基于频谱交织光本振的信道化接收方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于频谱交织光本振的信道化接收方法。本发明专利技术利用由一组频率间隔依次为kfFSR+BCH,kfFSR+3BCH,kfFSR+BCH,kfFSR+3BCH……的共N根光本振所组成的频谱交织光本振来对信道进行扩展，其中，k=0或1，BCH为信道带宽，fFSR是预设的频率；从而实现两个通道共用一根光本振，N根光本振可以实现2N通道的信道化；从而减少了一半的本振数量，相比于传统方案提高了一倍及一倍以上的频谱利用率和信道化效率；并且有效减少了对低频电信号镜频抑制比的需求，降低了信道间的串扰。

【技术实现步骤摘要】
基于频谱交织光本振的信道化接收方法及装置
本专利技术涉及微波光子信号处理
，尤其涉及一种基于频谱交织光本振的信道化接收方法及装置。
技术介绍
随着信息技术的发展，通信系统、雷达、电子战等场合都对信号带宽提出了更高的需求。ADC的瞬时带宽成为了限制信号带宽的主要因素。信道化作为一种可以将大带宽信号切割为多路窄带信号的手段，可以有效降低对ADC瞬时带宽的需求。传统的基于电子的信道化往往具有信道相对带宽大，信道间串扰严重，功耗大，信息不安全的弊端。较之传统的电子信道化技术，微波光子信道化具有明显的优势：光载频率极高而信号带宽相对载频极小，使线路具有稳定的传输特性，解决了传统宽带信号频率响应不平坦的问题；光电子器件体积小、重量轻、传输损耗低，使整个系统紧凑、轻巧、节能；光子系统具有较低的电磁辐射，能够抗电磁干扰和抗电磁脉冲。此外，微波光子信道化与传统电信道化的信号处理系统无缝衔接，借助光通信成熟器件的优势，完成传统电子系统难以完成甚至无法完成的宽带信号传输和处理功能。目前，微波光子信道化接收的方案主要包括基于滤波效应的信道化和基于双光频梳及I/Q解调的信道化两种。基于滤波效应的信道化主要包括基于光栅滤波和基于光梳滤波两种。基于光栅滤波的方法是将射频信号调制单频光载波上，通过光栅窄线宽滤波效应选取光射频信号不同的频率分量完成信道化过程。图1给出了一种基于相移光栅滤波的射频信道化装置(D.B.Hunter,L.G.Edvell,andM.A.Eglund,Widebandmicrowavephotonicchannelisedreceiver,MWP2005.InternationalTopicalMeetingonMicrowavePhotonics,2005:249-252.)。借助相移光栅的超窄通带使得每一信道只有光射频信号的部分频率可以通过，完成信道化过程。这一方案对相移光栅中心频率的精确度和所有光栅带宽的匹配提出了极大的要求。基于光梳滤波的方法是将射频信号调制到频率间隔为fs的光频梳上，通过频率间隔为fLO梳状滤波器选取光射频信号不同的频率分量完成信道化过程。图2给出了一种基于受激布里渊散射的射频信道化装置(W.Xu,D.Zhu,andS.Pan,CoherentphotonicRFchannelizationbasedonstimulatedBrillouinscattering,2015InternationalTopicalMeetingonMicrowavePhotonics,2015:1-4.)。通过受激布里渊散射完成对光射频信号的滤波。受激布里渊散射的增益谱半波全宽一般只有几十MHz，在遇到几GHz的大带宽信号的时候对光频梳梳齿的数量和信道数量需求极大。类似的还可以通过法布里-珀罗腔作为梳状滤波器完成信道化(XiaojunXie,YitangDai,YuJi,KunXu,YanLi,JianWu,andJintongLin,BroadbandPhotonicRadio-FrequencyChannelizationBasedona39-GHzOpticalFrequencyComb,IEEEPhotonicsTechnologyLetters,VOL.24,NO.8,APRIL15,2012)，或者使用标准具产生光谱切片非相干光源作为光源调制射频信号，并用第二组梳齿间隔有略微差异的标准具作为光梳滤波器滤波完成信道(X.H.ZouW.Pan,B.Luo,andLianshanYan,Photonicapproachformultiple-frequency-componentmeasurementusingspectrallyslicedincoherentsource,OpticsLetters,Vol.35,No.3,February1,2010)。同样的，这两种方案也受限于梳状滤波器的滤波带宽，难以完成大带宽信号的多通道信道化。另一种基于双光频梳和I/Q解调的方法主要是将信号通过载波抑制的单边带调制在其中一路频率间隔为fs的光频梳上，另一路频率间隔为fLO的光频梳作为光本振。两组光频梳梳齿间隔有些微的差别，经过镜频抑制混频可以选取不同梳齿上调制的电信号的不同频率分量。图3给出了一种基于双光频梳和数字信号处理的信道化接收装置，通过数字信号处理完成了镜频抑制混频(X.J.Xie,Y.T.Dai,K.Xu,J.Niu,R.XWang,L.Yan,andJ.T.Lin,BroadbandphotonicRFchannelizationbasedoncoherentopticalfrequencycombsandI/Qdemodulators,IEEEPhotonicsJournal,2012,4(4):1196-1202.)。图4给出了一种基于双光频梳和镜频抑制的信道化接收装置，实现了N信道的信道化接收(Z.Z.Tang,D.Zhu.andS.L.Pan,CoherentRFchannelizerbasedondualopticalfrequencycombsandimage-rejectmixers,2017InternationalTopicalMeetingonMicrowavePhotonics,2017:1-4.)。这两种方案均将射频信号调制到一组光频梳上去，用另一组梳齿间隔有略微差别的光频梳作为光本振，通过I/Q下变频将不同通道的信号下变频到不同频段，滤波完成信道化。图4所示的方案使用了平衡探测器进行I/Q解调，可以更好的抑制直流分量和宽带信号自拍频所产生的噪声。图5给出了一种基于移频反馈激光器和延迟相干探测的信道化接受方案(W.H.Hao,Y.T.Dai,F.F.Yin,Y.Zhou,J.Q.Li,J.Dai,W.Z.Li,andK.Xu,Chirped-pulse-basedbroadbandRFchannelizationimplementedbyamode-lockedlaseranddispersion,Opt.Lett.,vol.42,no.24,pp.5234-5237,Dec.2017.)。该方案产生了两组相同的啁啾光脉冲，其中一组作为光载波，另一组通过载波抑制调制信号，在光载波和信号路之间引入不同的延时差，使得去斜过程中射频信号下变频到不同频段，滤波完成信道化。这三种方法随着信道数量增加，对光频梳梳齿数量的需求也会显著增加。随着梳齿数量的增加，光频梳的产生难度也会显著增加。传统的基于光梳滤波的信道化方案和基于双光频梳和I/Q解调的信道化方案在完成N信道的信道化过程中将光射频信号的功率分为了N份，并且N信道就需要占用N倍射频信号带宽的频谱资源，导致频谱利用率和信道化效率只有1/N。随着射频信号不断向大带宽方向发展，频谱利用率和信道化效率会进一步地降低。
技术实现思路
本专利技术所要及解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于频谱交织光本振的信道化接收方法，两个信道共用一根光本振，仅使用信道数量一半的光本振数量，实现宽带射频信号的多通道窄带接收，相比于传统信道化方案提高两倍及两倍以上的频谱利用率和信道化效率，并且对接收到的射频信号形式无要求。本专利技术基于频谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于频谱交织光本振的信道化接收方法，其特征在于，利用载波抑制单边带调制方法，将接收到的宽带射频信号调制到梳齿间隔为kfFSR，梳齿数量为N的光频梳上，生成光载射频信号，同时，生成由一组频率间隔依次为kfFSR+BCH, kfFSR+3BCH, kfFSR+BCH, kfFSR+3BCH ……的共N根光本振所组成的频谱交织光本振，其中，k=0或1，BCH为信道带宽，fFSR是预设的频率；将所述光载射频信号和频谱交织光本振分别按照频谱分割出N路，分割出的每一路子光载射频信号均包含完整的宽带射频信号，分割出的每一路子频谱交织光本振包含一根光本振；将N路子光载射频信号与N路子光载射频信号一一对应地组成N组信号对，分别从每组信号对中I/Q解调出两路正交输出并经滤波得到两个通道信道化的窄带信号，同一组信号对中的子光载射频信号与子频谱交织光本振满足以下条件：将该子光载射频信号按BCH的带宽分为2N个频率域，则该子频谱交织光本振中的光本振频率需要落在该子光载射频信号第4n‑1,4n‑2（n=0,1,2,3…）频率域的中心频率处；将2N个窄带信号分别转换为数字信号，并在数字域对各个通道信道化后的数字信号进行延时和/或幅度修正以及频率纠正，完成信号的拼接，实现数字信号还原。...

【技术特征摘要】
1.基于频谱交织光本振的信道化接收方法，其特征在于，利用载波抑制单边带调制方法，将接收到的宽带射频信号调制到梳齿间隔为kfFSR，梳齿数量为N的光频梳上，生成光载射频信号，同时，生成由一组频率间隔依次为kfFSR+BCH,kfFSR+3BCH,kfFSR+BCH,kfFSR+3BCH……的共N根光本振所组成的频谱交织光本振，其中，k=0或1，BCH为信道带宽，fFSR是预设的频率；将所述光载射频信号和频谱交织光本振分别按照频谱分割出N路，分割出的每一路子光载射频信号均包含完整的宽带射频信号，分割出的每一路子频谱交织光本振包含一根光本振；将N路子光载射频信号与N路子光载射频信号一一对应地组成N组信号对，分别从每组信号对中I/Q解调出两路正交输出并经滤波得到两个通道信道化的窄带信号，同一组信号对中的子光载射频信号与子频谱交织光本振满足以下条件：将该子光载射频信号按BCH的带宽分为2N个频率域，则该子频谱交织光本振中的光本振频率需要落在该子光载射频信号第4n-1,4n-2（n=0,1,2,3…）频率域的中心频率处；将2N个窄带信号分别转换为数字信号，并在数字域对各个通道信道化后的数字信号进行延时和/或幅度修正以及频率纠正，完成信号的拼接，实现数字信号还原。2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述频谱交织光本振通过以下方法生成：在两组梳齿间隔均为(k+1)fFSR+4BCH的光频梳之间引入kfFSR+BCH的频移，然后将这两组光频梳耦合。3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述频谱交织光本振通过以下方法生成：在两个偏振态上通过载波抑制单边带调制方式分别调制两个频率间隔为BCH的射频信号，得到一对偏振态正交的光本振。4.如权利要求1或2所述方法，其特征在于，通过电光调制的方式生成所述光频梳。5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述从每组信号对中I/Q解调出两路正交输出，具体方法如下：将信号对中的子光载射频信号与子频谱交织光本振分别送入90°光耦合器的两个输入端，然后对90°光耦合器输出的两对正交光信号分别进行平衡光电探测，接着将所得到的两路电信号输入90°电桥，90°电桥的输出即为I/Q解调出的两路正交输出。6.基于频谱交织光本振的信道化接收装置，其特征在于，包括：电光调制模块，用于利用载波抑制单边带调制方法，将接收到的宽带射频信号调制到梳齿间隔为kfFSR，梳齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱丹，谢晨旭，潘时龙，周涛，陈文娟，钟欣，刘江，陈智宇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32