CN113114378A - 一种基于rof链路的高精度射频稳相*** - Google Patents

一种基于rof链路的高精度射频稳相*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于ROF链路的高精度射频稳相***，通过射频信号光发射模块，测量信号与业务信号通过波分复用后进入光纤传输到所述接收端，经过波分解复用后，测量信号再由原光路返回到所述发射端，所述时延测量单元对接收到的信号延时进行测量，计算得出时延的变化量，提供给补偿控制模块，所述补偿控制模块控制时延补偿单元完成时延补偿，最后由射频光接收模块解调恢复出业务射频信号，本发明解决了现有射频稳相技术稳定性不足的问题。

Description

一种基于ROF链路的高精度射频稳相***
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于ROF链路的高精度射频稳相***。
背景技术
射频光传输(Radio on Fiber)，又称为ROF，是微波光子学的重要应用方向之一，它是一种将光通信技术和微波技术相结合的通信方式，可以利用光纤链路将射频信号进行远距离传输，具有传输距离远、损耗低、性价比高、抗干扰能力强、可灵活移动布设等诸多优点，在雷达、卫星地面站、电子战、宽带无线接入和长距离传输等诸多领域具有十分广泛的应用前景。ROF链路中，光缆传输线是一段长距离的光纤，容易受环境因素影响，使光纤的等效长度发生变化，造成传输时延量变化，最终导致射频信号相位不稳定。
现有关于ROF链路的稳相研究一般可分为两大类，一类是通过对光链路进行共轭时延补偿实现长距离光纤传输的相位稳定，另一类则是通过光纤锁相环的方式实现高精度的相位稳定，但这些方法仍无法同时兼顾长距离和高精度的时延的测量以及相位稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于ROF链路的高精度射频稳相***，旨在解决现有射频稳相技术稳定性不足的问题。
为实现上述目的，本发明采用的一种基于ROF链路的高精度射频稳相***，包括发射端和接收端，所述发射端和所述接收端光纤连接；所述发射端包括射频光发射模块、测量模块、补偿控制模块、时延补偿单元和第一波分复用器，所述射频光发射模块、所述第一波分复用器、所述测量模块和所述时延补偿单元间依次光纤连接，所述测量模块、所述补偿控制模块和所述时延补偿单元依次电性连接。
其中，所述接收端包括第二波分复用器、射频光接收模块和测量信号回传模块，所述第二波分复用器与所述射频光接收模块单向光纤连接，光信号从所述第二波分复用器流向所述射频光接收模块，所述第二波分复用器与所述测量信号回传模块双向光纤连接。
其中，所述测量模块包括相位测量单元和时延测量单元，所述相位测量单元测量ROF设备链路射频信号的相位变化，所述时延测量单元测量ROF设备链路的光信号传输时延变化。
其中，所述相位测量单元包括导频信号发生器、导频信号光发射模块、导频信号光接收模块和相位测量模块，所述导频信号发生器产生测量导频信号，所述导频信号光发射模块将所述测量导频信号调制到光信号上，所述导频信号光接收模块接收返回的光信号并解调成导频信号，所述相位测量模块测量导频信号经过一次往返传输的相位差。
其中，所述时延测量单元包括脉冲发生器、脉冲信号光发射模块、脉冲信号光接收模块和时延测量模块，所述脉冲发生器产生测量脉冲信号，所述脉冲信号光发射模块将所述测量脉冲信号调制为光信号，所述脉冲信号光接收模块接收返回的光信号并还原成脉冲信号，所述时延测量模块测量脉冲信号经过一次往返传输的时延差。
其中，所述基于ROF链路的高精度射频稳相***还包括第一环形器、第二环形器、第三环形器和第四环形器，所述第一环形器设置在所述相位测量单元与所述第一波分复用器之间，所述第二环形器设置在所述时延测量单元与所述第一波分复用器之间，所述第三环形器和所述第四环形器设置在所述接收端上。
其中，所述基于ROF链路的高精度射频稳相***采用光波分复用传输，射频信号、脉冲信号、导频信号分别调制到光信号上，合波后在同一芯光纤中进行传输。
本发明的一种基于ROF链路的高精度射频稳相***，通过射频信号光发射模块和测量模块将射频信号、导频测量信号和脉冲测量信号分别调制到光信号上，通过波分复用合波后进入光纤传输到所述接收端，经过波分解复用后，测量信号再由原光路返回到所述发射端，所述时延测量单元对接收到的信号延时进行测量，所述相位测量电压对接收到的信号相位变化进行测量，将两个测量结果结合，提供给补偿控制模块，计算得出射频信号相位变化所对应的光信号时延的变化量，所述补偿控制模块控制时延补偿单元完成时延补偿，最后由射频光接收模块解调恢复出业务射频信号，本发明通过相位测量和时延测量相结合的方法，解决了现有射频稳相技术稳定性不足的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种基于ROF链路的高精度射频稳相***的结构示意图。
图2是本发明的相位测量单元和时延测量单元的组成原理图。
图3是本发明测量过程示意图。
图4是本发明时延补偿过程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1和图2，本发明提供了一种基于ROF链路的高精度射频稳相***，包括发射端和接收端，所述发射端和所述接收端光纤连接；所述发射端包括射频光发射模块、测量模块、补偿控制模块、时延补偿单元和第一波分复用器，所述射频光发射模块、所述第一波分复用器、所述测量模块和所述时延补偿单元间依次光纤连接，所述测量模块、所述补偿控制模块和所述时延补偿单元依次电性连接。
所述接收端包括第二波分复用器、射频光接收模块和测量信号回传模块，所述第二波分复用器与所述射频光接收模块单向光纤连接，光信号从所述第二波分复用器流向所述射频光接收模块，所述第二波分复用器与所述测量信号回传模块双向光纤连接。
所述测量模块包括相位测量单元和时延测量单元，所述相位测量单元测量ROF设备链路射频信号的相位变化，所述时延测量单元测量ROF设备链路的光信号传输时延变化。时延测量完成信号相位的粗测量，相位测量完成信号相位的精细测量，两者结合共同完成对射频信号相位的高精度测量。
所述相位测量单元包括导频信号发生器、导频信号光发射模块、导频信号光接收模块和相位测量模块，所述导频信号发生器产生测量导频信号，所述导频信号光发射模块将所述测量导频信号调制到光信号上，所述导频信号光接收模块接收返回的光信号并解调成导频信号，所述相位测量模块测量导频信号经过一次往返传输的相位差。
所述时延测量单元包括脉冲发生器、脉冲信号光发射模块、脉冲信号光接收模块和时延测量模块，所述脉冲发生器产生测量脉冲信号，所述脉冲信号光发射模块将所述测量脉冲信号调制为光信号，所述脉冲信号光接收模块接收返回的光信号并还原成脉冲信号，所述时延测量模块测量脉冲信号经过一次往返传输的时延差。
所诉补偿控制模块，将相位测量结果和时延测量结果进行计算，得到射频信号相位变化量，根据计算得到射频信号相位变化量实时控制时延补偿单元的延时量，对射频信号的相位在光路上进行补偿。
所述基于ROF链路的高精度射频稳相***还包括第一环形器、第二环形器、第三环形器和第四环形器，所述第一环形器设置在所述相位测量单元与所述第一波分复用器之间，所述第二环形器设置在所述时延测量单元与所述第一波分复用器之间，所述第三环形器和所述第四环形器设置在所述接收端上。
所述基于ROF链路的高精度射频稳相***采用光波分复用传输，射频信号、脉冲信号、导频信号分别调制到光信号上，合波后在同一芯光纤中进行传输。其中，射频信号经过射频光发射模块调制到光信号上，与调制到光信号的导频信号和脉冲信号通过光波分复用合波。
进一步地，所述时延补偿单元的核心器件就是可调光纤延迟线，由电动可调光纤延迟线、延迟线驱动电路和微控制器组成。电动可调光纤延迟线由带尾纤的准直器、反射镜、电机等组成，通过电机的运动改变反射镜与准直器的距离，进而改变光程，达到改变时延的目的。延迟线驱动电路用于驱动延迟线的电机运行和状态反馈，包括延迟量改变、步进控制、限位告警等功能。微控制器负责时延和相位测量值的计算，补偿***的控制等。
在本实施方式中，射频信号的传输基本过程如下：
射频光发射模块产生调制了业务射频信号的光信号，光信号依次进入第一波分复用器、时延补偿模块、传输光纤、第二波分复用器、到达射频光接收模块，由射频光接收模块解调恢复出业务射频信号。
相位测量单元和时延测量单元的组成原理如图2所示，时延测量完成粗测量，相位测量实现细测量，二者结合起来则可以实现高精度的准确测量。
在相位测量过程中，导频信号分为两路，一路作为参考导频信号另一路作为测量导频信号，参考导频信号进入相位测量模块，测量导频信号进入导频信号光发射模块，导频信号经过导频信号光发射模块后被调制到光信号上，调制后的光信号记为光信号2，光信号2经过第一环形器后进入第一波分复用器，复用后的光信号经过光纤传输后到达第二波分复用器，由第二波分复用器将光信号解复用后，其中光信号2经过第三环形器后沿原路径返回，到达第一环形器后由端口输出进入导频信号光接收模块，由导频信号光接收模块解调后恢复出导频信号，恢复出的导频信号进入相位测量模块，相位测量模块测出参考导频信号和测量导频信号的相位差。相位测量方法为比较进入相位测量模块的两个导频信号的相位差，测量芯片选用AD公司的鉴幅鉴相器芯片AD8302，AD8302的鉴相频率最高可达2.7GHz，输入信号幅度-60dBm～0dBm之间，特性阻抗50Ω，鉴相精度优于1°，相位测量比例系数为10mv/度。
时延测量过程中，由微控制器产生两路脉冲信号，分别为测量脉冲信号和参考脉冲信号，测量脉冲信号经由脉冲信号光发射模块将脉冲信号调制到光信号上，调制后的光信号记为光信号3，调制后的光信号经过环形器后与调制后的业务光信号1和被导频信号调制后的光信号2一起进入第一波分复用器，经过波分复用器1后，经由传输光纤后到达光链路远端的第二波分复用器，由波分复用器2进行解复用，将光信号1、光信号2以及光信号3分开，光信号3经过第四环形器后沿着原路径返回，到达脉冲信号光接收模块，经接收模块解调还原出脉冲信号，进入时延测量模块与参考脉冲信号进行比较，测出时延差，时延测量过程结束。
时延测量方法为比较两个脉冲信号进入时延测量模块的时间差，测量芯片选用AMS公司最新推出的时间数字转换器(TDC)芯片AS6501，该具有2个测量通道，支持LVDS接口、CMOS接口和SPI接口，最高测量精度可达10ps，脉冲间隔小于5ns，采样速度可达70MSPS，测量范围最高可达0～16s。TDC测量过程如图3所示，初始化后TDC复位并进行相关配置，配置完成生产脉冲信号，当测量脉冲信号返回时，测量读取延时值，并将延时值储存。储存过程完成，MCU产生导频信号，当测量导频信号返回时，测量并读取相位差值，并将插值储存，单次测量过程结束。
补偿过程在测量过程之后进行，具体流程如图4所示，时延补偿程序同样首先经过初始化过程，初始化后在时延和相位测量过程结束后，进行变化量计算、补偿量计算，再通过补偿控制进行时延和相位补偿，补偿后通过校验测量判断是否控制到位，若控制未到位，则返回变量计算，再次循环，若控制到位则结束补偿程序。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种基于ROF链路的高精度射频稳相***，其特征在于，
包括发射端和接收端，所述发射端和所述接收端光纤连接；所述发射端包括射频光发射模块、测量模块、补偿控制模块、时延补偿单元和第一波分复用器，所述射频光发射模块、所述第一波分复用器、所述测量模块和所述时延补偿单元间依次光纤连接，所述测量模块、所述补偿控制模块和所述时延补偿单元依次电性连接。
2.如权利要求1所述的基于ROF链路的高精度射频稳相***，其特征在于，
所述接收端包括第二波分复用器、射频光接收模块和测量信号回传模块，所述第二波分复用器与所述射频光接收模块单向光纤连接，光信号从所述第二波分复用器流向所述射频光接收模块，所述第二波分复用器与所述测量信号回传模块双向光纤连接。
3.如权利要求2所述的基于ROF链路的高精度射频稳相***，其特征在于，
所述测量模块包括相位测量单元和时延测量单元，所述相位测量单元测量ROF设备链路射频信号的相位变化，所述时延测量单元测量ROF设备链路的光信号传输时延变化。
4.如权利要求3所述的基于ROF链路的高精度射频稳相***，其特征在于，
所述相位测量单元包括导频信号发生器、导频信号光发射模块、导频信号光接收模块和相位测量模块，所述导频信号发生器产生测量导频信号，所述导频信号光发射模块将所述测量导频信号调制到光信号上，所述导频信号光接收模块接收返回的光信号并解调成导频信号，所述相位测量模块测量导频信号经过一次往返传输的相位差。
5.如权利要求4所述的基于ROF链路的高精度射频稳相***，其特征在于，
所述时延测量单元包括脉冲发生器、脉冲信号光发射模块、脉冲信号光接收模块和时延测量模块，所述脉冲发生器产生测量脉冲信号，所述脉冲信号光发射模块将所述测量脉冲信号调制为光信号，所述脉冲信号光接收模块接收返回的光信号并还原成脉冲信号，所述时延测量模块测量脉冲信号经过一次往返传输的时延差。
6.如权利要求5所述的基于ROF链路的高精度射频稳相***，其特征在于，
所述基于ROF链路的高精度射频稳相***还包括第一环形器、第二环形器、第三环形器和第四环形器，所述第一环形器设置在所述相位测量单元与所述第一波分复用器之间，所述第二环形器设置在所述时延测量单元与所述第一波分复用器之间，所述第三环形器和所述第四环形器设置在所述接收端上。
7.如权利要求6所述的基于ROF链路的高精度射频稳相***，其特征在于，
所述基于ROF链路的高精度射频稳相***采用光波分复用传输，射频信号、脉冲信号、导频信号分别调制到光信号上，合波后在同一芯光纤中进行传输。
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