分布式光载无线通信系统中基于光频谱处理同时实现色散补偿和高信号增益的方法技术方案

提出了一种能应用于分布式光载无线通信系统的基于光频谱处理同时实现色散补偿和高信号增益的方法，该方法包括以下步骤：在小信号调制的分布式光载无线通信系统中，把激光注入到相位调制器里并加载射频信号。相位调制器输出光子信号，并经过光信号处理器。该处理器对光子信号的各个边带进行相位预失真，并且对光载波边带进行抑制。输出光信号被掺铒光纤放大器放大，光纤放大器的增益等于光处理器对光载波边带的抑制功率。其输出信号经过1：N光功分器和光开关后被分配到合适的光纤链路上，经过光纤传输被远端接入点里的光电探测器探测与解调。从而该通信系统的色散补偿以及低增益问题能被有效解决。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于光频谱处理同时实现色散补偿和高信号增益的方法，该方法能被应用在分布式光载无线系统中。
技术介绍
随着第四代移动通信大规模商用，LTE网络正在经历从广覆盖向深度覆盖，从轻载网向重载网的重大转变，网络结构和运维日趋复杂，面临着流量爆炸式增长(500～1000倍增长)、深度覆盖、高频组网穿墙损耗以及选址和施工困难等一系列挑战，对基站灵活部署和简易维护的需求愈发迫切。目前，从国内外运营商的实践看，基站的小型化、智能化、低功耗成为重要趋势。所以，融合了PicoCell、MicroCell以及SmallCell技术的分布式光载无线通信技术应运而生，它成为高速率、宽带宽、低功耗、全智能、广覆盖4G以及5G接入网的重要解决方案，在4G以及下5G通信中扮演着非常重要的角色。具有分布式天线的光载无线通信系统，是光纤通信系统和无线通信系统的高效融合。在技术上，它把传统的宏基站分拆成基带处理单元和射频拉远单元，通过光纤进行信号的馈送。集中式的基带处理单元，能有效实现基站小型化，并且降低基站功耗以及开发和维护成本，而分布式的射频拉远单元能提高无线覆盖范围，实现无缝接入。与传统的无线通信系统相比，该系统能高效利用光纤传输的低损耗以及宽带宽等优点，也很好地继承了传统无线通信系统中的控制灵活性以及无线覆盖等优点。但是，与其同时，由于该通信系统利用光纤进行宽带信号传输，所以由色散引起的功率耗散问题，成为其中一个制约其系统性能的关键问题。另外，由于调制以及解调过程中会损耗大量的射频功率(～45dB)，所以低增益也成为制约该系统的一个重要问题，其严重制约系统的信噪比。如何在分布式光载无线通信系统中实现色散补偿以及高信号增益，成为重要的学术课题。近几年，用本振功率操控、Sagnac环实现高链路增益的方法已被报道，而用色散补偿光纤、预失真、双电极强度调制器，双平衡强度调制器以及光相位共轭的方法来补偿色散的方法已实现。然而，本振功率操控法和Sagnac环法都需要额外的本振源。色散补偿光纤法、预失真法以及光相位共轭法都不太适用于宽带信号中，双电极强度调制器法以及双平衡双电极强度调制器法则需要解决偏压的零点漂移等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于光频谱处理同时实现色散补偿以及高信号增益的方法。该方法可用于具有分布式天线的光载无线通信系统。根据本专利技术，提供一种基于光频谱处理同时实现色散补偿以及高信号增益的方法。在小信号调制的分布式光载无线通信系统中，把激光注入到相位调制器里并加载射频信号。相位调制器输出光子信号，并经过光信号处理器。该处理器对光子信号的各个边带进行相位预失真，并且对光载波边带进行抑制。对各边带预操作的相位预失真，能补偿光信号在光纤中传输时由色散引起的在不同光边带的相移，从而最终补偿色散。而对光载波进行抑制，然后用光纤放大器放大光信号，当光纤放大器的增益等于载波抑制功率时，载波的功率能被完全补偿，但是正负一阶边带被放大，因此，系统的信号增益能被提高。从而该通信系统的色散补偿以及低增益问题能被有效解决。附图说明通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本专利技术的上述和/或其他目的和优点将会变得更加清楚，其中：图1示出系统结构框图图2示出光信号各边带在本方案中的频谱幅度以及相位变化图。图3示出系统色散改善图图4示出系统增益改善图图5示出系统无杂散动态范围改善图具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的实施方式进行详细描述。图1中描述了基于光频谱处理同时实现色散补偿以及高信号增益的总体系统结构图，其中S101为集中式基站，S102为波长可调谐激光器，光载波从S102中输出后经过S103相位调制器。同时，射频信号S104加载到S103相位调制器的电极上，来调制光载波。被调制的光信号经过S105光信号处理器，该处理器由S106环形器、S107光栅、S108透镜以及S109硅基液晶组成。该处理器对光子信号的载波以及正负一阶边带进行相位预失真，并且对光载波边带进行抑制。其后，输出光信号被S110光纤放大器放大，光纤放大器的增益等于光处理器对光载波边带的抑制功率。其输出信号经过S1111：N光功分器和S112光开关(由S113偏振控制器和S114检偏器组成)后被分配到合适的光纤链路上，经过S115光纤传输被S116远端接入点里的S117光电探测器探测与解调。系统的理论分析如下：光载波经过S103相位调制器被S104射频调制后的表达式如下：其中Pin是激光器输出光功率，ωo是光载波角频率，ω1是射频信号角频率，m＝πVm/Vπ是射频信号调制深度，Vm是射频信号的幅度，Vπ是S103相位调制器的半波电压。其后，被调制的光信号经过S105光信号处理器，该处理器对光子信号的载波以及正负一阶边带进行相位预失真，并且对光载波边带进行抑制。在小信号调制的情况下(m<0.05)，二阶光边带以及高阶光边带由于其信号功率极小，可以被忽略不计。所以，相位调制器输出的光信号的表达式为：其中，α是光载波边带的功率衰减系数，β和γ分别是光载波边带和光一阶边带上的光相位预失真。其后，输出光信号被光纤放大器放大，光纤放大器的增益等于光处理器对光载波边带的抑制功率。其输出信号经过1：N光功分器和光开关(由偏振控制器和检偏器组成)后被分配到合适的光纤链路上，经过光纤传输后，输出的光信号的表达式为：其中，为链路总功率损耗，G为光纤放大器增益，以及为色散引起的在光载波边带、一阶上边带以及一阶下边带引起的相移。当各边带上的相位相同时，色散引起的功率衰落现象将不会起作用。此时，当时，链路色散能被完全补偿。这时，其后，从光纤输出的光信号被远端接入点里的光电探测器所探测以及解调，其解调后的电信号能被表达为：其中，R为光电探测器的响应效率。另外，该系统的信号增益为其中Zout为输出信号的匹配阻抗，为输入射频信号的输入功率。而无色散补偿的双边带调制以及单边带调制通信系统的信号增益为和所以，三个系统的增益对比如下：Gour:GDSB:GSSB＝4G2α:4:1由上式可知，信号增益能被提高，当G2＞α。因此，我们所提倡的分布式光载无线通信系统能实现色散补偿以及高信号增益。图2是示出光信号各边带在本方案中的频谱幅度以及相位变化图。图2(a)给出S103相位调制器输出的光信号的幅度与相位频谱图；图2(b)给出S105光处理器输出的光信号的幅度与相位频谱图，很明显，相位预失真角度α与β已被加载到载波边带和一阶边带上，而载波边带功率也得到抑制；图2(c)给出S115光纤输出的光信号，此时，所有边带的总相位相等，所以由上面的理论分析可知，系统的色散得到很好补偿。图3示出系统色散改善图。对比双边带无补偿通信系统的频率响应(图中用带圆点的直线表示)，我们所提倡的通信系统(图中用带小正方形的直线表示)在频率响应上趋向平坦，基本不受色散的影响；与单边带无补偿通信系统的频率响应(图中用带菱形的直线表示)，我们所提倡的通信系统具有很高的信号增益。图4示出系统增益改善图。在同样的实验条件下，我们所提倡的系统、双边带通信系统以及单边带通信系统的探测信号分别为-27.26dB、-37.85dB以及-42.42dB。由于我们链路的高信号增益，链路的增益相比其他两个通信系统分别提高了10.59d本文档来自技高网...

【技术保护点】
分布式光载无线通信系统中基于光频谱处理同时实现色散补偿和高信号增益方法，该方法包括以下步骤：在小信号调制的分布式光载无线通信系统中，把激光注入到相位调制器里并加载射频信号。相位调制器输出光子信号，并经过光信号处理器。该处理器对光信号的各个边带进行相位预失真，并且对光载波边带进行抑制。输出光信号被掺铒光纤放大器放大，光纤放大器的增益等于光处理器对光载波边带的抑制功率。其输出信号经过1：N光功分器和光开关后被分配到合适的光纤链路上，经过光纤传输被远端接入点里的光电探测器探测与解调。

【技术特征摘要】
1.分布式光载无线通信系统中基于光频谱处理同时实现色散补偿和高信号增益方法，该方法包括以下步骤：在小信号调制的分布式光载无线通信系统中，把激光注入到相位调制器里并加载射频信号。相位调制器输出光子信号，并经过光信号处理器。该处理器对光信号的各个边带进行相位预失真，并且对光载波边带进行抑制。输出光信号被掺铒光纤放大器放大，光纤放大器的增益等于光处理器对光载波边带的抑制功率。其输出信号经过1：N光功分器和光开关后被分配到合适的光纤链路上，经过光纤传输被远端接入点里的光电探测器探测与解调。2.如权利要求1所述的方法，小信号调制要求相位调制器上加载的射频信号的调制指数不大于0.05。这样直接从相位调制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻松，谢志鹏，蔡善勇，顾婉仪，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11