一种基于单边带调制的多通道毫米波产生及无线传输系统

摘要

本发明属于光生毫米波技术领域，具体为一种基于单边带调制的多通道毫米波产生及无线传输系统。其包括发送端和接收端；发送端包括数模转换器、第一、第二电放大器、自由单模激光器、I/Q调制器、第一保偏掺铒光纤光放大器、单模光纤、第二保偏掺铒光纤光放大器、可调光滤波器、可调光衰减器、光电探测器、第三电放大器和Q波段发送天线；接收端包括Q波段接收天线、第四电放大器和示波器；本发明仅利用单个激光器和单个I/Q调制器，产生四通道Q波段毫米波信号。结构简单，成本低廉，系统稳定性强。其光信号进入单模光纤传输距离可达到80公里，产生的Q波段四通道毫米波信号可无线传输0.5米，可以应用在高速毫米波无线通信中。

权利要求

1.一种基于单边带调制的多通道毫米波产生及无线传输系统，其特征在于，包括发送端和接收端；

（1）发送端包括数模转换器、第一、第二电放大器、自由单模激光器、I/Q调制器、第一保偏掺铒光纤光放大器、单模光纤、第二保偏掺铒光纤光放大器、可调光滤波器、可调光衰减器、光电探测器、第三电放大器和Q波段发送天线；其中：数模转换器，发送数据由两部分组成，一部分为携带调制矢量信息的多通道上边带调制信号f2，f3，f4 ，f5，一部分为不携带调制信息的射频下边带信号‑f1，将二者合并成为发送基带单边带信号；

第一、第二电放大器，第一电放大器用于放大基带单边带调制信号I端口的功率，第二电放大器用于放大Q端口的功率；

自由单模激光器，用于提供连续波光波，频率为fc；

I/Q调制器，用于将一个高功率的单边带信号上边带多通道信号调制到一路连续波光波上fc的右边fc+f2、fc+f3、fc+f4 、fc+f5，下边带信号调制到fc的左边fc‑ f1；

第一保偏掺铒光纤光放大器，用于放大被I/Q调制器调制后的光信号；

单模光纤，用于传输经过掺铒放大器放大后的光信号；

第二保偏掺铒光纤光放大器，用于放大经过单模光纤传输后的光信号；

可调光滤波器，用于降低经过掺铒光纤放大器后的自发辐射噪声；

可调光衰减器，用于调节进入光电探测器的光信号功率；

光电探测器，用于将位于光波fc两边的上边带和下边带信号拍频转变成Q波段的四通道毫米波信号f1+f2、f1+f3、f1+f4、f1+f5；

第三电放大器，用于放大产生四通道毫米波信号的功率；

Q波段发送天线，用于发射Q波段四通道毫米波信号；

（2）接收端包括Q波段接收天线、第四电放大器和示波器；其中：Q波段接收天线，用于接收Q波段四通道毫米波信号；

第四电放大器，用于放大接收后的四通道毫米波信号；

示波器，以从接收信号中恢复出原始的发送数据。

2.根据权利要求1所述的基于单边带调制的多通道毫米波产生及无线传输系统，其特征在于，单模光纤的长度为80公里长。

3.根据权利要求1所述的基于单边带调制的多通道毫米波产生及无线传输系统，其特征在于，第三电放大器、第四电放大器的波段均在0 50Hz之间。

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说明书

一种基于单边带调制的多通道毫米波产生及无线传输系统

技术领域

[0001] 本发明属于光生毫米波技术领域，具体涉及一种基于单边带调制的多通道毫米波产生及无线传输系统。

背景技术

[0002] 为了满足未来5G无线通信高速稳定的发展需求，诸如1 10Gb/s, 需要采用波分复~
用技术，在毫米波频段上产生多通道毫米波，在提升系统容量方面将变得十分必要，可实现
大容量毫米波无线通信传输。基于多通道毫米波产生以及光载波无线传输系统已经得到广
泛的研究，然而，在传统的多通道毫米波产生技术方案中，多是采用多个激光器作为发射光
源，在增加系统结构复杂性，提高成本的同时也提高了系统的不稳定性，因此并不适用未来
高速无线系统的发展。因此有必要研究如何基于一个简单的架构实现多载波毫米波信号的
产生及无线传输。【J. Zhang, J. Yu, N. Chi, Z. Dong, X. Li, G. K. Chang, 
“Multichannel 120‑Gb/s Data Transmission Over 2×2 MIMO Fiber‑Wireless Link 
at W‑Band,” IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 25, no. 8, pp.780‑783,Apr. 
2013.】。这些方案虽然仅使用一个激光源作为多载波毫米波产生架构的发射光源，但是在
光电探测器前端又引入另外一个激光源，利用光外差原理，拍频产生多载波毫米波，不仅使
得成本增加，也会引入由不同激光源产生的相位噪声问题。与此同时，该方案利用双边带调
制原理产生多载波信号，使其在光纤传输过程中容易受光纤色散的影响，造成功率损耗。若
使用单边带调制原理，则可以有效解决光纤色散问题。文献【X. Li, Y. Xu, and J. Yu, 
“Single‑sideband W‑band photonic vector millimeter‑wave signal generation by 
one single I/Q modulator,” Optics Letters, vol. 41, no. 18, pp. 4162‑4165, 
Sep. 2016.】提出的基于单边带调制原理，使用I/Q调制器产生携带调制矢量信息的上边带
信号，与此同时，在下边带产生不携带调制信息的射频信号，二者经过光电探测器后可拍频
产生矢量毫米波信号，由于仅有上边带信号携带矢量信息，因此上边带和下边带信号并不
受光纤色散走离效应的影响。但是，由于该方案仅产生了单通道毫米波信号，限制了无线系
统传输容量的大幅提升。

发明内容

[0003] 针对上述情况，本发明的目的是提供一种基于单边带调制的多通道毫米波产生及无线传输系统，以实现Q波段的四通道光毫米波信号的生成，光载无线链路实现光纤传输80
公里及无线传输0.5m。本发明提供的一种基于单边带调制的多通道毫米波产生系统可避免
利用多个激光器作为多通道发射光源，仅使用单个激光器和I/Q调制器就可实现多通道毫
米波的产生，结构简单，成本低廉，系统稳定性强。本发明基于单边带调制原理，经过I/Q调
制后的光信号不受光纤色散走离效应的影响，经过光纤传输后的光信号并不需要进行色散
补偿，因此其光信号进入单模光纤传输距离可达到80公里，产生的Q波段四通道毫米波信号
可无线传输0.5米。本发明系统具有发射端结构简单，成本低的优势，可以应用在高速毫米
波无线通信中。

[0004] 本发明提供一种基于单边带调制的多通道毫米波产生及无线传输系统，包括发送端和接收端；

[0005] （1）发送端包括数模转换器、第一、第二电放大器、自由单模激光器、I/Q调制器、第一保偏铒光纤光放大器、单模光纤、第二保偏掺铒光纤光放大器、可调光滤波器、可调光衰
减器、光电探测器、第三电放大器和Q波段发送天线；其中：

[0006] 数模转换器，发送数据由两部分组成，一部分为携带调制矢量信息的多通道上边带调制信号f2、f3、f4、f5，一部分为不携带调制信息的射频下边带信号‑f1，将二者合并成
为发送基带单边带信号；

[0007] 第一、第二电放大器，第一电放大器用于放大基带单边带调制信号I端口的功率，第二电放大器用于放大Q端口的功率；

[0008] 自由单模激光器，用于提供连续波光波，频率为fc；

[0009] I/Q调制器，用于将一个高功率的单边带信号上边带多通道信号调制到一路连续波光波上fc的右边fc+f2、fc+f3、fc+f4、fc+f5，下边带信号调制到fc的左边fc‑ f1；

[0010] 第一保偏掺铒光纤光放大器，用于放大被I/Q调制器调制后的光信号；

[0011] 单模光纤，用于传输经过掺铒放大器放大后的光信号；

[0012] 第二保偏掺铒光纤光放大器，用于放大经过单模光纤传输后的光信号；

[0013] 可调光滤波器，用于降低经过掺铒光纤放大器后的自发辐射噪声；

[0014] 可调光衰减器，用于调节进入光电探测器的光信号功率；

[0015] 光电探测器，用于将位于光波fc两边的上边带和下边带信号拍频转变成Q波段的四通道毫米波信号f1+f2、f1+f3、f1+f4 、f1+f5；

[0016] 第三电放大器，用于放大产生四通道毫米波信号的功率；

[0017] Q波段发送天线，用于发射Q波段四通道毫米波信号；

[0018] （2）接收端包括Q波段接收天线、第四电放大器和示波器；其中：

[0019] Q波段接收天线，用于接收Q波段四通道毫米波信号；

[0020] 第四电放大器，用于放大接收后的四通道毫米波信号；

[0021] 示波器，以从接收信号中恢复出原始的发送数据。

[0022] 优选的，单模光纤的长度为80公里长。

[0023] 优选的，第三电放大器、第四电放大器的波段均在0 50Hz之间。~

[0024] 本发明提供的基于单边带调制的Q波段多通道毫米波产生及无线传输系统，在发送端中，利用离线软件可分别产生携带调制信息的多通道上边带信号以及不携带调制信息
的下边带信号，将二者进行合并后的单边带信号实部与虚部分别驱动I/Q调制器的I端口和
Q端口，单个激光器输出的连续光经过I/Q调制后的光信号，进入光电探测器可产生矢量四
通道毫米波信号。再经过电放大器放大之后进入发送天线进行发射；由接收天线接收到的
四通道无线毫米波信号，经由一个电放大器放大后，最后进入示波器进行接收，以从中恢复
出原始的发送数据。

[0025] 和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0026] 本发明基于单个激光器和I/Q调制器，利用单边带调制原理产生四通道Q波段的矢量毫米波信号，并实现光信号进行单模光纤传输80公里，Q波段四通道毫米波信号无线传输
0.5米，其具有发射端结构简单，成本低廉的优势，可以应用在高速毫米波无线通信中。

附图说明

[0027] 图1 是本发明提出的单边带调制的Q波段四通道毫米波产生及无线传输系统架构。

[0028] 图中标号： 1为数模转换器，2为I/Q调制器，3为第一电放大器，4为第二电放大器，5为外腔调制激光器，6为第一掺饵光纤放大器，7为80公里单模光纤，8为第二掺饵光纤放大
器，9为可调谐滤波器，10为可调谐光衰减器，11为光电探测器，12为第三电放大器，13为Q波
段发射天线，14为Q波段接收天线，15为第四电放大器，16为示波器。

具体实施方式

[0029] 下面结合附图，对本发明作具体说明。

[0030] 图1为单边带调制的Q波段四通道毫米波产生及无线传输系统架构，它包括：

[0031] 在发送端中，利用离线软件可分别产生携带调制信息的多通道上边带信号以及不携带调制信息的下边带信号，将二者进行合并后经过数模转换器1转换成模拟信号，模拟信
号的实部与虚部分别经过第一电放大器3和第二电放大器4进行放大，以驱动I/Q调制器2的
I端口和Q端口，来自一个自由单模激光器5的频率为fc的连续波光波被I/Q调制器2进行调
制。调制后的光波fc经过第一掺铒光纤放大器6放大后，进入80公里单模光纤7进行光传输，
再经由第二掺饵光纤放大器8进行放大，依次进入可调谐滤波器9降低自发辐射噪声，滤波
后的光信号进入可调谐光衰减器10调节进入光电探测器11的光功率，在光电探测器11被进
一步拍频转变成Q波段四通道毫米波信号。四通道矢量毫米波信号经由一个0‑50GHz频段的
第三电放大器12放大后进入Q波段发射天线13进行发送，由接受天线14接收后的四通道矢
量毫米波信号再进入一个0‑50GHz频段的第四电放大器15进行放大后，最后由一个示波器
16存储接收信号，以从中恢复出原始的发送数据。

[0032] 具体实施例中，采用上述基于单边带调制的多通道毫米波产生及无线传输系统，同时生成频率为34‑GHz、39‑GHz、44‑GHz以及49‑GHz的Q波段四通道毫米波信号。

[0033] 具体实施例中，基于单个激光器和I/Q调制器，利用单边带调制原理产生四通道Q波段的矢量毫米波信号，并实现光信号进行单模光纤传输80公里，Q波段四通道毫米波信号
无线传输0.5米。

[0034] 总之，本发明所述的基于单边带调制的多通道毫米波产生技术可以实现Q波段四通道毫米波信号的产生以及无线传输0.5m，适合于未来的高速毫米波无线通信中。