一种基于光谱矢量信号处理技术实现高载噪比光载无线链路的方法

摘要

本发明公开的一种基于光谱矢量信号处理技术实现高载噪比光载无线链路的方法，包括：可调谐连续波激光器、相位调制器、光谱矢量信号处理器、光电二极管、射频信号源；相位调制器将射频信号源产生的待传微波信号调制到可调谐连续波激光器产生的光载波上，形成相位调制光信号；利用光谱矢量信号处理器，根据程序设置将相位调制光信号进行光谱矢量处理，使不同光学边带的幅值和相位呈现为程序所设定的指定值，形成已处理调制光信号；最后利用光电二极管将已处理调制光信号进行光电转换，恢复出微波信号，并输出。本发明可以消除光载无线系统中的直流漂移问题，同时进一步提系统的高载噪比，系统结构简单，具有较强实用价值。

权利要求

1.一种基于光谱矢量信号处理技术实现高载噪比光载无线链路的方法，其特征在于，包括：利用射频信号源产生待传微波信号；

利用可调谐连续波激光器产生光载波；

利用相位调制器，将所述的待传微波信号调制到所述的光载波，形成相位调制光信号；

利用光谱矢量信号处理器，根据程序设置将所述相位调制光信号进行光谱矢量信号处理，使不同光学边带的幅值和相位呈现为程序所设定的指定值，形成已处理调制光信号；

利用光电二极管将所述的已处理调制光信号进行光电转换，形成光电流，从而恢复出微波信号，并输出。

2.如权利要求1所述的一种基于光谱矢量信号处理技术实现高载噪比光载无线链路的方法，其特征在于：所述的可调谐连续波激光器的输出端口与所述的相位调制器的光输入端口相连接，所述的相位调制器的光输出端口与所述的光谱矢量信号处理器的输入端口相连接，所述的相位调制器的微波输入端口与所述的射频信号源的输出端口相连接；所述的光谱矢量信号处理器的输出端口与所述的光电二极管的光输入端口相连接。

3.如权利要求1所述的一种基于光谱矢量信号处理技术实现高载噪比光载无线链路的方法，其特征在于：利用光谱矢量信号处理器将所述相位调制光信号进行光学边带矢量处理，可将所述相位调制光信号的1阶下边带的相位翻转180°，将所述相位调制光信号的中心光载波的功率衰减9.54dB。

说明书

一种基于光谱矢量信号处理技术实现高载噪比光载无线链路

的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光载无线技术领域，特别是一种基于光谱矢量信号处理技术实现高载噪比光载无线链路的方法。

背景技术

[0002] 光载无线技术由于结合了光纤通信高带宽、低损耗、抗电磁干扰和无线通信可移动、灵活接入的优点，被认为是未来工作在毫米波段的宽带无线接入网的一种良好解决方案。在光载中，相比于传统的强度调制-直接检测方案，由于相位调制方案不会有因直流漂移而带来的链路恶化等问题，近年来，相位调制方案已经受到越来越多开发商的青睐。众所周知，将无线射频信号经相位调制器加载到光载波上，由于已调光载波具有恒定的包络而无法被单一的光电二极管直接探测，因此还需要一个将相位调制转为强度调制的过程。然而，在相位调制转强度调制的过程中，由于电光调制的非线性，不可避免地对链路的性能产生恶化影响。现有一种光学边带相位偏移的线性化技术方案，利用可编程的光学边带操控技术，分别在已调光信号的中心光载波及2阶光学边带施加特定的相位偏移，一方面实现相位调制转强度调制，另一方面提高光载无线链路的线性度。

[0003] 在描述光载性能时，载噪比是一个重要指标。提高载噪比一方面需要提高链路增益，另一方面，需要降低链路噪声。受限于光电二极管的饱和电流，增大光功率的方式来提高链路增益也有极限。况且掺铒光纤放大器本身具有噪声系数，增益提高的同时噪声会增强的更多，因此载噪比无法提高。而上述的光学边带相位偏移的线性化技术方案的光能量利用效率很低，无法在相同噪底的情况下提高系统的载噪比。

[0004] 有一种解决上述问题的方法是在光载无线相位调制系统中采用光谱矢量信号处理技术，这种技术既可以实现相位调制转强度调制，又可以线性化光载，增大光能量利用效率，在相同噪底的情况下，进一步提高系统的载噪比，具有较强的应用价值。但是这种全光谱矢量信号处理技术至今未见报道，具体的光载更是空缺。

发明内容

[0005] (一)要解决的技术问题

[0006] 本发明提供一种基于光谱矢量信号处理技术实现高载噪比光载无线链路的方法，以解决现有光在中的直流漂移问题，以及系统能量利用效率不高导致载噪比低的技术问题。

[0007] (二)技术方案

[0008] 为解决上述技术问题，本发明一种基于光谱矢量信号处理技术实现高载噪比光载无线链路的方法，包括:

[0009] 利用射频信号源产生待传微波信号；

[0010] 利用可调谐连续波激光器产生光载波；

[0011] 利用相位调制器，将所述的待传微波信号调制到所述的光载波，形成相位调制光信号；

[0012] 利用光谱矢量信号处理器，根据程序设置将所述相位调制光信号进行光谱矢量信号处理，使不同光学边带的幅值和相位呈现为程序所设定的指定值，形成已处理调制光信号；

[0013] 利用光电二极管将所述的已处理调制光信号进行光电转换，形成光电流，从而恢复出微波信号，并输出。

[0014] 优选地，利用光谱矢量信号处理器将所述相位调制光信号进行光学边带矢量处理，可将所述相位调制光信号的1阶下边带的相位翻转180°，将所述相位调制光信号的中心光载波的功率衰减9.54dB。

[0015] 进一步地，所述的可调谐连续波激光器的输出端口与所述的相位调制器的光输入端口相连接，所述的相位调制器的光输出端口与所述的光谱矢量信号处理器的输入端口相连接，所述的相位调制器的微波输入端口与所述的射频信号源的输出端口相连接；所述的光谱矢量信号处理器的输出端口与所述的光电二极管的光输入端口相连接。

[0016] (三)有益效果

[0017] 可见，本发明提出的一种基于光谱矢量信号处理技术实现高载噪比光载无线链路的方法和方法中，在相位域对相位调制光信号的1阶下边带的相位翻转180°，实现相位调制转强度调制，解决了传统强度调制方案中存在的直流漂移问题；在幅度域对相位调制光信号的中心光载波的功率衰减9.54dB实现链路系统的线性化。本发明提供的方法与传统的光学边带相位偏移的线性化技术方案相比，能够进一步提高光能量的利用效率，在相同噪底的情况下，可以极大地提高链路系统的载噪比。

附图说明

[0018] 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，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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。

[0019] 图1是本发明实施例一种基于光谱矢量信号处理技术实现高载噪比光载无线链路的方法的一个优选实施例结构示意图；

[0020] 图2是本发明实施例一种基于光谱矢量信号处理技术实现高载噪比光载无线链路的方法的相位调制光信号的光谱示意图；

[0021] 图3是本发明实施例一种基于光谱矢量信号处理技术实现高载噪比光载无线链路的方法的已处理调制光信号的光谱示意图；

[0022] 图4是本发明实施例一种基于光谱矢量信号处理技术实现高载噪比光载无线链路的方法的载噪比改善图；

[0023] 图1中，1、可调谐连续波激光器，2、相位调制器，3、光谱矢量信号处理器，4、光电二极管，5、射频信号源；图2中，2-1、相位调制光信号的2阶下边带，2-2、相位调制光信号的1阶下边带，2-3、相位调制光信号的中心光载波，2-4、相位调制光信号的1阶上边带，2-5、相位调制光信号的2阶上边带；图3中，3-1、已处理调制光信号的2阶下边带，3-2、已处理调制光信号的1阶下边带，3-3、已处理调制光信号的中心光载波，3-4、已处理调制光信号的1阶上边带，3-5、已处理调制光信号的2阶上边带；图4中,4-1本发明输出信号的频谱曲线，4-2传统的光学边带相位偏移的线性化技术方案输出信号的频谱曲线。

具体实施方式

[0024] 为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

[0025] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明:

[0026] 图1是本实施例的结构示意图，从图中可见，包括可调谐连续波激光器1、相位调制器2、光谱矢量信号处理器3、光电二极管4、射频信号源5。

[0027] 所述的可调谐连续波激光器1用于产生光载波，令所述的光载波的功率为Pi、中心角频率为ωc；所述的射频信号源5用于产生待传微波信号，令所述的待传微波信号的角频率为ω；所述的相位调制器2的光输入端口与所述的可调谐连续波激光器1的输出端口相连接，所述的相位调制器2的微波输入端口与所述的射频信号源5的输出端口相连接；所述的相位调制器2用于将所述的待传微波信号调制到所述的光载波，形成相位调制光信号，则相位调制光信号的输出光场可表示为：

[0028]

[0029] 其中m为所述待传微波信号的调制深度，Jn(m)为n阶贝塞尔方程。从式(1)可以看出相位调制光信号输出光场具有无穷多的光学边带，为简单起见，如图2所示，我们这里只考虑其所述的相位调制光信号2阶下边带、所述的相位调制光信号1阶下边带、所述的相位调制光信号中心光载波(0阶边带)、所述的相位调制光信号1阶上边带、所述的相位调制光信号2阶上边带，则简化后的相位调制光信号的输出光场可表示为：

[0030]

[0031] 所述的光谱矢量信号处理器3的输入端口与所述的相位调制器2的光输出端口相连接，所述的光谱矢量信号处理器3用于将所述相位调制光信号进行光学边带幅相处理，根据程序设置将不同光学边带的幅值和相位呈现为程序所设定的指定值，形成已处理调制光信号，令处理后的所述的相位调制光信号1阶上边带、所述的相位调制光信号中心光载波、2 2 2
所述的相位调制光信号1阶下边带的传输系数分别为a，b，c，其中a ≤1,b≤1,c ≤1，则已处理调制光信号的输出光场可表示为；

[0032]

[0033] 所述的光电二极管4的光输入端口与所述的光谱矢量信号处理器3的输出端口相连接，所述的光电二极管4用于将所述的已处理调制光信号进行光电转换，形成光电流，从而恢复出微波信号，并输出；令所述光电二极管4的响应度为R；对于一个单倍频系统，我们只需基频微波信号进行分析，则光电二极管4输出的光电流可表示为I(t)＝I10cosωt，其中所述的光电流幅值I10由已下式子决定：I10＝2RPi[aJ1(m)J2(m)+abJ0(m)J1(m)+bcJ0(m)J-1(m)+cJ-1(m)J-2(m)]，  (4)对式(4)中的m进行3阶泰勒级数展开，得：

[0034]

[0035] 在小信号近似的情况下(m＜＜1)，式(5)中m3项可以忽略不计，这样整个链路系统的增益为：

[0036]

[0037] 其中Zout及Zin分别为输出阻抗和输入阻抗，Vπ为所述相位调制器2的半波电压。从式(5)、式(6)可以看出，假如所述的相位调制光信号没有经过任何光谱矢量信号处理(a＝b＝c＝1)，所述的相位调制光信号因具有恒定的包络而无法被一个简单的所述的光电二极管4所探测，此时I10＝0；而当传输系数a＝-c＝1或者c＝-a＝1，即把所述的相位调制光信号1阶上边带或者所述的相位调制光信号1阶下边带在相位域翻转180°来实现相位调制转强度调制时候，整个链路系统的增益将得到最大。但是，在相位调制转强度调制的过程中，不可避免地会在链路系统中引入非线性效应，这将极大地影响整个链路系统的性能。很明显，光电流中的非线性部分跟式(5)中m3的传输系数成正比例关系，因此可以通过调整各个光学边带传输系数间的关系来极大地遏制链路系统的非线性，只要它们能满足：

[0038] a-3ab+3bc-c＝0，  (7)

[0039] 在线性化链路系统的同时，也要保证链路系统的增益最大化，即满足a＝-c＝1或者c＝-a＝1；优选地，如图3所示，利用所述的光谱矢量信号处理器3将所述相位调制光信号的1阶下边带的相位翻转180°，即满足a＝-c＝1，可以得到b＝1/3，即在幅度域，将中心光载波的幅值衰减为原来的1/3。利用所述的光谱矢量信号处理器3可将所述相位调制光信号的中心光载波的功率满足已下条件：

[0040]

[0041] 如图3所示，将所述相位调制光信号的中心光载波的功率衰减9.54dB。另外，传统的光学边带相位偏移的线性化技术方案是分别在相位调制光信号的中心光载波和2阶光学边带施加角度为θ和β的相位偏移。当sin(θ)＝1/3和sin(β)＝-1时，可实现基频信号增益最大化及非线性最小化。但是，这种通过改变光学边带相位来实现系统线性化技术方案，并不能改变输出光信号的平均功率。当相同的功率的光信号注入到光电二极管时，本发明与传统的光学边带相位偏移的线性化技术方案增益相比，

[0042]

[0043] 在小信号近似的情况下，从式(9)可知，本发明比传统的光学边带相位偏移的线性化技术方案增益提高约19.08dB。优选地，利用所述的射频信号源5产生频率为18GHz的待传微波信号，利用相位调制器2将所述的频率为18GHz的待传微波信号调制到所述的可调谐连续波激光器1产生的光载波上，利用本发明所提供的方法，如图4所示，本发明实施例一种基于光谱矢量信号处理技术实现高载噪比光载无线链路的方法的载噪比较之传统的光学边带相位偏移的线性化技术方案提高19dB，这与上述分析结果很接近。

[0044] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。