專利名稱：一種波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)的rof基站上行鏈路及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖傳輸無線信號(hào)(Radio-over-Fiber，縮寫為ROF)上行鏈路及其通 信系統(tǒng)，尤其涉及一種基于波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)的新型射頻信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)的基站上行 鏈路及其系統(tǒng)，屬于光通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近些年來，無線通信快速發(fā)展，無線用戶逐年遞增，業(yè)務(wù)更加多樣化，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)急劇 攀升，使得寬帶無線信號(hào)和載波頻率向高頻擴(kuò)展的需求日益迫切。目前，各種電子器件受 到電子瓶頸的限制，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足未來需求的增長。射頻信號(hào)的光纖傳輸技術(shù)(Radio over Fiber,簡(jiǎn)稱RoF)將光纖網(wǎng)絡(luò)的巨大容量和無線接入網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性與移動(dòng)性有機(jī)結(jié)合， 為無線網(wǎng)絡(luò)提供"最后一公里"無縫接入，是未來超寬帶移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。當(dāng)無 線信號(hào)為毫米波時(shí)，ROF通信系統(tǒng)稱為毫米波通信系統(tǒng)。ROF波分復(fù)用系統(tǒng)包括中心站(Central Station,縮寫為CS)、基站(Base Station,縮 寫為BS)、無線移動(dòng)終端(Wireless Terminal,縮寫為WT)，組成一個(gè)"光線傳輸無線 信號(hào)"的ROF通信系統(tǒng)，無線信號(hào)的光調(diào)制方式為二次副載波調(diào)制。中心站的中頻 (Intermediate Frequency,縮寫為IF)信號(hào)經(jīng)由基站傳送至終端稱為下行鏈路，無線移動(dòng) 終端的射頻(Radio Frequency,縮寫為RF)信號(hào)經(jīng)過基站傳送至中心站稱為上行鏈路。這 里RF頻率〉MF頻率。在上行鏈路，基站的無線RF信號(hào)加載到光載波上，通過光纖上行到中心站，檢波后進(jìn) 入骨干(Backbone)網(wǎng)；在下行鏈路中，來自骨干(Backbone)網(wǎng)的中頻(IF)信號(hào)加載 到光載波上，通過光纖下行傳輸?shù)交?，檢波后通過無線信道傳送到無線移動(dòng)終端。如果 采用星型網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，則中心站與基站之間必須至少需要兩路長光纖，則100個(gè)基站至少需 要2X100路長光纖，同時(shí)還需要考慮鏈路上的光放大與中繼；如果采用波分復(fù)用通信系 統(tǒng)，將不同基站的光信號(hào)在波長上用不同的光信道分開，則可以采用一條光纖環(huán)路及其相 應(yīng)的方法中繼設(shè)備來連接各個(gè)基站，在每個(gè)基站與光纖環(huán)路的連接處，用一個(gè)光差分復(fù)用 器(Optical Add-Drop Multiplexer,縮寫為OADM)來完成分離或者插入光信道的工作。 通過上述比較可見，波分復(fù)用系統(tǒng)使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、成本降低(參考K.Kitayama，4"Architectural considerations on fiber-radio millimeter-wave wireless acess systems", J. Fiber and Integrated Optics, ppl67-185, 2000)。目前在提出的ROF波分復(fù)用方案中，下行鏈路比較典型的是采用光外差法。其主要原 理是采用兩個(gè)頻率間隔等于所需要毫米波頻率的窄線寬光縱模，即所謂雙縱模結(jié)構(gòu)拍頻實(shí) 現(xiàn)毫米波射頻信號(hào)。實(shí)際使用中只要在中心站將中頻(IF)信號(hào)調(diào)制到其中一個(gè)縱模或者 兩個(gè)縱模同時(shí)調(diào)制，然后在基站通過光電二極管(Photo Detector,縮寫成PD)拍頻即可 得到相應(yīng)的毫米波射頻(RF)信號(hào)。由于傳輸過程中兩光波的光譜都很窄，所以色散效應(yīng) 較小，可以有效抑制由于色散而引起的功率損傷問題。同時(shí)，產(chǎn)生雙縱模結(jié)構(gòu)的方法多種 多樣，對(duì)微波本振源的頻率要求不像直接將中心站射頻(RF)信號(hào)調(diào)制上光載波那樣為高 頻毫米波，而是一個(gè)較低的頻率甚至有的方法不需要微波源，這樣不僅簡(jiǎn)化了基站的結(jié)構(gòu) 和成本，而且還大大降低了中心站的處理信號(hào)成本，所以光外差法成為了目前世界各國研 究ROF發(fā)射機(jī)的熱點(diǎn)。具體的原理示意圖如圖l (參考方祖捷，葉青，劉峰，瞿榮輝， 毫米波副載波光纖通信技術(shù)的研究進(jìn)展，中國激光，2006年4月，第33巻第4期， Page:482 488)。與下行鏈路的光外差法相對(duì)應(yīng)的上行鏈路中，為上行信號(hào)提供光載波的方案則主要分成兩種一種是上行鏈路中的光載波也是釆用光外差法中類似的兩個(gè)縱模，但與下行鏈路的光載波的頻率不同。(W.W.Hu， K.Inagaki, and T Ohria, "Radio隱on國Fiber Techniques Using3rd International Conference on Mircowave and Millimeter Wave Technology Proceedings 2003, Page:7 10)其具體的實(shí)現(xiàn)方案見圖2。在上行鏈路中，從天線接收下來的毫米波射頻(RF)信號(hào) 通過高速的光電調(diào)制解調(diào)器8加載到光載波上行傳輸(天線與光電調(diào)制解調(diào)器的連接為高 頻電纜線，例如高頻同軸線)，它所占用的光信道的光載波(即雙縱模光信號(hào))是通過光 差分復(fù)用器(OADM) 7由中心站的光源提供，該上行光信號(hào)通過環(huán)路光纖同其他基站上 行的光信號(hào)一同傳送至中心站，用光解復(fù)用6將各信道的信號(hào)分開，由低頻光電檢測(cè)器4 檢波后送至骨干(Backborn)網(wǎng)。采用這種上行方案有一個(gè)很大的好處就是在中心站采用一個(gè)低頻的光電檢波器(PD) 就可以實(shí)現(xiàn)中頻(IF)信號(hào)的下變頻，即將中頻(IF)信號(hào)從毫米波射頻(RF)信號(hào)中提 取出來。其原理如圖3所示，實(shí)線與虛線分別代表了基站中FP激光器鎖定的兩個(gè)間隔60GHz (毫米波頻率)模式，這兩個(gè)模式之間具有相關(guān)性，因?yàn)樽⑷胄盘?hào)兩個(gè)模式是相關(guān) 的，可以拍出毫米波。基站將接收下來的用戶的上行毫米波信號(hào)(假設(shè)為57GHz)調(diào)制到 雙模信號(hào)上，這時(shí)虛線模式的調(diào)制后的邊帶就到了實(shí)線模式旁邊3GHz信號(hào)的位置，由于 虛線和實(shí)線模式的相關(guān)性，實(shí)線模式也可以和虛線模式的這個(gè)邊帶拍頻出3GHz的中頻信 號(hào)。這樣在中心站直接采用PIN管接收后，采用電低通濾波器將3GHz的中頻信號(hào)取出即 可，而不再需要高頻的亳米波混頻器來下變頻。但是采用第一種方案有兩個(gè)很大的問題。首先由于基站的上行信號(hào)的光載波是由中心 站提供，所以一個(gè)基站需要占用兩個(gè)波長信道，這樣在基站較多的情況下波長資源會(huì)相當(dāng) 緊張，不利于布網(wǎng)通信，同時(shí)相應(yīng)的對(duì)環(huán)路上光放大的要求也會(huì)高些；其次采用這種方案 在基站需要將天線接收到射頻RF信號(hào)直接調(diào)制到雙縱模光信號(hào)上去，這個(gè)就需要毫米波 波段的高頻電光調(diào)制器(此器件包含在圖2的器件8中，器件8光電調(diào)制解調(diào)器中包括一 個(gè)高頻的光電檢波器)，而且每個(gè)基站均需要配備，實(shí)現(xiàn)的成本較高。第二種方案是保留下行鏈路中的光外差法中所用雙縱模的之間的中心波長，在基站濾波取出后將基站下變頻的信號(hào)加載上去傳輸?shù)街行恼尽?Zhensheng Jia， Jianjun Yu, Gee-Kung Chang, "A Full-Duplex Radio-Over-Fiber System Based on Optical Carrier Suppression and Reuse", Photonics Technology Letters, IEEE， Volume 18， Issue 16, My 2006， Page:1726- 1728)具體原理的示意圖如圖4所示。由中心站選定的可調(diào)光載波經(jīng)過光耦合器12分成兩路， 一路通過低頻電光調(diào)制器2加載中頻(IF)信號(hào)，并再通過光載波抑制調(diào)制在低頻調(diào)制器 2中形成雙縱模光信號(hào)；而另一路則不進(jìn)行處理準(zhǔn)備用于基站的上行鏈路，兩路光信號(hào)又 經(jīng)過光耦合器12合束后下行傳送到基站。在基站中用過一個(gè)光環(huán)行器14和一個(gè)以中心站 選定波長為中心波長的布拉格光柵15組合，將下行雙縱模光信號(hào)與上行所需要的光載波 相分離，下行信號(hào)通過高頻光電檢波器16發(fā)送到無線終端，而光載波則通過低頻電光調(diào) 制器2被加載由射頻(RF)信號(hào)通過高頻混頻器17下變頻而來的中頻(IF)信號(hào)后，上 行傳送到中心站通過低頻光電檢波器4檢波后送到骨干網(wǎng)。(發(fā)射天線與高速光電檢波器 16之間，發(fā)射天線與混頻器17之間，混頻器17與低頻電光調(diào)制器2之間的連接為高頻電 纜線，例如高速同軸線。其余基站連接為光纖連接。)采用這種方案最大的好處就是對(duì)于一個(gè)基站不再需要占用兩個(gè)波長，而只需要一個(gè)波 長即可，從而大大提高了對(duì)于波長資源的利用。伹是問題也很明顯，就是需要在基站對(duì)射頻(RF)信號(hào)進(jìn)行下變頻，從而每個(gè)基站需要高頻的毫米波源與毫米波混頻器，這就大大 增加了基站的復(fù)雜度。而且如何保證上行信號(hào)光載波的功率也是一個(gè)需要考慮到的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的之一在于提供一種成本低，性能高、易于實(shí)現(xiàn)的基于波分復(fù)用無源光網(wǎng) 絡(luò)的毫米波ROF通信系統(tǒng)的基站上行結(jié)構(gòu)。具體的技術(shù)方案如下基于波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)的亳米波ROF通信系統(tǒng)的基站上行結(jié)構(gòu)，為ROF波分復(fù)用 通信系統(tǒng)的上行鏈路提供上行RF信號(hào)加載方式，包括一個(gè)光耦合器，將下行鏈路中的信號(hào)耦合出一小部分輸入多模激光器。一個(gè)可實(shí)現(xiàn)注入鎖模的多模激光器結(jié)構(gòu)，作為從激光器。所述光耦合器的一輸出端和 所述可實(shí)現(xiàn)注入鎖模的多模激光器的一端通過光纖連接，所述的多模激光器可以為多模法 布里-珀羅(Fabry-Perot，縮寫為FP)激光器或者鎖模激光器，用于產(chǎn)生模間距為毫米波頻 率的雙模鎖模光信號(hào)。當(dāng)下行信號(hào)中的一小部分即下行的雙縱模信號(hào)正好和多模激光器的 兩個(gè)縱模輸出相吻合時(shí)，實(shí)現(xiàn)雙模鎖模。通過雙模鎖模， 一個(gè)多模激光器結(jié)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn) 對(duì)下行雙縱模信號(hào)的放大、濾波(濾除原有下行信號(hào))和提高雙縱模信噪比的作用。進(jìn)一 步的，注入鎖模擴(kuò)大了激光器的直接調(diào)制帶寬，使得從無線終端發(fā)射來的上行射頻(RF) 信號(hào)可以直接通過對(duì)激光器的電流進(jìn)行調(diào)制，從而將上行信號(hào)加載到光雙縱模信號(hào)上去， 不需要使用毫米波電光調(diào)制器，從而降低了基站成本且提高了性能。(參考E.K.Lauetal, "Ultra-high, 72 GHz resonance frequency and 44 GHz bandwidth of injection-locked 1.55-P m DFB lasers", OFC/NFOEC ， 2006， Technical Digest, paper OThG2)所述的基于波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)的毫米波ROF通信系統(tǒng)的基站上行結(jié)構(gòu)，其中的可實(shí)現(xiàn)注入鎖模的多模激光器結(jié)構(gòu)至少包括兩種具體方案 方案一如圖5所示可實(shí)現(xiàn)注入鎖模的多模激光器結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)光環(huán)行器，實(shí)現(xiàn)注入光與鎖定光的隔離，保證輸出的光信號(hào)為注入鎖模的雙縱模 光信號(hào)。一個(gè)光偏振控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)注入光注入到多模激光器的偏振態(tài)的控制，保證注入光的 偏振態(tài)與多模激光器的本振偏振方向相同。一個(gè)多模激光器，通過調(diào)節(jié)多模激光器的電流或者溫度使得注入光與本振的光縱模對(duì) 準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)注入鎖定輸出光雙縱模信號(hào)；同時(shí)還可以通過對(duì)其電流的調(diào)制實(shí)現(xiàn)將射頻信號(hào)加載到光信號(hào)上。光環(huán)形器分別與光耦合器、光偏振控制器和光差分復(fù)用器通過光纖連接；光偏振控制 器另一端與多模激光器的一端通過光纖連接；天線接收到的RF信號(hào)與多模激光器的調(diào)制 端采用高頻電纜線連接。本方案通過耦合器取出一小部分下行信號(hào)通過光環(huán)行器注入到多模激光器中實(shí)現(xiàn)注入 鎖定，同時(shí)通過對(duì)多模激光器的電流調(diào)制實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的光加載，從光環(huán)行器8的3端口 取出上行雙縱模光信號(hào)上行傳送。方案二如圖6所示可實(shí)現(xiàn)注入鎖模的多模激光器結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)光偏振控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)注入光注入到多模激光器的偏振態(tài)的控制，保證注入光的 偏振態(tài)與多模激光器的本振偏振方向相同。一個(gè)雙端耦合的行波型多縱模激光器，例如行波型的法布里-珀羅(FP)激光器。該器 件可以利用制作電光調(diào)制器的方法制作，采用雙端耦合，從而實(shí)現(xiàn)注入光與鎖定輸出光不 相互干擾，節(jié)省了一個(gè)光環(huán)行器。通過調(diào)節(jié)多模激光器的電流或者溫度使得注入光與本振 的光縱模對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)注入鎖定輸出光雙縱模信號(hào)；同時(shí)還可以通過對(duì)其電流的調(diào)制實(shí)現(xiàn)射 頻信號(hào)加載到光信號(hào)上。(行波型多縱模激光器對(duì)外有三個(gè)接口，其中兩個(gè)為光纖結(jié)構(gòu)， 分別實(shí)現(xiàn)光注入與鎖模輸出；另有一個(gè)電接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)其驅(qū)動(dòng)電流的調(diào)制。)光耦合器和偏振控制器的一端通過光纖連接，偏振控制器的另一端和行波型多縱模激 光器的一端通過光纖連接，行波型多縱模激光器的另一端與光差分復(fù)用器之間釆用光纖連 接；天線與行波型多縱模激光器的電流調(diào)制端采用高頻電纜線連接。本方案通過耦合器取出一小部分下行信號(hào)直接注入到行波型多模激光器的一端實(shí)現(xiàn)注 入鎖定，同時(shí)通過對(duì)多模激光器的電流調(diào)制實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的光加載，從多模激光器的另一 端取出上行雙縱模光信號(hào)上行傳送。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種基于波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)的毫米波ROF通信系統(tǒng)，所 述的基于波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)的毫米波ROF通信系統(tǒng)釆用前述的基站上行結(jié)構(gòu)，還包括一 中心站和基站下行鏈路。所述中心站的波分復(fù)用光源列可以采用波分復(fù)用毫米波光源列 (參考胡薇薇，波分復(fù)用毫米波光源列及其相應(yīng)的光纖傳輸無線信號(hào)通信系統(tǒng)，專利 號(hào)ZL 03149882.5)，波分復(fù)用光源列的光源也可以采用受激布里淵散射效應(yīng)(Stimulated BriUouin Scattering,縮寫為SBS)在一個(gè)增益腔中產(chǎn)生多級(jí)斯托克斯(Stocks)光產(chǎn)生。 (參考Yichun Shen, Xianmin Zhang, and Kangsheng Chen; "All-Optical Generation ofMicrowave and Millimeter Wave Using a Two-Frequency Bragg Grating-Based Brillouin Fiber Laser "， JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 23, NO. 5, MAY 2005 Page: 1860~1864)。
綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)的ROF基站上行鏈路，其包括一光差分復(fù)用器、 一光耦合器
和一注入鎖模多模激光器，
所述光耦合器的輸入端與所述光差分復(fù)用器的下行輸出端通過光纖連接； 所述光耦合器的一輸出端與所述注入鎖模多模激光器的輸入端通過光纖連接； 所述注入鎖模多模激光器的輸出端與所述光差分復(fù)用器的上行輸出端通過光纖連接； 所述注入鎖模多模激光器的電流調(diào)制端與天線通過高頻電纜線連接。
所述光耦合器的小比例輸出端與所述注入鎖模多模激光器連接。
所述注入鎖模多模激光器包括一光環(huán)形器、 一光偏振控制器、 一多模激光器，其連接 關(guān)系為所述光環(huán)形器1端口與所述光耦合器的一輸出端通過光纖連接，所述光環(huán)形器2 端口與所述光偏振控制器一端通過光纖連接，所述光偏振控制器另一端與所述多模激光器 的一端通過光纖連接，所述光環(huán)形器3端口與所述光差分復(fù)用器的上行輸出端通過光纖連 接。
所述注入鎖模多模激光器包括一光偏振控制器、 一行波型多模激光器，其連接關(guān)系為 所述光偏振控制器一端與所述光耦合器通過光纖連接，所述光偏振控制器另一端與所述行 波型多模激光器一端通過光纖連接，所述行波型多模激光器另一端與所述光差分復(fù)用器的 上行輸出端通過光纖連接。
所述多模激光器為一帶有毫米波射頻直接電流調(diào)制接口的法布里-珀羅(FP)激光器。
所述多模激光器為一鎖模激光器。
一種波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)的ROF系統(tǒng)，包括一中心站、若干基站，其特征在于所述基 站上行鏈路采用上述基站上行鏈路。
所述中心站的波分復(fù)用光源列為波分復(fù)用毫米波光源列；所述波分復(fù)用光源列的光源 為多級(jí)斯托克斯光產(chǎn)生的多波長光源。本發(fā)明內(nèi)容的積極效果
采用本發(fā)明的基于波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)的基站上行結(jié)構(gòu)，可以很容易實(shí)現(xiàn)低成本、高 性能的毫米波ROF波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。它具有以下四個(gè)優(yōu)點(diǎn)
(1) 采用價(jià)格低廉的FP激光器作為基站的上行裝置，通過采用下行鏈路的雙模信號(hào)注入 鎖模，實(shí)現(xiàn)上行鏈路的雙模光源。
首先通過雙模注入鎖模技術(shù)，使得上下行鏈路的波長一致，即使用同一個(gè)波長在中心 站與基站之間建立雙向通信，減少了對(duì)光波長資源的占用，在光波長資源緊缺的WDM系 統(tǒng)中尤為適用。
其次，采用雙模注入鎖模技術(shù)，利用多模激光器的鎖模特性，由于鎖模的發(fā)生不僅僅 激發(fā)了兩個(gè)有用的縱模的功率輸出，同時(shí)還抑制了噪聲和其他模式的輸出，因此可以大大 降低下行鏈路對(duì)上行信號(hào)的影響，同時(shí)由于FP激光器的成本較低，效果是利用了較低的 成本實(shí)現(xiàn)了對(duì)下行雙模載波的放大、濾波和提高光載波信噪比三種作用，同時(shí)抑制了下行 鏈路原有的信息，實(shí)現(xiàn)了 ROF信號(hào)的WDM-PON。
第三，在上行鏈路中采用光雙縱模信號(hào)作為上行光載波，可以大大降低中心站的解調(diào) 成本，因?yàn)榛窘邮盏降暮撩撞ㄉ漕l信號(hào)直接調(diào)制到雙縱模信號(hào)后，可以在中心站直接采 用低頻的光電檢波器(低頻的光電檢波器有電低通濾波器的作用)檢測(cè)接收，而不再需要 毫米波混頻器，從而大大節(jié)省了系統(tǒng)成本。這一點(diǎn)與背景技術(shù)中第一種方案的優(yōu)點(diǎn)相同。
(2) 采用雙模鎖模的多模激光器作為光載波源實(shí)現(xiàn)上行數(shù)據(jù)的直接電流調(diào)制加載 采用注入鎖雙模的多模激光器(例如法布里-珀羅(FP)激光器)其直接電流調(diào)制帶寬
大大增加(參考E. K. Lau et al， "Ultra-high, 72 GHz resonance frequency and 44 GHz bandwidth of injection-locked 1.55- y m DFB lasers", OFC/NFOEC ， 2006， Technical Digest, paper OThG2)。同時(shí)通過注入鎖模，得到的雙縱模光信號(hào)的光信噪比有明顯提高。以上 兩個(gè)方面使得直接對(duì)雙模鎖模的FP激光器進(jìn)行電流調(diào)制實(shí)現(xiàn)加載上行的毫米波射頻信號(hào) 成為可能。
(3) 采用雙端耦合(行波型)的多模激光器
在對(duì)多模激光器(例如法布里-珀羅(FP)激光器)注入鎖模實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，由于目前主 要采用的是環(huán)行器注入結(jié)構(gòu)的注入鎖模方式，由FP激光器管芯所帶來的注入光的反射是 相當(dāng)大的，這相當(dāng)于在鎖定雙縱模光信號(hào)的基礎(chǔ)上又疊加了一小部分注入光噪聲(下行光 信號(hào))，從而使得上行光信號(hào)的光信噪比下降。
而采用雙端耦合的方法實(shí)現(xiàn)多模激光器，則注入光與鎖定輸出光不會(huì)一起出來，這樣首先可節(jié)省一個(gè)環(huán)行器，降低了系統(tǒng)成本。同時(shí)由于耦合效率的問題，注入光通路不可能 與輸出鎖定光通路直接對(duì)準(zhǔn)，而是可以理解為兩個(gè)過程光注入到多模激光器和多模激光 器鎖定輸出。這樣就最大限度的降低了注入光對(duì)FP鎖定光的影響，更好的擦除下行鏈路 的信息，保證較高的光信噪比。
(4)可以采用受激布里淵散射(SBS)效應(yīng)產(chǎn)生的多波長激光實(shí)現(xiàn)中心站波分復(fù)用光源的 產(chǎn)生。
受激布里淵散射(SBS)效應(yīng)產(chǎn)生的斯托克斯光(Stocks)之間及其與泵浦(Pump) 光之間具有一定的相位相關(guān)性，所以系統(tǒng)對(duì)毫米波信號(hào)的相位噪聲容忍度較高的情況下， 可以采用受激布里淵散射(SBS)效應(yīng)在一個(gè)有放大增益的腔中產(chǎn)生多波長，然后用這些 多縱模結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)雙模鎖模獲得下行鏈路信號(hào)(參考Yichun Shen, Xiaranin Zhang, and Kangsheng Chen; "All-Optical Generation of Microwave and Millimeter Wave Using a Two-Frequency Bragg Grating-Based Brillouin Fiber Laser "， JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL 23， NO. 5, MAY 2005 Page: 186CM864)。


圖l光外差法原理示意圖； (a)為光信號(hào)譜， (b)為拍頻的電信號(hào)頻譜，
圖2采用雙縱模光載波上行鏈路方案；
圖3基站上行鏈路中釆用雙模信號(hào)調(diào)制RF信號(hào)實(shí)現(xiàn)中心站直接下變頻的原理圖； (a)上行鏈路調(diào)制前， (b)上行鏈路調(diào)制后，
圖4采用保留中心波長實(shí)現(xiàn)上行鏈路的方案； 圖5基于環(huán)行器結(jié)構(gòu)的上行鏈路方案； 圖6基于行波型多模激光器結(jié)構(gòu)的上行鏈路方案； 其中，上述圖中數(shù)字序號(hào)指代的器件名稱為
1—
2— 33-5— 7— 9—
-指定波長的單模激光器(DFB) -低頻電光調(diào)制器(EOM)， 一毫米波振蕩源(MMW-LO)，
11——多模激光器(FP)，
-光復(fù)用器(MUX), -光差分復(fù)用器(OADM)， -光纖放大器(OAMP)，
3-
4-6-8-
-低頻微波振蕩源(MW-LO)， -低頻光電檢波器(PD)，
-光解復(fù)用器(DMUX)， -光電調(diào)制解調(diào)器(EAT或者EOM+PD)，
99——單模光纖(SMF)，
1112——光耦合器(Optical Coupler) ， 13——偏振控制器(PC) ， 14——光環(huán)行器(OC)， 15——光柵(FBG) ， 16——高速光電檢測(cè)器(PD) ， 17——毫米波混頻器(MIX)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:
如圖5所示，某一個(gè)基站與中心站通信的中心波長為ITU-T標(biāo)準(zhǔn)信道內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)波長， 例如采用波分復(fù)用毫米波光源列產(chǎn)生一雙縱模光信號(hào)，中心波長為1554.32nm，傳輸?shù)暮?米波頻率為60GHz。系統(tǒng)基站的下行鏈路中包括一個(gè)光差分復(fù)用器(OADM)， 一個(gè)高速 的光電檢波器。下行鏈路的雙縱模光信號(hào)經(jīng)過光差分復(fù)用器從環(huán)狀光纖網(wǎng)中進(jìn)入相應(yīng)基 站，然后在高速光電檢波器上光拍頻獲得毫米波射頻(RF)信號(hào)，并通過高頻電纜線連接 天線發(fā)射出去。系統(tǒng)基站上行鏈路包括一個(gè)光耦合器， 一個(gè)光環(huán)形器， 一個(gè)光偏振控制器, 一個(gè)帶有毫米波射頻直接電流調(diào)制接口的法布里-珀羅(FP)激光器，其縱模間距為60 GHz。 將下行鏈路中的雙縱模信號(hào)通過光耦合器分出一小部分注入光環(huán)行器的1 口；光環(huán)行器的 2 口連接偏振控制器控制注入到FP激光器的光偏振態(tài)；調(diào)整注入光偏振態(tài)(調(diào)制偏振控制 器)和FP激光器的本振偏振方向相同，調(diào)整電流或(和)溫度使得注入光雙縱模與FP本 振的雙縱模波長一致實(shí)現(xiàn)注入雙模鎖模，獲得可上行傳輸?shù)逆i定光載波；基站天線接收下 來的無線終端的上行射頻信號(hào)通過對(duì)FP激光器進(jìn)行直接電流調(diào)制實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的直接光 加載(天線與FP激光器的直接電流調(diào)制端采用高頻電纜線鏈接)；最后加載了射頻信號(hào) 的光雙縱模信號(hào)通過光差分復(fù)用器(OADM)上行傳送到基站直接用低頻光電檢波器檢波 輸出到骨干網(wǎng)。
實(shí)施例2:
如圖6所示，某一個(gè)基站與中心站通信的中心波長為ITU-T標(biāo)準(zhǔn)信道內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)波長， 例如采用波分復(fù)用毫米波光源列產(chǎn)生一雙縱模光信號(hào)，中心波長為1550.92nm，傳輸?shù)暮?米波頻率為60GHz。系統(tǒng)基站的下行鏈路中包括一個(gè)光差分復(fù)用器(OADM)， 一個(gè)高速 的光電檢波器。下行鏈路的雙縱模光信號(hào)經(jīng)過光差分復(fù)用器從環(huán)狀光纖網(wǎng)中進(jìn)入相應(yīng)基 站，然后在高速光電檢波器上光拍頻獲得毫米波射頻(RF)信號(hào)，并通過高頻電纜線連接 天線發(fā)射出去。系統(tǒng)基站上行鏈路包括一個(gè)光耦合器， 一個(gè)光偏振控制器， 一個(gè)帶有毫米 波射頻直接電流調(diào)制接口的行波型法布里-珀羅(FP)激光器，其縱模間距為60GHz。將 下行鏈路中的雙縱模信號(hào)通過光耦合器分出一小部分經(jīng)偏振控制器控制注入到行波型FP激光器一端；調(diào)整注入光偏振態(tài)(調(diào)制偏振控制器)和FP激光器的本振偏振方向相同， 調(diào)整電流或(和)溫度使得注入光雙縱模與FP本振的雙縱模波長一致實(shí)現(xiàn)注入雙模鎖模， 由FP激光器的另一端可獲得上行傳輸?shù)逆i定光載波；基站天線接收下來的無線終端的上 行射頻信號(hào)通過對(duì)FP激光器進(jìn)行直接電流調(diào)制實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的直接光加載(天線與FP激 光器的直接電流調(diào)制端采用高頻電纜線鏈接)；最后加載了射頻信號(hào)的光雙縱模信號(hào)通過 光差分復(fù)用器(OADM)上行傳送到基站直接用低頻光電檢波器檢波輸出到骨干網(wǎng)。
權(quán)利要求
1.一種波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)的ROF基站上行鏈路，其包括一光差分復(fù)用器、一光耦合器和一注入鎖模多模激光器，所述光耦合器的輸入端與所述光差分復(fù)用器的下行輸出端通過光纖連接；所述光耦合器的一輸出端與所述注入鎖模多模激光器的輸入端通過光纖連接；所述注入鎖模多模激光器的輸出端與所述光差分復(fù)用器的上行輸出端通過光纖連接；所述注入鎖模多模激光器的電流調(diào)制端與天線通過高頻電纜線連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的上行鏈路，其特征在于所述光耦合器的小比例輸出端與所述注入 鎖模多模激光器連接。
3. 如權(quán)利要求2所述的上行鏈路，其特征在于所述注入鎖模多模激光器包括一光環(huán)形器、 一光偏振控制器、 一多模激光器，其連接關(guān)系為所述光環(huán)形器1端口與所述光耦合 器的一輸出端通過光纖連接，所述光環(huán)形器2端口與所述光偏振控制器一端通過光纖 連接，所述光偏振控制器另一端與所述多模激光器的一端通過光纖連接，所述光環(huán)形 器3端口與所述光差分復(fù)用器的上行輸出端通過光纖連接。
4. 如權(quán)利要求2所述的上行鏈路，其特征在于所述注入鎖模多模激光器包括一光偏振控 制器、 一行波型多模激光器，其連接關(guān)系為所述光偏振控制器一端與所述光耦合器 通過光纖連接，所述光偏振控制器另一端與所述行波型多模激光器一端通過光纖連接， 所述行波型多模激光器另一端與所述光差分復(fù)用器的上行輸出端通過光纖連接。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的上行鏈路，其特征在于所述多模激光器為一帶有毫米波射頻 直接電流調(diào)制接口的法布里-珀羅(FP)激光器。
6. 如權(quán)利要求3或4所述的上行鏈路，其特征在于所述多模激光器為一鎖模激光器。
7. —種波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)的ROF系統(tǒng)，包括一中心站、若干基站，其特征在于所述基 站上行鏈路包括一光差分復(fù)用器、 一光耦合器和一注入鎖模多模激光器，所述光耦合器的輸入端與所述光差分復(fù)用器的下行輸出端通過光纖連接；所述光耦合器的一輸出端與所述注入鎖模多模激光器的輸入端通過光纖連接；所述注入鎖模多模激光器的輸出端與所述光差分復(fù)用器的上行輸出端通過光纖連接；所述注入鎖模多模激光器的電流調(diào)制端與天線通過高頻電纜線連接。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于所述注入鎖模多模激光器包括一光環(huán)形器、一 光偏振控制器、 一多模激光器，其連接關(guān)系為所述光環(huán)形器1端口與所述光耦合器的一輸出端通過光纖連接，所述光環(huán)形器2端口與所述光偏振控制器一端通過光纖連 接，所述光偏振控制器另一端與所述多模激光器的一端通過光纖連接，所述光環(huán)形器3 端口與所述光差分復(fù)用器的上行輸出端通過光纖連接。
9. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于所述注入鎖模多模激光器包括一光偏振控制器、 一行波型多模激光器，其連接關(guān)系為所述光偏振控制器一端與所述光耦合器通過光 纖連接，所述光偏振控制器另一端與所述行波型多模激光器一端通過光纖連接，所述 行波型多模激光器另一端與所述光差分復(fù)用器的上行輸出端通過光纖連接。
10. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于所述中心站的波分復(fù)用光源列為波分復(fù)用毫米 波光源列；所述波分復(fù)用光源列的光源為多級(jí)斯托克斯光產(chǎn)生的多波長光源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)的ROF基站上行鏈路及其系統(tǒng)，屬于光通信領(lǐng)域。本發(fā)明的上行鏈路包括一個(gè)光耦合器，用于將下行鏈路中的信號(hào)耦合出一小部分輸入多模激光器，一注入鎖模多模激光器，用于產(chǎn)生模間距為毫米波頻率的雙模鎖模光信號(hào)，上行信號(hào)通過對(duì)多模激光器進(jìn)行調(diào)制直接加載到雙模鎖模光信號(hào)上進(jìn)行傳輸；本發(fā)明的系統(tǒng)包括一個(gè)中心站和若干個(gè)包括上述上行鏈路的基站；本發(fā)明減少了波長占用率、降低了下行鏈路對(duì)上行信號(hào)的影響、提高了調(diào)制帶寬，同時(shí)降低了設(shè)備成本且實(shí)現(xiàn)了對(duì)下行雙模載波的放大、濾波和提高光載波信噪比等作用。
文檔編號(hào)H04B10/152GK101257352SQ20081010150
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者誠 張, 胡薇薇, 陳章淵 申請(qǐng)人:北京大學(xué)