基于光真延时的对射频信号整形的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光真延时的对射频信号整形的系统和方法。所述系统包括：用射频信号调制特定波长的光波，相同波长的经过调制的光波经过光真延时单元产生符合OAM态要求的螺旋形相位，然后由天线发送；在无线空间中传输的具有不同OAM态的射频信号彼此正交；天线接收具有OAM态的射频信号，用接收后的射频信号调制光波，再由光真延时单元对该光波做相位补偿以使相同波长的光波相位相同，解调所述光波恢复射频信号。本发明专利技术可以有效的提高无线通信系统的容量和效率。

【技术实现步骤摘要】
基于光真延时的对射频信号整形的系统和方法
本专利技术涉及无线通信领域，尤其涉及基于光真延时的对射频信号整形的系统和方法。
技术介绍
量子光学中，角动量作为一个基本物理量可以分为自旋角动量（SAM）和轨道角动量（OAM）。1992年，Allen提出螺旋形相位波束的方位角项包含有垂直于光的传播方向的OAM态分量。螺旋形波振面的光束已经经过了数十年的研究，至今OAM的应用主要涉及光域处理、光学捕获、光镊、光涡旋等领域。无限的OAM本征态可以使得一个单一的光子承载无限量的信息,所以其为光通信提供了广阔的前景。2004年，在自由空间信息传送与通信中使用OAM的概念被首次提出，同时也成为一个研究热点。2011年，一种在自由空间光通信中利用光涡旋进行复用解复用的大容量通信方式被提出。近期，一种利用OAM复用实现T比特自由空间数据传输的方案被提出，并表明OAM对于增加自由空间通信容量可能是一个有用的自由度。其工作的关键技术是通过四块昂贵的反射式向列型液晶空间光调制器来实现螺旋形波前和平面波前的转换。光波的电磁场基本物理性质可以转移到射频信号上，而对应产生的电磁涡旋也具有良好的应用前景。电磁涡旋可模拟实现，其中OAM是通过电相移器形成螺旋形相位分布的圆形天线阵列产生的。该技术虽然产生了OAM态的RF信号即电磁涡旋，但类似电相移器的电气元件的指向精度有误差，并且在较大的传输带宽下因电相移器指向不准而导致性能急剧恶化，所以会限制频谱带宽和相移分辨率。
技术实现思路
为了克服电相移器的分辨率误差以及对带宽的限制，本专利技术公开了基于光真延时（OpticalTrueTimeDelay，简称OTTD）来产生和消除射频信号的OAM的方法和系统。用射频信号调制特定波长的光波，调制后的相同波长的光波经过OTTD单元产生符合OAM态要求的螺旋形相位，然后由天线发送；在无线空间中传输的具有所述相位的射频信号具有OAM，不同的OAM彼此正交；天线接收具有OAM态的射频信号，接收后的射频信号被调制成具有螺旋形相位的光波，由OTTD单元对所述光波做相位补偿后使相同波长的相位相同，解调所述光波恢复射频信号。本专利技术同时公开了支持相同频率上多个射频信号的OAM的复用和解复用的方法和系统。所述OAM态垂直于射频信号在自由空间的传播方向。为实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于光真延时的对射频信号整形的发送系统，所述发送系统包括：光源，用于产生特定波长的光波；电光调制器（EOM），所述电光调制器用第一射频信号调制所述光源产生的光波；分光器（OpticalSpliter）和光真延时链路，所述分光器把经电光调制器调制后的光波送至所述光真延时链路，相同波长的所述光波通过所述光真延时链路后的时延差呈符合对应OAM的要求；光电探测器（PD），所述光电探测器把通过所述光真延时链路的所述光波解调恢复为第二射频信号；天线，以及用于发送第二射频信号的天线。进一步的，由于具有不同轨道量子数的OAM态的射频信号具有正交性，并且具有上述正交性的射频信号在空间内长距离传输的物理可行性已经被试验证实，所以根据本专利技术可实现基于OTTD的频率复用系统。在前述公布的发送系统基础上，所述频率复用系统可具有多个光源、多个EOM、光放大器以及耦合器等。所述频率复用系统的每个光源发出波长不同的光波，每个电光调制器用频率相同携带信息不同的RF信号调制对应的光源发出的光，其中每种波长对应一种OAM态的轨道量子数，所述耦合器把各路光波耦合成一路并经光放大器放大后送给分光器，再经过光真延时链路和光电探测器，最后被天线发送。根据本专利技术的第二方面，提供了一种基于光真延时的接收具有OAM态的射频信号的接收系统，所述接收系统包括：天线，用于接收射频信号，接收后的射频信号是第二射频信号；光源，用于产生特定波长的光波；电光调制器（EOM），把所述第二射频信号调制成光波信号；光真延时链路和第一耦合器（firstCombiner），所述光真延时链路用于补偿通过所述光真延时链路的光波的相位差，所述第一耦合器耦合经过所述光真延时链路的光波；光电探测器（PD），所述光电探测器解调所述耦合器输出的光波，将其恢复为第一射频信号。在前述公布的根据本专利技术的接收系统基础上，可实现基于OTTD的频率解复用系统。所述频率解复用系统可具有多个光源、第二耦合器、分光器、波分解复用器和多个PD。所述频率解复用系统的每个光源发出波长不同的光波，各路光波经过第二耦合器耦合后由分光器输出到各个EOM，第二射频信号在EOM中调制来自分光器的光波，调制后的光波经过光真延时链路以及第一耦合器，再经波分解复用器分为不同波长的光信号并各自经过PD，还原成第一射频信号。优选的，本专利技术所采用的光源可以是可调谐（TLS）光源。优选的，本专利技术所采用的光真延时链路可以是高色散光纤和普通均匀光纤级联所构成的链路。可替换的，本专利技术所采用的光真延时链路可由光纤光栅级联、啁啾光纤光栅、高色散光纤和光开关等构成。根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于光真延时的使射频信号产生OAM态的方法。所述方法包括：用第一射频信号调制选定波长的光波，调制输出后的光波经分光器被送至OTTD链路；所述OTTD延时链路使通过其上的相同波长的光波的延时符合对应OAM态的要求；所述光波又被解调成第二射频信号，并通过天线发送。进一步的，根据本专利技术的一个方面，提供了在通信通信系统中的一种基于OTTD的频率复用方法。在上述使射频信号产生OAM态的方法中，用多个承载不同信息的射频信号调制不同波长的光波，使调制后的所述光波经由耦合器耦合后再由分光器送至OTTD链路；使相同波长的所述光波经过所述OTTD链路后的相位符合产生OAM态的螺旋形相位要求，并且使不同波长的所述光波对应的OAM态的轨道量子数不同；经过所述OTTD链路的光波由天线发送。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种基于光真延时的消除射频信号的OAM态的方法。所述方法包括：由天线接收射频信号，调制后的射频信号是第二射频信号；用每路所述第二射频信号调制光波，所述光波要根据对应OAM态的轨道量子数来选择；被调制的所述光波经过OTTD链路实现相位补偿，使得OTTD链路末端输出的相同波长的光波相位相同；所述光波经过耦合后再被解调成第一射频信号。进一步的，根据本专利技术的一个方面，提供了在通信通信系统中的一种基于OTTD的频率解复用方法。在上述消除射频信号的OAM态的方法中，用每路所述第二射频信号调制由多路光波耦合而成的光波；调制后的光波被送入OTTD链路，使得在所述OTTD链路末端相同波长的光波具有相同的相位；所述光波经耦合后再被分解为不同波长的光波；每种波长的光波经解调恢复为第一射频信号。附图说明图中相同的标记代表相同或相似的部件。图1示出了根据本专利技术的一个优选实施方式的基于OTTD的对射频信号整形的发送和接收系统，其中，图1（a）示出了根据本专利技术的一个优选实施方式的基于OTTD的使射频信号产生OAM态的发送系统；图1（b）示出了根据本专利技术的一个优选实施方式的基于OTTD的消除射频信号OAM态的接收系统；图2示出了根据本专利技术的一个优选实施方式的不同量子数OAM态复用系统的结构图；图3示出了根据本专利技术的一个优选实施方式的不同量子数OAM态解复用系统的结构图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光真延时的对射频信号整形的发送系统，其特征在于所述发送系统使射频信号产生轨道角动量，所述发送系统包括：光源，用于产生特定波长的光波；电光调制器，所述电光调制器用第一射频信号调制所述特定波长的光波；分光器和光真延时链路，所述分光器把经电光调制器调制后的光波送至所述光真延时链路，相同波长的所述光波通过所述光真延时链路后的时延差符合对应所述轨道角动量要求；光电探测器，所述光电探测器解调所述光真延时链路输出的光波，将其恢复为第二射频信号；以及天线，用于发送所述第二射频信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于光真延时的对射频信号整形的发送系统，其特征在于所述发送系统使射频信号产生轨道角动量，所述发送系统包括：光源，用于产生特定波长的光波；电光调制器，所述电光调制器用第一射频信号调制所述特定波长的光波；分光器和光真延时链路，所述分光器把经电光调制器调制后的光波送至所述光真延时链路，相同波长的所述光波通过所述光真延时链路后的时延差符合对应所述轨道角动量要求；光电探测器，所述光电探测器解调所述光真延时链路输出的光波，将其恢复为第二射频信号；以及天线，用于发送所述第二射频信号；其中，所述光真延时链路由N条延时线组成，每条所述延时线由高色散光纤和用于补偿光程的单模光纤构成，使得具有基础波长的光波通过所述延时线的时延差为零，其中N是大于3的整数；所述光源所产生的光波的波长根据所述轨道角动量对应的轨道量子数和所述基础波长来选择使得所述光波通过所述光真延时链路中相邻延时线的时延差符合对应所述轨道角动量要求。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的光源是多个，每个光源发出不同波长的光波；所述的第一射频信号是多个，每个第一射频信号是携带不同信息的同频信号；所述的电光调制器是多个，每个电光调制器用所述第一射频信号其中之一调制多个所述光源其中之一产生的所述光波，所述第一射频信号和所述光源一一对应；以及所述系统还包括耦合器，所述耦合器把多个经过所述电光调制器的所述光波耦合成一路，进入所述分光器和所述光真延时链路。3.一种基于光真延时的对射频信号整形的接收系统，其特征在于所述接收系统用于接收具有轨道角动量的射频信号，所述接收系统包括：天线，被所述天线接收后的射频信号是第二射频信号；光源，用于产生特定波长的光波；电光调制器，所述电光调制器利用所述第二射频信号调制所述光波；光真延时链路和第一耦合器，所述光真延时链路用于补偿通过所述光真延时链路的光波的相位差并使相同波长的光波的相位相同，所述第一耦合器耦合经过所述光真延时链路的所述光波；以及光电探测器，所述光电探测器解调所述耦合器输出的光波，将其恢复为第一射频信号；其中，所述光真延时链路由N条延时线组成，每条所述延时线由高色散光纤和用于补偿光程的单模光纤构成，使得具有基础波长的光波通过所述延时线的时延差为零，其中N是大于3的整数；所述光真延时链路中N条延时线的排列顺序与对应的发送系统中光真延时链路中N条延时线的排列顺序相反。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述的光源是多个，每个光源发出不同波长的光波；第二耦合器，所述第二耦合器耦合所述多个光源发出的所述光波；所述系统还包括分光器，所述分光器把经所述第二耦合器耦合的光波送到所述的光电探测器；所述系统进一步包括波分解复用器，所述波分解复用器把经过所述第一耦合器的不同波长的所述光波分开；以及所述电光探测器是多个，不同的电光探测器用于将不同波长的所述光波解调成携带不同信息的同频的所述第一射频信号。5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：所述分光器前设置有光放大器，进入所述分光器的所述光波要先经过所述光放大器放大，经放大后再进入分光器。6.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的系统，其特征在于：所述轨道角动量的轨道量子数小于(N+1)/2；以及所述天线是均匀排列在圆周上的圆形天线阵列。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄善国，高欣璐，魏永峰，汪茜，高超，张旭锴，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11