CN101420270B - 基于毫米波发生器实现光纤无线***上下行链路波长再用的*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微波光子和光纤无线通信等领域，公开了一种基于毫米波发生器实现光纤无线***上下行链路波长再用的***。该***包括中心站(92)、基站(91)及传输光纤。解决了波长再用中存在的***成本高、色散所致衰减、***结构复杂问题。利用第三光纤光栅(52)取得上行链路再用光载波，利用第四光纤光栅(53)取得下行链路再用光载波，实现了***的波长再用。在基站外调制器(81)输出端通过第六光纤光栅(55)、上行链路传输光纤(9)与中心站(92)相连；中心站(92)外调制器(80)输出端通过第五光纤光栅(54)、下行链路传输光纤(4)与基站(91)相连，滤除调制信号的一个边带，解决了传输中的色散所致衰减问题。
Description
技术领域
本发明涉及光纤无线通信和微波光子技术，适用于光纤-无线通信***、微波光子、光纤传感、光纤通信、移动蜂窝通信以及雷达等领域。
背景技术
目前移动通信的发展极为迅猛，随着国际上3G移动通信技术的实用化，移动无线接入正向着宽带宽、高速接入的方向发展。然而，随着移动通信的迅猛发展，无线频谱资源缺乏的局限也越来越突出。但是集中了大多数业务的3GHz以下频段早已拥挤不堪，低频段资源几乎已经用尽。为了提高无线通信***的容量和接入速率，就必然要求提高其工作频率。但是大气环境对无线信号由于吸收和反射所引起的损耗也会随着信号频率的增加而增加。
为了解决以上频率资源匮乏等问题，提出了光纤无线通信(ROF：Radio OverFiber)技术。在光纤无线通信***中，用光纤通信代替传统无线通信中从中心站(CS，Central Station)到基站(BS，Base Station)的一段微波传输，中心站通过光纤与多个功能简单的基站相连。所有的处理功能，包括调制解调、编解码、路由等在中心站完成，基站的主要功能是实现光信号和微波信号的转换。在中心站，基带电信号经过电调制器调制到毫米波发生器产生的毫米波上，再送入光调制器，将该复合电信号调制到从毫米波发生器处得到的可再用光载波上，以适用于光纤信道传输。以上这些都在中心站完成。由于上行链路中接收到的信号需要在基站调制，需要一个激光光源，这就必然要增加***的成本。由【A.Kaszubowska，L.P.Barry，″Remote Downconversion with wavelength reusefor the radio/fiber uplink connection″IEEE Photonics Technology Letters，Vol.18，No.4，2006，Page(s)：562-564】所公开的技术方案采用的双边带调制，没有解决传输过程中的色散所致衰减问题，致使传输距离很短，信号速率很低。由【全双工通信Radio-Over-Fiber中光毫米波产生和波长重用方法和***。公开号：CN 101001126A，申请号：200610032045.2】所公开的技术方案采用的中心站结构中使用了光载波抑制(OCS)技术，再使用交叉复用器分离边带边模的方法获得上下行链路的再用波长，这样就增加了中心站的光调制器数量，使得***结构复杂，而光调制器是非常昂贵的，这种方案也就增加了***造价。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，波长再用技术中存在的***成本高、色散所致衰减、***结构复杂问题。
本发明的技术方案：
基于毫米波发生器实现光纤无线***上下行链路波长再用的***，该***包括中心站、基站、下行链路传输光纤、上行链路再用波长传输光纤、上行链路传输光纤，其连接：
毫米波发生器的第三光环型器的第三端口通过上行链路再用波长传输光纤与基站外调制器相连；
毫米波发生器的第四光环形器的第三端口与中心站外调制器相连；
中心站外调制器的输出端与第五光纤光栅输入端相连，第五光纤光栅输出端与下行链路传输光纤相连；
基站外调制器的输出端与第六光纤光栅输入端相连，第六光纤光栅输出端与上行链路传输光纤相连；
毫米波发生器的第三光环形器的第一端口与第一光纤光栅的输出端相连；
毫米波发生器的第三光环形器的第二端口与第三光纤光栅的输入端相连；
毫米波发生器的第四光环形器的第二端口与第四光纤光栅的输入端相连；
毫米波发生器的第四光环形器的第一端口与第二光纤光栅的输出端相连。
所述的毫米波发生器中第一光纤光栅和第二光纤光栅的反射带宽之和小于连续波激光器输出带宽，第一光纤光栅和第二光纤光栅的中心波长频率之差等于产生的微波、毫米波频率；第三光纤光栅和第四光纤光栅的反射带宽之和小于连续波激光器输出带宽，第三光纤光栅和第四光纤光栅的中心波长频率之差等于产生的微波、毫米波频率。
所述的第一光纤光栅和第二光纤光栅为均匀光纤光栅、啁啾光纤光栅、高斯切趾光纤光栅或升余弦切趾光纤光栅；第三光纤光栅、第四光纤光栅、第五光纤光栅、第六光纤光栅为高斯切趾均匀光纤光栅或升余弦切趾均匀光纤光栅。
毫米波发生器产生的微波、毫米波信号的频率为10GHz～1000GHz。
第五光纤光栅的中心波长等于第四光纤光栅的中心波长加/减产生的微波、毫米波频率，反射带宽等于产生的微波、毫米波频率。第六光纤光栅中心波长等于第三光纤光栅的中心波长加/减产生的微波、毫米波频率，反射带宽等于产生的微波、毫米波频率。
本发明的有益效果具体如下：
本发明所述的一种基于毫米波发生器实现光纤无线***上下行链路波长再用的***，充分利用光纤光栅的波长选择特性，在毫米波发生器中，第一光纤光栅通过第三光环形器接第三光纤光栅，第二光纤光栅通过第四光环形器接第四光纤光栅，取得上下行链路所用的光载波，实现了光载波的再利用；节省了基站的激光器，简化***结构，节省成本；同时利用第五光纤光栅、第六光纤光栅滤除了中心站、基站处调制信号的一个边带，实现了调制信号的单边带传输，解决了双边带信号在光纤中传输所存在的色散所致衰减问题，大大增加了传输距离。同时节省了中心站所需的光调制器的数目，简化了***结构，降低了***造价。
附图说明
图1为一种基于双光纤光栅结构的微波、毫米波发生装置。
图2为基于毫米波发生器实现光纤无线***上下行链路波长再用的***原理图。
图中：连续波激光器10、光隔离器20、Y分器30、第一光环形器40、第二光环形器41、第一光纤光栅50、第二光纤光栅51、光耦合器31、高速光电探测器60、高频带通滤波器70、第三光环形器42、第四光环形器43、第三光纤光栅52、第四光纤光栅53、基带信号1、电调制器2、上行链路光接收机3、中心站外调制器80、下行链路传输光纤4、上行链路再用波长传输光纤5、下行链路光电接收机6、全双工天线接收发射开关7、全双工接收、发射天线8、上行链路传输光纤9、第六光纤光栅55、功率放大器77、基站外调制器81、毫米波发生器90、基站91、中心站92。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如图2，所述的基于毫米波发生器实现光纤无线***上下行链路波长再用的***，该***由中心站92、基站91、传输光纤连接成。
本发明采用的毫米波发生器90是在2008年10月31日申请，申请号为200810225447.3的，名称为“一种基于双光纤光栅结构的微波、毫米波发生装置”的第一光纤光栅50输出端连接第三光环形器42的第一端口421，第三光环形器42的第二端口422与第三光纤光栅52的输入端连接；第二光纤光栅51输出端连接第四光环形器43的第一端口431，第四光环形器43的第二端口432与第四光纤光栅53的输入端连接。
申请号为200810225447.3的，名称为“一种基于双光纤光栅结构的微波、毫米波发生装置”的器件间的连接：
连续波激光器10依次连接光隔离器20、Y分器30的一字端、Y分器30的一个分叉端连接第一光环形器40的第一端口401、另一个分叉端连接第二光环形器41的第一端口411，第一光环形器40的第二端口402接第一光纤光栅50；第二光环形器41的第二端口412接第二光纤光栅51；
第一光环形器40的第三端口403和第二光环形器41的第三端口413直接接光耦合器31的两个分叉端、光耦合器31的一字端经高速光电探测器60接高频带通滤波器70的输入端。
中心站92：
本发明采用的中心站92包括毫米波发生器90、基带信号发生器1、电调制器2、中心站外调制器80、上行链路光接收机3构成的基础上，高频带通滤波器70的输出端连接电调制器2；基带信号发生器1连接电调制器2；第四光环形器43的第三端口433连接中心站外调制器80；电调制器2连接中心站外调制器80；在中心站外调制器80的输出端连接第五光纤光栅54，组成了本发明的中心站。
基站91：
本发明采用基站91是由下行链路光电接收机6、全双工天线接收发射开关7、发射天线8、功率放大器77、基站外调制器81连接成的现有方案基础上，在基站外调制器81的输出端连接第六光纤光栅55输入端，构成本发明的基站。
本发明的基站和中心站间的连接：
第五光纤光栅54输出端通过下行链路传输光纤4与基站91的下行链路光电接收机6连接；第三光环型器42的第三端口423通过上行链路再用波长传输光纤5与基站外调制器81连接。第六光纤光栅55输出端通过上行链路传输光纤9与上行链路光接收机3连接。
光纤光栅50～55采用均匀光纤光栅。
连续波激光器10的输出带宽大于30GHz。
第一光纤光栅50中心波长：λ1＝1553.007nm，反射带宽B1＝15GHz。
第二光纤光栅51中心波长：λ2＝1552.524nm，反射带宽B2＝15GHz。
第三光纤光栅52中心波长：λ3＝1552.524nm，反射带宽B3＝1GHz。
第四光纤光栅53中心波长：λ4＝1553.007nm，反射带宽B4＝1GHz。
第五光纤光栅54中心波长：λ5＝(1553.007±0.48)nm，反射带宽B5＝60GHz。
第六光纤光栅55中心波长：λ6＝(1552.524±0.48)nm，反射带宽B6＝60GHz。
经过滤波器后产生的微波、毫米波频率：fRF＝c(1/λ2-1/λ1)＝60GHz。
毫米波发生器90产生的的微波、毫米波信号的频率大小范围为10GHz到1000GHz。
基于毫米波发生器实现光纤无线***上下行链路波长再用的***的工作原理：
连续波激光器10产生的光载波信号经过光隔离器20进入Y分器30的一字端，在Y分器30的分叉端分为两束输出。一束光载波经过第一光环形器的401端口输入第一光纤光栅50，另一束光载波经过第二光环形器41的411端口输入第二光纤光栅51，第一光纤光栅50的反射波经过第一光环形器40的402端口返回第一光环形器41，经过第一光环形器40的403端口输出到光耦合器31，与经过第二光环形器41的413端口返回的第二光纤光栅51的反射波耦合后输入到高速光电探测器60中进行差频，第一和第二光纤光栅的中心波长频率之差等于微波、毫米波频率，差频后产生包含fRF的微波、毫米波波段。差频产生的微波、毫米波输入到高频带通滤波器70滤除不需要的频率分量，从而得到下行链路所需的微波、毫米波。
第一光纤光栅50的透射谱经第三光环型器42的第一端口421输入，由第三光环型器42的第二端口422输入第三光纤光栅52，得到的反射谱由第三光环型器42的第三端口423输入到上行链路再用波长传输光纤5，作为基站外调制器81的光载波，实现上行链路的波长再用；
第二光纤光栅51的透射谱经第四光环型器43的第一端口431输入，由第四光环型器43的第二端口432输入第四光纤光栅53，得到的反射谱由第四光环型器43的第三端口433输入到中心站外调制器80，实现下行链路的波长再用；
基带信号发生器1经过电调制器2被调制到高频带通滤波器70输出的微波、毫米波上，得到的调制有基带信号的微波、毫米波信号经过中心站外调制器80被调制到第四光环型器43的第三端口433输出的再用光波上；得到的调制信号输入第五光纤光栅54输入端，滤除一个边带得到单边带信号，经下行链路传输光纤4传输到基站91的下行链路光电接收机6经光电转换为电信号，功率放大器77放大后经全双工接收、发射天线8发射出去；
由全双工接收、发射天线8接收到的信号经功率放大器77放大后输入基站外调制器81，由基站外调制器81调制到上行链路再用波长传输光纤5输出的上行链路再用光波上，经上行链路传输光纤9传输到中心站92的上行链路光接收机3。
Claims (5)
1.基于毫米波发生器实现光纤无线***上下行链路波长再用的***，该***包括由中心站(92)、基站(91)、下行链路传输光纤(4)、上行链路再用波长传输光纤(5)、上行链路传输光纤(9)连接成；中心站(92)包括毫米波发生器(90)，构成该毫米波发生器(90)的器件间的连接为：
连续波激光器(10)依次连接光隔离器(20)、Y分器(30)的一字端、Y分器(30)的一个分叉端连接第一光环形器(40)的第一端口(401)、另一个分叉端连接第二光环形器(41)的第一端口(411)，第一光环形器(40)的第二端口(402)接第一光纤光栅(50)的输入端；第二光环形器(41)的第二端口(412)接第二光纤光栅(51)的输入端；
第一光环形器(40)的第三端口(403)和第二光环形器(41)的第三端口(413)直接接光耦合器(31)的两个分叉端、光耦合器(31)的一字端经高速光电探测器(60)接高频带通滤波器(70)的输入端；
其特征在于：
毫米波发生器(90)的第三光环形器(42)的第三端口(423)通过上行链路再用波长传输光纤(5)与基站外调制器(81)相连；
毫米波发生器(90)的第四光环形器(43)的第三端口(433)与中心站外调制器(80)相连；
中心站外调制器(80)的输出端与第五光纤光栅(54)输入端相连，第五光纤光栅(54)输出端与下行链路传输光纤(4)相连；
基站外调制器(81)的输出端与第六光纤光栅(55)输入端相连，第六光纤光栅(55)输出端与上行链路传输光纤(9)相连；
毫米波发生器(90)的第三光环形器(42)的第一端口(421)与第一光纤光栅(50)的输出端相连；
毫米波发生器(90)的第三光环形器(42)的第二端口(422)与第三光纤光栅(52)的输入端相连；
毫米波发生器(90)的第四光环形器(43)的第二端口(432)与第四光纤光栅(53)的输入端相连；
毫米波发生器(90)的第四光环形器(43)的第一端口(431)与第二光纤光栅(51)的输出端相连；
第一光纤光栅(50)中心波长：λ1＝1553.007nm，反射带宽B1＝15GHz；
第二光纤光栅(51)中心波长：λ2＝1552.524nm，反射带宽B2＝15GHz；
第三光纤光栅(52)中心波长：λ3＝1552.524nm，反射带宽B3＝1GHz；
第四光纤光栅(53)中心波长：λ4＝1553.007nm，反射带宽B4＝1GHz；
第五光纤光栅(54)中心波长：λ5＝(1553.007±0.48)nm，反射带宽B5＝60GHz；
第六光纤光栅(55)中心波长：λ6＝(1552.524±0.48)nm，反射带宽B6＝60GHz。
2.根据权利要求1所述的基于毫米波发生器实现光纤无线***上下行链路波长再用的***，其特征在于，所述的毫米波发生器(90)中第一光纤光栅(50)和第二光纤光栅(51)的反射带宽之和小于连续波激光器(10)输出带宽，第一光纤光栅(50)和第二光纤光栅(51)的中心波长频率之差等于产生的毫米波频率；第三光纤光栅(52)和第四光纤光栅(53)的反射带宽之和小于连续波激光器(10)输出带宽，第三光纤光栅(52)和第四光纤光栅(53)的中心波长频率之差等于产生的毫米波频率。
3.根据权利要求2所述的基于毫米波发生器实现光纤无线***上下行链路波长再用的***，其特征在于，所述的第一光纤光栅(50)和第二光纤光栅(51)为均匀光纤光栅、啁啾光纤光栅、高斯切趾光纤光栅或升余弦切趾光纤光栅；第三光纤光栅(52)、第四光纤光栅(53)、第五光纤光栅(54)、第六光纤 光栅(55)为高斯切趾均匀光纤光栅或升余弦切趾均匀光纤光栅。
4.根据权利要求1所述的基于毫米波发生器实现光纤无线***上下行链路波长再用的***，其特征在于，毫米波发生器(90)产生的毫米波信号的频率为10GHz～1000GHz。
5.根据权利要求1所述的基于毫米波发生器实现光纤无线***上下行链路波长再用的***，其特征在于，第五光纤光栅(54)的中心波长等于第四光纤光栅(53)的中心波长加/减产生的毫米波频率，反射带宽等于产生的毫米波频率；第六光纤光栅(55)中心波长等于第三光纤光栅(52)的中心波长加/减产生的毫米波频率，反射带宽等于产生的毫米波频率。
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