基于相位因子优化的载波抑制模式光载无线矢量波系统技术方案

本发明专利技术属于光载传输技术领域，具体为一种基于相位因子优化的载波抑制模式光载无线矢量波系统。该系统主要由一个激光器、一个马赫增德尔强度调制器以及光电探测器组成，具有结构简单和低成本的特点。系统中矢量信号通过光电检测器会造成信号相位分布不均衡，在低信噪比情况下矢量信号的星座点之间会更靠近而增加信号错误率。本发明专利技术通过在发送端优化预编码中的矢量信号相位因子，使得恢复后的矢量信号在相位分布上对称，从而提高系统性能。这种优化方法在既不增加算法复杂度也不增加结构复杂度的情况下，能极大降低系统的误码率。该优化方案在不同倍频数和不同调制格式的光载无线矢量波系统有广阔的应用前景。

Carrier suppressed mode optical radio vector wave system based on phase factor optimization

The invention belongs to the field of light transmission technology, in particular to a carrier suppression mode optical carrier radio wave system based on phase factor optimization. The system is mainly composed of a laser, a Machka Del intensity modulator and a photoelectric detector. It has the characteristics of simple structure and low cost. In the system, the vector signal passing through the photoelectric detector will cause uneven phase distribution of the signal. Under the condition of low signal to noise ratio, the constellation of the vector signal will be closer, and the error rate of the signal will be increased. The invention optimizes the phase factor of the vector signal in the pre coding at the transmitting end so that the restored vector signal is symmetrical in phase distribution, thereby improving the system performance. This method can greatly reduce the BER of the system without increasing the complexity of the algorithm and increasing the complexity of the structure. The optimization scheme has broad application prospects in different frequency doubling and different modulation formats of the optical radio vector wave system.

【技术实现步骤摘要】
基于相位因子优化的载波抑制模式光载无线矢量波系统
本专利技术属于光载传输
，具体涉及一种光载无线矢量波系统。
技术介绍
随着接入互联网络的移动数据量爆炸式增长，超高速无线信号需求迫在眉睫。针对这一需求，如何产生超高速无线信号成为难题。高频率无线波因为能够提供足够的传输带宽成为解决问题的研究热点。在产生高频无线波方面电子器件带宽有限，产生高频较为困难，而光子辅助无线信号技术能克服电子器件的带宽瓶颈，成为产生高频率波的有效方法。光载无线信号被看成一种用于未来5G无线通信的可行技术。利用QPSK、8QAM、16QAM等高阶矢量信号能极大提高系统容量和频谱效率。目前主要的光载无线技术如下：技术一：直接强度调制技术。系统结构如图1所示，数据和射频在混频器中混频，然后在直接调制激光器中进行调制，最后通过光电检测器拍频出无线信号。这种方式受限于直接调制激光器带宽，产生的无线信号频率不高。技术二：光外差拍频技术。系统结构如图2所示，利用两路不同源的光信号进行拍频，其中一路携带矢量信号数据，两路光在光电检测器中拍频得到高频矢量无线信号。这种方式由于激光器温度变化会带来频率变化，产生的无线信号频率不稳定。技术三：利用单一光源辅助技术结合信号预编码技术。该方案针对技术二中的不同光源会造成频率漂移现象，利用同源的两个光边带在光电检测器中拍频，得到频率稳定的矢量无线信号。但是系统中矢量信号通过平方律的光电检测器会造成信号相位分布不均衡的结果，在低信噪比的情况下矢量信号间的星座点会更靠近而增加信号的错误率。为了克服以上三种技术中存在的主要缺点，包括：直接激光调制器带宽受限，不同源光信号互拍产生的无线信号频率不稳定，以及在接收端矢量信号星座点相位分布不均衡。本专利技术提出了一种低成本、频率高且稳定、接收端矢量信号相位均匀分布的基于相位因子优化的载波抑制方式产生的光载无线矢量波系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种成本低廉、产生无线波频率高且稳定、系统的误码率低的光载无线矢量波系统。本专利技术提供的光载无线矢量波系统，是基于相位因子优化的载波抑制方式产生的光载无线矢量波系统。系统结构如图4所示。包括的模块和器件如下：发送端离线数字信号处理模块，用于生成预编码的携带发送数据的射频驱动信号；一个数模转换器模块，用于完成相位因子优化后预编码射频驱动信号的数模转换；一个电放大器，用于放大矢量射频驱动电信号；一个单模激光器，用于产生单模连续波长光载波；一个单驱动马赫增德尔调制器，用于将预编码射频驱动电信号调制到激光器输出的光载波上，以提供两条频率间隔为射频驱动频率二倍的一阶子载波；一个直流偏置电压源，用于为单驱动马赫增德尔调制器提供偏置电压；一个单端光电二极管，用于实现光调制器生成的两条一阶子载波的外差拍频，以生成无线矢量波信号；一个模数转换器模块，用于实现生成的电矢量波信号的模数转换；接收端离线数字信号处理模块，用于处理模数转换后的矢量波信号，以恢复出原始的发送数据。该光载无线矢量波系统的具体实现流程如下：基于离线数字信号处理模块生成射频信号；利用伪随机码进行QAM调制，接着完成相位因子优化后的预编码处理，并且通过数字上变频到射频上，随后用数模转换器发射信号并且利用电放大器进行放大处理。所述激光器用于提供连续光信号，然后该预编码的矢量射频信号经由一个马赫增德尔强度调制器调制此连续波长的光波。强度调制的马赫增德尔调制器工作在光载波抑制模式，其输出是两条频率间隔为射频驱动频率两倍的一阶子载波，已调制信号光中心载波被抑制。利用携带信号的正负第一阶边带在一个单端光电二极管内进行外差拍频，生成载波频率为射频驱动频率二倍的电无线矢量波信号。由于已根据调制器和光电检测器的转化规则在发送对矢量信号进行了预编码，生成的电高频矢量波信号携带有标准的矢量信号调制格式。生成的电高频矢量波信号被模数转换器模块捕获，随后再经离线数字信号处理模块处理后，可以从中恢复出原始的信号数据。在所述发送端，将正交幅度调制（QAM）信号进行预编码，在预编码的过程中调整相位因子值的大小。在载波抑制倍频系统中，矢量信号的相位需要进行预编码，其公式为：其中，和分别代表标准矢量信号星座点的幅度和相位，和分别代表经过相位因子优化后的预编码矢量信号星座点的幅度和相位，为第一类一阶贝塞尔函数的反函数，β代表马赫增德尔调制器的驱动信号平均幅度与半波电压之间的比值关系，α表示相位因子，在其它预编码倍频系统的QAM预编码中α是个定值。例如二倍频系统的QAM预编码中α大小恒定为2。系统中矢量信号通过平方律的光电检测器会造成信号相位分布不均衡的结果，在低信噪比的情况下矢量信号间的星座点会更靠近而增加信号的错误率。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术通过优化预编码方法中的相位因子，并且利用载波抑制手段实现射频的频率倍频，可以具有以下优越性：（1）系统成本较低，仅使用了单个外部调制器；（2）利用载波抑制方式，能实现射频信号的倍频，灵活增大光载无线矢量波的频率。同源的两个光边带之间频率锁定，在光电检测器中拍频得到的无线矢量波频率稳定；（3）优化预编码中的矢量信号相位因子，可以使得恢复后的矢量信号在相位分布上对称。这种优化方法在既不增加算法复杂度也不增加结构复杂度的情况下，能极大降低系统的误码率。本专利技术适用于大容量高速光载无线信号的产生和解调，可产生稳定的高频矢量无线信号同时保持低成本。该技术方案可考虑用于不同倍频数和不同调制格式的光载无线矢量波系统，在提高光载无线矢量波系统性能方面有广阔的应用前景。附图说明图1直接强度调制技术系统图。图2光外差拍频技术系统图。图3利用单一光源辅助技术结合信号预编码技术系统图。图4本专利技术的基于相位因子优化的光载无线矢量波技术系统图。图5本专利技术的光载无线矢量波技术实施方案结构图。图6本专利技术的电矢量无线信号生成示意图。图7本专利技术系统中调制器载波抑制调制后的光谱图。图8本专利技术系统中相位因子为2的接收端星座图。图9本专利技术系统中优化相位因子时的不同因子对应的接收端星座图。图10本专利技术系统中三种不同相位因子情况下的系统误码率对应接收光功率曲线图。图11本专利技术系统中不同相位因子的系统误码曲线。具体实施方式下面将根据本专利技术提出的基于相位因子优化的载波抑制方式产生光载无线矢量波系统，完整地描述具体实施过程。以产生携带16GBaudQPSK信号的36GHz毫米波信号为例，说明这种光载无线矢量波信号的生成方案及其可行性。36GHz矢量毫米波信号的具体系统结构如5图所示。首先，从外腔激光器发射出功率大小为14.5dBm，线宽小于100kHz，波长的1551.6nm的光信号。该外腔激光器是波长可调的，范围覆盖整个C波段，24小时内频率漂移小于10MHz。随后光信号通过保偏光纤注入马赫增德尔调制器。该调制器的3dB带宽为37GHz，半波电压为2.7V，插入损耗为5dB，直流消光比超过30dB。调制器的直流偏置电压设置在工作曲线最低点，保持调制器工作在载波抑制模式。射频矢量信号通过离线生成，如图6所示。用Matlab软件将伪随机码进行QPSK调制，根据调制器工作在载波抑制方式和光电转换器的工作规则，QPSK信号调制完成后需要进行预编码。由于该系统利用正负1阶边带拍频实现两倍频射频频率，预编码本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于相位因子优化的载波抑制模式光载无线矢量波系统，其特征在于，包括如下模块和器件：发送端：离线数字信号处理模块，用于生成预编码的携带发送数据的射频驱动信号；一个数模转换器模块，用于完成相位因子优化后预编码射频驱动信号的数模转换；一个电放大器，用于放大矢量射频驱动电信号；一个单模激光器，用于产生单模连续波长光载波；一个单驱动马赫增德尔调制器，用于将预编码射频驱动电信号调制到激光器输出的光载波上，以提供两条频率间隔为射频驱动频率二倍的一阶子载波；一个直流偏置电压源，用于为单驱动马赫增德尔调制器提供偏置电压；一个单端光电二极管，用于实现光调制器生成的两条一阶子载波的外差拍频，以生成无线矢量波信号；一个模数转换器模块，用于实现生成的电矢量波信号的模数转换；接收端，离线数字信号处理模块，用于处理模数转换后的矢量波信号，以恢复出原始的发送数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于相位因子优化的载波抑制模式光载无线矢量波系统，其特征在于，包括如下模块和器件：发送端：离线数字信号处理模块，用于生成预编码的携带发送数据的射频驱动信号；一个数模转换器模块，用于完成相位因子优化后预编码射频驱动信号的数模转换；一个电放大器，用于放大矢量射频驱动电信号；一个单模激光器，用于产生单模连续波长光载波；一个单驱动马赫增德尔调制器，用于将预编码射频驱动电信号调制到激光器输出的光载波上，以提供两条频率间隔为射频驱动频率二倍的一阶子载波；一个直流偏置电压源，用于为单驱动马赫增德尔调制器提供偏置电压；一个单端光电二极管，用于实现光调制器生成的两条一阶子载波的外差拍频，以生成无线矢量波信号；一个模数转换器模块，用于实现生成的电矢量波信号的模数转换；接收端，离线数字信号处理模块，用于处理模数转换后的矢量波信号，以恢复出原始的发送数据。2.根据权利要求1所述的基于相位因子优化的载波抑制模式光载无线矢量波系统，其特征在于，该光载无线矢量波系统的具体实现流程如下：基于离线数字信号处理模块生成射频信号；利用伪随机码进行QAM调制，接着完成相位因子优化后的预编码处理，并且通过数字上变频到射频上，随后用数模转换器发射信号并且利用电放大器进行放大处理；所述激光器...

【专利技术属性】
技术研发人员：余建军，肖江南，陈龙，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海,31