一种多波段可调光生毫米波产生系统

摘要

本发明公开了一种多波段可调光生毫米波产生系统，在铌酸锂马赫‑曾德尔调制器上将数据信息调制到载波激光器产生的载波上，经由光放大器和光分路器将调制后的信号分成N路；利用本振光信号产生模块产生频率可调的用于拍频的光信号，该路信号经过阵列波导光栅后完成波分复用处理，被分为与调制信号路数相同的N路信号；每路信号与光分路器分出的各路信号一一对应进入光耦合器，然后各自进入光电探测器进行拍频生成所需毫米波信号，通过喇叭天线进行发射。本系统实现与多路调制信号拍频，在系统复杂度较低的情况下，能够通过改变激光器和阵列波导光栅的参数实现多波段可调光生毫米波的产生和频率调整，且同时产生覆盖多波段的多路频率不同的毫米波。

权利要求

1.一种多波段可调光生毫米波产生系统，其特征在于，包括本振光信号产生模块、铌酸锂马赫‑曾德尔光调制器、波分复用模块、光分路与光耦合模块、光电探测器；

本振光信号产生模块用于产生与调制信号进行拍频的光信号，该模块所产生光信号的频率依据该系统最终实际所需的毫米波频率进行灵活调节；

铌酸锂马赫‑曾德尔光调制器用于将数据信号调制到载频光信号上；其第一输入端接入载频光信号，第二输入端接入所需传输的数据信息，输出携带数据信息的调制光信号，连接到光放大器的输入端；

波分复用模块用于波分复用处理，能够将本振光信号产生模块产生的光信号分为N路不同频率的光信号；其输入端连接所述本振光信号产生模块的输出端，其第一至第N输出端分别输出不同频率的N路光信号，对应连接到第一至第N光耦合器的输入端；

光分路与光耦合模块用于实现光分路和光耦合；光分路器将经放大的调制信号分为多路光信号，其输入端与上述光放大器的输出端连接，其第一至第N输出端连接到第一至第N光耦合器的输入端；第一光耦合器的第一输入端与光分路器的第一输出端连接，第一光耦合器的第二输入端与波分复用模块的第一输出端连接，第二光耦合器的第一输入端与光分路器的第二输出端连接，第二光耦合器的第二输入端与波分复用模块的第二输出端连接，以此类推；

光电探测器用于将上述光耦合器输出的频率不同的光波拍频形成毫米波信号，后续通过喇叭天线进行发射。

2.根据权利要求1所述的多波段可调光生毫米波产生系统，其特征在于，还包括载波激光器，用于产生载频光信号，该载频光信号作为后续铌酸锂马赫‑曾德尔调制器的一个输入，在铌酸锂马赫‑曾德尔调制器中将数据信息调制到该载频光信号上。

3.根据权利要求1所述的多波段可调光生毫米波产生系统，其特征在于，所述本振光信号产生模块用于产生与调制信号进行拍频的光信号，通过拍频可调激光器或光频梳来实现，能够依据系统最终所需的输出毫米波频率进行调整，且该模块的输出接入到阵列波导光栅从而滤出所需特定频率的本振光光信号。

4.根据权利要求1所述的多波段可调光生毫米波产生系统，其特征在于，所述波分复用模块由阵列波导光栅构成，能够将在前端光纤中同时传输的各种波长的光信号分离，并形成多个输出与下一级多个光耦合器的输入端相连接。

5.根据权利要求1所述的多波段可调光生毫米波产生系统，其特征在于，所述光分路与光耦合模块由一个光分路器和多个光耦合器组成，光分路器将经光放大器放大后的调制信号分解为多路光信号进行输出；每个光耦合器将经外差拍频处理后的信号传递给光电转换模块后形成待发射的毫米波。

6.根据权利要求5所述的多波段可调光生毫米波产生系统，其特征在于，在存在多个光耦合器的情况下，为满足实际所需产生的一定路数的不同频率毫米波信号，光耦合器的数量可以灵活调整，但必须与阵列波导光栅以及上一级光分路器输出的路数均相同。

7.根据权利要求1所述的多波段可调光生毫米波产生系统，其特征在于，所述光电探测器与光耦合器数量相同，使得该系统能够同时在各光耦合器和光电探测器所在的每一路生成特定不同频率的毫米波信号。

说明书

一种多波段可调光生毫米波产生系统

技术领域

[0001] 本发明涉及毫米波通信技术领域，尤其涉及一种多波段可调光生毫米波产生系统。

背景技术

[0002] 随着通信技术的快速发展和迭代，通信系统所需提供的服务也呈现出爆炸式增长，在低频段的资源已经几乎耗尽，而且无法满足快速增长的通信需求。而频率范围为30GHz到300GHz的毫米波频段能够提供更快的信息传输速率和更大的通信容量，而稳定、易于调节的毫米波产生模块是相关光通信系统的关键。

[0003] 目前，在传统的光载无线通信系统中，光载毫米波的产生方案一般分为两大类，即基于双激光器的方案和基于光梳频的方案，而无论哪种方案，都是选定两个特定频率的所需光载波以及本振光光信号，一条路径上使用强度调制器调制基带数据，另一条路径上不调制数据，然后将两条路径合在一起进行传输，最后利用光电探测器进行拍频得到一个特定频率的毫米波信号。

[0004] 然而，目前使用的方法，有的只能产生一个特定频率的毫米波输出，想要调节输出的毫米波的频率，只能从头重新选取并修改光载波及用于拍频光波的频率，且无法实现用一套系统同时输出多路在频率上规律性变化的毫米波。有的系统为实现能够覆盖多波段的光生毫米波生成，大大增加了系统的复杂度和成本，对相应光载无线通信系统发射端的调节和实现造成了不利影响。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明提供一种多波段可调光生毫米波产生系统及方法，能够在系统复杂度较低的情况下，利用阵列波导光栅等波分复用器件，实现多路毫米波的同时生成和输出，使得本系统所生成毫米波频率的调节更加灵活，且覆盖多波段光生毫米波的产生需求。

[0006] 为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

[0007] 一种多波段可调光生毫米波产生系统，其特征在于，包括载波激光器、本振光信号产生模块、铌酸锂马赫‑曾德尔光调制器、波分复用模块、光分路与光耦合模块、光电探测器；铌酸锂马赫‑曾德尔光调制器用于将数据信号调制到所述载频光信号上；其第一输入端接入所述载频光信号，第二输入端接入所需传输的数据信息，输出携带数据信息的调制光信号，连接到光放大器的输入端；波分复用模块用于波分复用处理，能够将所述本振光信号产生模块产生的光信号分为N路不同频率的光信号；其输入端连接所述本振光信号产生模块的输出端，其第一至第N输出端分别输出不同频率的N路光信号，对应连接到第一至第N光耦合器的输入端；光分路与光耦合模块用于实现光分路和光耦合；光分路器将经放大的调制信号分为多路光信号，其输入端与上述光放大器的输出端连接，其第一至第N输出端连接到第一至第N光耦合器的输入端；第一光耦合器的第一输入端与光分路器的第一输出端连接，第一光耦合器的第二输入端与阵列波导光栅的第一输出端连接，第二光耦合器的第一输入端与光分路器的第二输出端连接，第二光耦合器的第二输入端与阵列波导光栅的第二输出端连接，以此类推；光电探测器用于将上述光耦合器输出的频率不同的光波拍频形成毫米波信号，后续通过喇叭天线进行发射。

[0008] 所述激光产生器作为载波激光器,用于产生承载数据信息的载频光信号，该载频光信号作为后续光调制器的一个输入。

[0009] 所述本振光信号产生模块用于产生与调制信号进行拍频的光信号，通过拍频可调激光器或光频梳这两种方案来实现，能够依据系统最终所需的输出毫米波频率进行调整，且该模块的输出接入到波导阵列光栅从而滤出所需特定频率的本振光光信号。

[0010] 所述波分复用模块主要由阵列波导光栅构成，能够将在前端光纤中同时传输的各种波长的光信号分离，并形成多个输出与下一级多个光耦合器的输入端相连接。

[0011] 所述光分路与光耦合模块由一个光分路器和多个光耦合器组成，光分路器将经光放大器放大调制信号后的本振光信号分解为多路光信号进行输出；每个光耦合器将经外差拍频处理后的信号传递给光电转换模块后形成待发射的毫米波。

[0012] 在存在多个光耦合器的情况下，为满足实际所需产生的一定路数的不同频率毫米波信号，光耦合器的数量可以灵活调整，但必须与阵列波导光栅以及上一级光分路器输出的路数均相同。

[0013] 所述光电探测器与光耦合器数量相同，使得该系统能够同时在各光耦合器和光电探测器所在的每一路生成特定不同频率的毫米波信号。

[0014] 有益效果：

[0015] 由以上技术方案可知，本发明产生的毫米波信号具有多波段可调的特性，主要由于利用阵列波导光栅等器件对激光器产生的信号进行波分复用，实现与多路调制信号拍频，在系统复杂度较低的情况下，能够通过改变激光器和阵列波导光栅的参数实现多波段可调光生毫米波的产生和频率调整，且同时产生多路频率不同的毫米波，降低了系统成本。

附图说明

[0016] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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它的附图。

[0017] 图1为本发明结构示意图；

[0018] 图2为本发明实施例一提供的一种多波段可调毫米波的产生方法的流程图；

[0019] 图3为本发明实施例二提供的一种多波段可调毫米波的产生方法的流程图；

[0020] 图4为本发明实施例一和实施例二对应的一种多波段可调毫米波系统的结构示意图。

具体实施方式

[0021] 为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用到的附图作简单的介绍。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

[0022] 为克服现有技术中系统在需要改变所生成光载毫米波频率时需要重新设定双激光器或光梳频参数，且一套系统无法同时输出多波段特定频率毫米波的技术问题，本发明提供了一种多波段可调毫米波的生成系统，具体方案如下所述：

[0023] 如图1所示，本发明所提供的可调光生毫米波产生系统结构示意图，包括载波激光器(激光产生器)、本振光信号产生模块、数据调制器(铌酸锂马赫‑曾德尔光调制器)、光放大器、阵列波导光栅(波分复用模块)、光分路与光耦合模块、拍频可调激光器、光电探测器。

[0024] 本发明实施例一提供了一种多波段可调毫米波的产生方法，如图2所示，图2为本发明实施例一提供的一种多波段可调毫米波的产生方法的流程图，其核心在于本振光信号产生模块通过一个拍频可调激光器实现，以阵列波导光栅为主来实现波分复用处理。该方法包括：

[0025] S101：在铌酸锂马赫‑曾德尔光调制器中将数据信息调制到载波激光器产生的载波光信号上，利用光放大器对调制光信号进行处理，得到放大信号；同时由拍频可调激光器产生用于拍频的另一路光信号；

[0026] 在本发明中，光放大器的类型可以根据实际需要进行选择，本发明不作限定；载波信号由载波激光器产生，用于拍频的光信号由带拍频信号产生模块产生，频率和波段依据实际需要进行设定，具体不作限定。

[0027] S102：将放大后的调制信号通过光分路器进行分路处理后得到多路相同的输出，同时利用阵列波导光栅将用于拍频的光信号进行波分复用处理，得到具有相同频率差的多路本振光信号。

[0028] 其复用与解复用原理为含有多个波长的复用信号光经中心输入信道波导输出后，在输入平板波导内产生衍射，到达输入凹面光栅上进行功率分配，并耦合进入阵列波导区。因阵列波导端面位于光栅圆的圆周上，所以衍射光以相同的相位到达阵列波导端面上。经阵列波导传输后，因相邻的阵列波导保持有相同的长度差ΔL，因而在输出凹面光栅上相邻阵列波导的某一波长的输出光具有相同的相位差，对于不同波长的光此相位差不同，于是不同波长的光在输出平板波导中产生衍射并聚焦到不同的输出信道波导位置，经输出信道波导输出后完成了波长分配即解复用功能。这一过程的逆过程，即如果信号光反向输入，则完成复用功能。

[0029] 在本发明中，光分路器对调制后光信号进行分光的路数以及阵列波导光栅复用与解复用处理的路数不作限定，但这两个过程中的信号路数必须相同，后续两两配对进行拍频，最终得到相同路数的毫米波输出。

[0030] S103：将上述光分路器和阵列波导光栅输出的信号两两配对分别输入多个光耦合器，得到多路本振光信号。

[0031] 在本发明中，光耦合器的个数与光分路器输出的光信号路数相同，器件具体型号和参数不作限定。

[0032] S104：利用光电探测器将符合预设条件的光信号进行拍频，获得符合预设频率的多个具有相同频率差的毫米波信号。后续将多路毫米波信号送入对应的多个喇叭天线即可进行无线发射。

[0033] 在本发明中，可以选择单模光纤来传输信号，利用单模光纤将预先计算和设定好的本振光光信号送至光电探测器。由于单模光纤只传输一个模式的特性，无模间色散，所以具有色散小、传输带宽大、衰减小的优点，适用于大容量长距离通信。

[0034] 图3为本申请实施例二提供的一种多波段可调毫米波的产生方法的流程图，其核心在于本振光信号产生模块通过光频梳器件实现，以阵列波导光栅为主来实现波分复用处理。该方法包括与实施例一相比，差异在于S201步骤中：铌酸锂马赫‑曾德尔光调制器中将数据信息调制到载波激光器产生的载波光信号上，利用光放大器对调制光信号进行处理，得到放大信号；同时由光频梳器件产生用于拍频的另一路光信号；

[0035] 原理上，光学频率梳(OFC)在频域上表现为具有相等频率间隔的光学频率序列，在时域上表现为具有飞秒量级时间宽度的电磁场振荡包络，其光学频率序列的频谱宽度与电磁场振荡慢变包络的时间宽度满足傅里叶变换关系。用于实现本系统的带拍频信号产生模块，可提供准确的特定间隔的覆盖多波段频率的光波，后续再经阵列波导光栅进行选频。

[0036] 图4为本发明实施例一和实施例二的对应的一种多波段可调毫米波系统的结构示意图，实施例一与实施例二的区别在于本振光信号产生模块6分别由拍频可调激光器和光梳频实现。图4所示的多波段可调毫米波系统结构，包括：载波激光器1，数据输入端口2，光调制器3，光放大器4，光分路器5，带拍频信号产生模块6(在实施例一中使用拍频可调激光器实现，在实施例二中使用光频梳器件实现)，波导阵列光栅7，光耦合器8,9,10,11，光探测器12,13,14,15。

[0037] 在本发明的两个实施例中，载波激光器产生193.400THz的光信号，铌酸锂马赫‑曾德尔光调制器将数据信号调制到载频激光器1产生的载频光信号上；其第一输入端接入所述载频光信号，第二输入端接入数据信息端口2的数据信息，输出携带数据信息的调制光信号，连接到光放大器4的输入端；本振光信号产生模块6以10GHz的间隔产生具有相同载波间隔的相关光信号，波导阵列光栅7能够从所述本振光信号产生模块产生的光信号中滤出193.430THz,193.480THz,193.530THz,193.580THz的四路不同频率的光信号；波导阵列光栅7的输入端连接所述本振光信号产生模块6的输出端，其第一至第四输出端对应连接到第一至第四光耦合器8,9,10,11的输入端；光分路与光耦合模块用于实现光分路和光耦合；光分路器将经放大的调制信号分为多路光信号，其输入端与上述光放大器的输出端连接，其第一至第四输出端连接到第一至第四光耦合器8,9,10,11的输入端；第一光耦合器8的第一输入端与光分路器5的第一输出端连接，第一光耦合器8的第二输入端与阵列波导光栅7的第一输出端连接，第二光耦合器9的第一输入端与光分路器5的第二输出端连接，第二光耦合器9的第二输入端与阵列波导光栅7的第二输出端连接，以此类推；光电探测器12,13,14,
15用于将上述光耦合器输出的频率不同的光波拍频形成毫米波信号，对应输出的思路毫米波信号频率为30GHz,80GHz,130GHz和180GHz，这四路毫米波信号后续通过喇叭天线进行发射。

[0038] 由以上技术方案可知，在本发明提供的多波段可调毫米波的产生方法及实施例中，利用阵列波导光栅等器件对激光器产生的信号进行波分复用，实现与多路调制信号拍频，在系统复杂度较低的情况下，能够通过改变激光器和阵列波导光栅的参数实现多波段可调光生毫米波的产生和频率调整，且同时产生覆盖多波段的多路频率不同的毫米波，降低了系统成本。

[0039] 结合本申请公开内容所描述的方法或者算法的步骤可以硬件的方式来实现，也可以是由处理器执行软件指令的方式来实现。软件指令可以由相应的软件模块组成，软件模块可以被存放于随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)、闪存、只读存储器(ReadOnlyMemory，ROM)、可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammableROM，EPROM)、电可擦可编程只读存储器(ElectricallyEPROM，EEPROM)、寄存器、硬盘、移动硬盘、只读光盘(CD‑ROM)或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。

[0040] 本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本申请所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

[0041] 以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请的保护范围之内。