一种光载无线宽带系统

摘要

本发明涉及一种光载无线宽带系统，包括中心站和基站，中心站包括至少两个激光器模块，激光器模块输出连接N×1光耦合器的输入端，N×1光耦合器的输出端连接光环形器的第一端口，法布里‑珀恩激光器连接光环形器的第二端口，光环形器的第三端口连接1×N光耦合器的输入端，1×N光耦合器的各输出端通过光滤波器连接电光调制器的输入端，电光调制器的输出端通过光纤连接对应基站。该系统能够产生多路光微波信号，系统器件利用率得到了很大提升，系统效率同样得到提升，并且在同样满足产生多路光微波信号的基础上，本发明提供的宽带系统结构得到了很大地简化。

权利要求

1.一种光载无线宽带系统，包括中心站和基站，其特征在于，所述中心站包括N个激光器模块，N≥2，各激光器模块用于产生波长可调的激光，所述N个激光器模块输出连接N×1光耦合器的输入端，所述N×1光耦合器的输出端连接光环形器的第一端口，法布里-珀罗激光器连接所述光环形器的第二端口，所述光环形器的第三端口连接1×N光耦合器的输入端，所述1×N光耦合器的各输出端通过光滤波器连接电光调制器的输入端，各电光调制器的输出端用于通过光纤连接对应基站。

2.根据权利要求1所述的光载无线宽带系统，其特征在于，所述激光器模块由依次连接的可调谐激光器、偏振控制器和可调光衰减器构成。

3.根据权利要求1所述的光载无线宽带系统，其特征在于，所述N×1光耦合器的输出端通过光隔离器连接所述光环形器的第一端口。

4.根据权利要求1所述的光载无线宽带系统，其特征在于，所述法布里-珀罗激光器通过可调光衰减器连接所述光环形器的第二端口。

5.根据权利要求1所述的光载无线宽带系统，其特征在于，所述基站包括依次连接的光电探测器、射频放大器和发射端天线，各电光调制器通过光纤连接对应的光电探测器。

6.根据权利要求1所述的光载无线宽带系统，其特征在于，各电光调制器加载有基带数字信息。

7.根据权利要求1所述的光载无线宽带系统，其特征在于，所述光纤的长度范围为1km～50km。

说明书

一种光载无线宽带系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种光载无线宽带系统，属于光载无线宽带通信领域。

背景技术

[0002] 信息时代的到来极大地促进了通信技术的发展和变革，也给人们的工作和生活带来了更大的便捷。光纤到家、移动通信4G(Fourth Generation)等技术都已进入了千家万户。但是，对宽带、高速、接入便捷的通信技术的需求仍然是人们对通信技术的核心期盼，这也促进了新的通信技术的研究和开发。光纤通信以其巨大的带宽优势可以实现高速、大容量的通信；移动通信的优势则是灵活、便捷，RoF技术正是融合了光纤通信和移动通信的优势而产生的新兴技术。

[0003] RoF技术主要涉及到光生微波、信息调制、微波信号的光传输、微波信号的发射与接收等技术。其中，光生微波技术是其中的一项核心技术，产生出可调谐、宽带、相位噪声低的微波信号对光载无线宽带系统至关重要。光生微波的产生方式目前主要有光外差法和光注入法。光外差法的原理是利用两束光的频率差产生期望的拍频信号，然后通过光电探测器输出对应的微波信号，缺点是具有较大的相位噪声。光注入法可以有效地降低产生的微波信号的相位噪声，是一种极具应用价值的方法。现有技术[1](参见F.Y.Lin,J.M.Liu.Diverse waveform generation using semiconductor lasers for radar and microwave applications,IEEE J.Quantum  Electron.2004.以及S.C.Chan,J.M.Liu.Tunable narrow-linewidth photonic microwave generation using semiconductor laser dynamics,IEEE J.Sel.Topics Quantum Electron.2004.以及S.K.Hwang,et al.Characteristics of period-one oscillations in semiconductor lasers subject to optical injection,IEEE J.Sel.Topics Quantum Electron.2004)公开了一种光注入产生光学微波信号的技术，采用几个中心波长可调谐的半导体激光器注入到另一个半导体激光器产生拍频现象，拍频为两个激光器的中心波长差，此拍频信号即为光生微波信号。现有技术[2](参见Y.S.Juan,F.Y.Lin.Demonstration of ultra-wideband(UWB)over fiber based on optical pulse-injected semiconductor laser,Optics Express.2010.以及Y.-H.Liao,et al.Dynamical characteristics of a dual-beam optically injected semiconductor laser.IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 2013)公开了一种双光束注入产生微波信号的方法，由于采用双光束注入，该方法可以产生出比现有技术[1]频率更高的微波信号。

[0004] 综上所述，现有技术[1]和[2]均可产生出光学微波信号，但存在着共同的缺点，即一套系统只能产生一路光学微波信号，器件利用率低，系统效率低，并且当需要多路光学微波信号时，需要多个系统，投入成本高。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种光载无线宽带系统，用以解决现有的一套宽带系统只能产生一路光学微波信号的问题。

[0006] 为实现上述目的，本发明的方案包括一种光载无线宽带系统，包括中心站和基站，所述中心站包括N个激光器模块，N≥2，各激光器模块用于产生波长可调的激光，所述N个激光器模块输出连接N×1光耦合器的输入端，所述N×1光耦合器的输出端连接光环形器的第一端口，法布里-珀罗激光器连接所述光环形器的第二端口，所述光环形器的第三端口连接1×N光耦合器的输入端，所述1×N光耦合器的各输出端通过光滤波器连接电光调制器的输入端，各电光调制器的输出端用于通过光纤连接对应基站。

[0007] 所述激光器模块由依次连接的可调谐激光器、偏振控制器和可调光衰减器构成。

[0008] 所述N×1光耦合器的输出端通过光隔离器连接所述光环形器的第一端口。

[0009] 所述法布里-珀罗激光器通过可调光衰减器连接所述光环形器的第二端口。

[0010] 所述基站包括依次连接的光电探测器、射频放大器和发射端天线，各电光调制器通过光纤连接对应的光电探测器。

[0011] 各电光调制器加载有基带数字信息。

[0012] 所述光纤的长度范围为1km～50km。

[0013] 本发明提供的光载无线宽带系统中，中心站中包括有至少两个激光器模块，每个激光器模块均能够产生波长可调的激光，中心站中还设置有具有多种模式的法布里-珀罗激光器，激光器模块发出的不同波长的激光与法布里-珀罗激光器不同的模式产生拍频现象，从而输出多路光微波信号，然后采用不同中心波长的光带通滤波器滤出各路光微波信号。所以，通过不同波长的激光与法布里-珀罗激光器的不同模式的配合作用能够产生多路光微波信号，即一个系统能够产生多路光微波信号，系统器件利用率得到了很大提升，系统效率同样得到提升，并且在同样满足产生多路光微波信号的基础上，只需一套宽带系统即可，投入成本大幅度降低，整体结构也得到了很大地简化。

附图说明

[0014] 图1是光载无线宽带系统结构示意图；

[0015] 图2是发射端天线和接收端天线的对应关系示意图。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

[0017] 本发明提供的光载无线宽带系统基于多光束注入并产生多路光微波信号。如图1所示，该系统整体包括两部分，为中心站40和基站41。

[0018] 其中，中心站包括N个激光器模块，N≥2，各激光器模块用于产生波长可调的激光，在本实施例中给出激光器模块的一种具体实施方式，如图1所示，激光器模块包括依次连接的可调谐激光器、偏振控制器和可调光衰减器。由于激光器模块的个数为N，所以，按照图1中的标示来说，第1个激光器模块包括依次连接的可调谐激光器1、偏振控制器2和可调光衰减器3，第2个激光器模块包括依次连接的可调谐激光器7、偏振控制器8和可调光衰减器9，……，第N个激光器模块包括依次连接的可调谐激光器29、偏振控制器30和可调光衰减器
31。

[0019] 这N个可调光衰减器：可调光衰减器3、可调光衰减器9和可调光衰减器31输出连接N×1光耦合器4的N个输入端，N×1光耦合器4的输出端连接光隔离器5的输入端，光隔离器5的输出端连接光环行器6的第I端口，法布里-珀罗激光器11通过可调光衰减器10连接光环形器6的第II端口，光环行器6的第III端口连接1×N光耦合器12的输入端。

[0020] 对于某一路光微波信号，以下以第一路为例，其产生过程如下：可调谐激光器1产生连续波激光，利用偏振控制器2调节其偏振态，利用可调光衰减器3控制其光功率大小，然后输出给N×1光耦合器，之后在光隔离器5的作用下，能够保证其单向传输，此后由光环行器6通过光衰减器10注入到法布里-珀罗激光器11，调节可调谐激光器1的中心波长与法布里-珀罗激光器11的第一个模式匹配，即两波长差范围为0.08nm～0.8nm，此时发生拍频现象，输出频率范围10GHz～100GHz的光微波。对于其他的可调谐激光器，第二个可调节激光器——可调节激光器7与法布里-珀罗激光器11的第二个模式的作用过程与上述过程相同，……，第N个可调节激光器——可调节激光器29与法布里-珀罗激光器11的第N个模式的作用过程与上述过程相同。

[0021] 法布里-珀罗激光器11输出包含N个频率的光微波信号，经过光衰减器10及光环行器6后，进入1×N光耦合器12。1×N光耦合器12的N个输出端分别输出N路信号，其中，1×N光耦合器12的第一输出端连接光滤波器13的输入端，光滤波器13的输出端连接电光调制器15的输入端，电光调制器15的电输入端输入有基带数字信息14，即电光调制器15加载有基带数字信息14；1×N光耦合器12的第二输出端连接光滤波器21的输入端，光滤波器21的输出端连接电光调制器22的输入端，电光调制器22的电输入端输入有基带数字信息23，即电光调制器22加载有基带数字信息23；……；1×N光耦合器12的第N输出端连接光滤波器32的输入端，光滤波器32的输出端连接电光调制器33的输入端，电光调制器33的电输入端输入有基带数字信息34，即电光调制器33加载有基带数字信息34。

[0022] 这些光滤波器均为带通滤波器，中心波长与法布里-珀罗激光器的对应模式的中心波长相同，通过调节光滤波器的通带参数，能够滤出对应路光微波信号，具体为：调节光滤波器13的通带参数，滤出第一路光微波信号，调节光滤波器21的通带参数，滤出第二路光微波信号，……，调节光滤波器32的通带参数，滤出第N路光微波信号。

[0023] 因此，采用多模法布里-珀罗激光器及多个可调谐激光器，不同波长的可调谐激光器与法布里-珀罗激光器不同的模式产生拍频现象，从而输出多路光微波信号，然后采用不同中心波长的光带通滤波器滤出不同的光微波信号。

[0024] 通过对可调谐激光器和法布里-珀罗激光器的波长关系进行研究，能够得到以下结果：可调谐激光器1的中心波长与法布里-珀罗激光器11第一个模式的中心波长差为0.08nm～0.8nm，可调谐激光器7的中心波长与法布里-珀罗激光器11第二个模式的中心波长差为0.08nm～0.8nm，……，可调谐激光器29的中心波长与法布里-珀罗激光器11第N个模式的中心波长差为0.08nm～0.8nm时，可以产生N路光学微波信号，频率范围为10GHz～
100GHz。

[0025] 中心站与各基站之间通过光纤连接，即各电光调制器的输出端通过光纤连接对应的基站，具体为：电光调制器15的输出端通过光纤16连接第一基站，电光调制器22的输出端通过光纤24连接第二基站，……，电光调制器33的输出端通过光纤35连接第N基站。另外，本实施例中，中心站与基站间的光线的长度有一定要求，长度为1km～50km，来实现光学微波信号的远距离传输。通过对光纤长度的影响进行研究，得到以下结果：如果光纤长度小于1km，则无法体现出光载无线宽带技术的优点，且此时系统的成本比无线通信系统的成本高很多；如果光纤长度大于50km，则光信号的衰减较大，需要采用中继等措施，增加了系统复杂性。

[0026] 基站41包括N个基站，其中，第一个基站包括依次连接的光电探测器17、射频放大器18和发射端天线19；第二个基站包括依次连接的光电探测器25、射频放大器26和发射端天线27；……；第N个基站包括依次连接的光电探测器36、射频放大器37和发射端天线38，以实现调制后的光微波信号的发射。

[0027] 基站41与接收端天线通过大气信道进行连接，具体为：如图2所示，发射端天线19与接收端天线20通过大气信道进行连接，发射端天线27与接收端天线28通过大气信道进行连接，……，发射端天线38与接收端天线39通过大气信道进行连接。并且，接收端天线20的频率与发射端天线19相同，以接收其发射的信号；接收端天线28的频率与发射端天线27相同，以接收其发射的信号；……；接收端天线39的频率与发射端天线38相同，以接收其发射的信号。

[0028] 对于第一路信号来说，其完整的信号传输过程为：可调谐激光器1产生连续波激光，利用偏振控制器2调节其偏振态，利用可调光衰减器3控制其光功率大小，然后输出给N×1光耦合器，之后在光隔离器5的作用下，能够保证其单向传输，此后由光环行器6通过光衰减器10注入到法布里-珀罗激光器11，调节可调谐激光器1的中心波长与法布里-珀罗激光器11的第一个模式匹配，即两波长差范围为0.08nm～0.8nm，此时发生拍频现象，输出频率范围10GHz～100GHz的光微波；基带数字信息14通过电光调制器15调制到第一路光微波信号上，并经过光纤16实现远距离传输，通过光电调制器17将光信号变为电信号，然后由射频放大器18实现信号的放大，通过发射端天线19实现发射，此后经大气信号到达接收端，接收端天线20实现对信号的接收并做后续处理。对于其他路的光微波信号的调制、传输、发射和接收过程与上述过程相同。

[0029] 上述实施例中，N×1光耦合器的输出端通过光隔离器连接光环形器的第一端口，光隔离器的作用是保证光信号的单向传输，所以，上述实施方式是一种优化的实施方式，作为一般的实施方式，光隔离器可以不设置。

[0030] 上述实施例中，法布里-珀罗激光器通过可调光衰减器连接光环形器的第二端口，可调光衰减器用于控制光功率大小，所以，上述实施方式同样是一种优化的实施方式，作为一般的实施方式，这里的可调光衰减器可以不设置。

[0031] 以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述中心站的结构，而由于基站属于常规技术，所以，本发明并不对基站的结构做出限定，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。