diào)制格式。對(duì)于六倍頻的毫米波信號(hào)生成而言，預(yù)編碼相位因子應(yīng)該降到小于6的程度，以恰當(dāng)?shù)卦黾涌赡芸繑n在一起的鄰近星座點(diǎn)之間的距離。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器模塊2，其主要作用是對(duì)離線(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理產(chǎn)生的預(yù)編碼的攜帶發(fā)送數(shù)據(jù)的射頻信號(hào)執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。

電放大器3，其主要作用是放大預(yù)編碼射頻驅(qū)動(dòng)電信號(hào)的功率。

單模激光器4，其主要作用是輸出指定頻率的單縱模激光作為光載波?？梢圆捎酶鞣N線(xiàn)寬不同的商用激光器，例如窄線(xiàn)寬激光器，外腔激光器，直接調(diào)制激光器，分布式反饋激光器，垂直腔面發(fā)射激光器等等。激光器線(xiàn)寬對(duì)后續(xù)生成的電矢量毫米波信號(hào)的性能沒(méi)有影響。

單驅(qū)動(dòng)馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器5，其主要作用是在預(yù)編碼射頻信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)光載波進(jìn)行調(diào)制，其調(diào)制方式為光載波抑制方式，即直流偏置電壓為單驅(qū)動(dòng)馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器的半波電壓。單驅(qū)動(dòng)馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器的輸出是兩條三階子載波，其頻率間隔為預(yù)編碼射頻驅(qū)動(dòng)頻率的六倍。

直流偏置電壓源6，其主要作用是為單驅(qū)動(dòng)馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器提供偏置電壓。

單端光電二極管7，其主要作用是對(duì)生成的兩條三階子載波執(zhí)行外差拍頻，從而生成載波頻率為射頻驅(qū)動(dòng)頻率六倍的電矢量毫米波信號(hào)。由于采用了發(fā)送端預(yù)編碼的緣故，生成的電矢量毫米波信號(hào)具有常規(guī)的矢量調(diào)制格式。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊8，其主要作用是對(duì)探測(cè)得到的電矢量毫米波信號(hào)執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；

接收端離線(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理模塊9,其主要作用是對(duì)數(shù)字化后的矢量毫米波信號(hào)進(jìn)行恒模均衡和載波恢復(fù)，以從中恢復(fù)出原始的發(fā)送數(shù)據(jù)。

本發(fā)明中所述的通過(guò)調(diào)整預(yù)編碼相位因子來(lái)實(shí)現(xiàn)星座點(diǎn)分布最優(yōu)化的相位預(yù)編碼方案以及基于上述相位預(yù)編碼方案和光六倍頻的矢量毫米波信號(hào)生成系統(tǒng)，適合于U、V、W、D等多種不同頻段的光載無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。

總之，本發(fā)明所述的通過(guò)調(diào)整預(yù)編碼相位因子來(lái)實(shí)現(xiàn)星座點(diǎn)分布最優(yōu)化的相位預(yù)編碼方案以及基于上述相位預(yù)編碼方案和光六倍頻的矢量毫米波信號(hào)生成系統(tǒng)，具有執(zhí)行簡(jiǎn)易、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，其在光載無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用可以簡(jiǎn)化光載無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)架構(gòu)，降低光載無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)成本。