融合光纤链路和自由空间信道的偏振复用PAM4RoF-FSO系统技术方案

本发明专利技术公开了一种融合光纤链路和自由空间信道的偏振复用PAM4RoF

【技术实现步骤摘要】
融合光纤链路和自由空间信道的偏振复用PAM4 RoF
‑
FSO系统


[0001]本专利技术属于光通信网络中的光接入系统领域，用于提升融合光纤链路和FSO自由空间信道接入系统的传输容量和提高相关接入系统的应用范围。

技术介绍

[0002]随着信息时代多种类接入业务的迅速发展，人们对高速、高带宽、高度灵活的通信接入系统的需求越来越大。FSO通信具有实现自由、安装方便、安全可靠、带宽高等优点，被认为是下一代高速无线通信技术的解决方案。操作上更加简便，通信传输成本更低，适用性更加灵活。FSO的便捷性，为用户带来更加安全稳定的信息传输体验。特别是在远程、长距离通信时，基本上能够做到实时同步。但由于在自由空间中传输会受到大气湍流的影响，传输过程中容易受到干扰，通信信号不稳定现象常常发生，出现信号丢失的情况也并不少见。为了改善以上情况，引进了ROF技术。RoF既可以发挥光通信系统大带宽接入的应用优势，又可以实现一定区域内无线宽带信号的高速率接入。但实体光缆线路铺设的成本较高，在有线通信技术继续更新发展的过程中会消耗更多的人力物力财力。其次是光纤通信可能会受到空间因素的影响，其收发机往往处在固定区域，自身灵活性不强，不易根据需要而自由移动，且无法实现无需光纤的自由空间无线通信。因此，考虑到FSO系统的兼容性，将FSO与ROF技术结合，既可以发挥光通信系统大带宽接入的应用优势，又可以实现一定区域内无线宽带信号的高速率接入，能够降低光纤铺设的成本，减小大气湍流对通信信号的影响，使传输更加稳定，保密性和安全性得到加强。偏振复用系统结构简单，能够使传输容量翻倍，提高频谱利用率。为了进一步提高传输系统的性能，将偏振复用技术与四阶脉冲幅度调制技术相结合，实现更大的传输容量和更高的传输速率。

技术实现思路

[0003]本专利技术为解决以上的问题，设计了融合光纤链路和自由空间光通信信道的偏振复用四阶脉冲幅度调制RoF
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FSO系统。该系统采用偏振复用技术和四阶脉冲幅度调制方式在发射端产生偏振态PAM4信号，并将该信号以10Gbit/s的速率通过25km单模光纤(SMF
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28)和100m自由空间无线光通信(FSO)信道传输，相较于传统接入系统方案，测试结果证明：本专利技术提出的偏振复用四阶脉冲幅度调制RoF
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FSO系统传输后接受质量良好，在误码率为10
‑3的情况下PAM4信号1和PAM4信号2的接收功率分别为
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21.19dBm和
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21.10dBm。该专专利技术方案为特殊地区宽带无线光接入问题在一定程度提供了备选解决方案，技术上切实可行。
[0004]为此，本专利技术采用的技术方案是，融合光纤链路和自由空间信道的偏振复用PAM4 RoF
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FSO系统，包括两台光载波源生成装置、第一偏振分束器、偏振合束器、两台马赫曾德尔调制器、光耦合器、光纤、自由空间光通信装置、第二偏振分束器、光电检测器和准喇叭天线；
[0005]其中，所述两台光载波源生成装置发出相互独立的连续波激光CW1光信号和CW2光信号；CW1光信号经过第一偏振分束器后，被分为两束偏振方向相互正交的分光束；两路分
光束分别由PAM4电信号驱动单臂马赫曾德尔调制器调制后，经偏振合束器合成一束偏振光输出；由3dB光耦合器将调制后的偏振光与另一路CW2光信号耦合；通过光纤传输后经自由空间光通信装置进入自由空间光通信信道传输；然后进入第二偏振分束器将接收到的信号分成相互正交的两路光信号，两路光信号的光边带分别在光电探测器中发生拍频效应生成毫米波，由标准喇叭天线实现毫米波信号的发送与接收；利用自混频解调对接收到的毫米波信号进行解调通过低通滤波器和3R再生器恢复PAM4信号。
[0006]进一步，所述光载波源生成装置选用外腔激光器(external cavity laser，ECL)。
[0007]进一步，所述自由空间光通信装置包括激光信号发射器和激光信号接收器，在激光信号发射器和激光信号接收器上均设置有红外校准器，激光信号发射器将光纤内传输的信号以激光的形式发送，并在自由空间光通信信道中传输，再由激光信号接收器接收。
[0008]进一步，所述激光信号接收器的后端连接掺饵光纤放大器，用于补偿光信号在光纤中的衰减。
[0009]进一步，所述自由空间光通信装置的信道衰减系数为10dB/km，收发镜头孔径值为5cm，光束发散度为0.25mrad。
[0010]本专利技术基于上述系统还提供了一种融合光纤链路和自由空间信道的偏振复用PAM4 RoF
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FSO系统的调制方法，包括调制步骤，第一外腔激光器发出CW1光信号，然后经过偏振分束器分为两束偏振方向相互正交的分光束，两路分光束分别由传输数据为10Gbit/s的PAM4电信号驱动单臂马赫曾德尔调制器调制后，经偏振合束器合成一束偏振光输出，由3dB光耦合器将调制后的偏振光与第二外腔激光器发出CW2光信号耦合。
[0011]解调步骤，第二偏振分束器将接收到的信号分成相互正交的两路光信号，两路光信号的光边带分别在光电探测器中发生拍频效应生成毫米波，由标准喇叭天线实现毫米波信号的发送与接收；利用自混频解调技术对接收到的毫米波信号进行解调，通过低通滤波器和3R再生器恢复PAM4信号。
[0012]进一步，所述第一外腔激光器和第二外腔激光器发出光信号为相互独立的连续波激光信号。
[0013]本专利技术的测试结果表明，10Gbit/s偏振复用PAM4信号在25km SMF
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28和100m FSO信道传输后的接收眼图清晰可见，信号接收质量较好，在误码率(BER)为10
‑3情况下，测得经偏振解复用后解调还原的两路数据信号的最佳判决点分别为0.5bit和0.46bit。该系统采用频谱效率高的偏振复用PAM4下行信号，支持传统光纤传输系统和FSO通信系统的集成接入，能够进一步增加系统带宽，增强系统传输的稳定性，改善大气湍流对FSO传输系统的影响，避免了光缆难以在复杂地形下敷设的缺点，是一种具有潜在应用价值的新型宽带接入方案。
[0014]本专利技术将RoF技术融合于FSO系统，实现了光纤链路与自由空间信道相结合的传输方式，同时实现了宽带的有线接入和更高速的无线接入；并采用偏振复用技术与四阶脉冲幅度调制技术，不同于以往的单偏振技术，设计了一种双偏振的传输系统，大大提高了系统的传输容量。该方案能够降低单比特信息传输成本并最大程度的提升通信带宽，同时还可抑制大气湍流对FSO链路信号传输的影响。
附图说明
[0015]图1为本专利技术中光接入系统框图；
[0016]图2为本专利技术中偏振态PAM4信号传输前后的时域图；
[0017]图3为本专利技术中偏振态PAM4信号传输前后的光谱图；
[0018]图4为本专利技术中偏振态PAM4信号传输前后的电谱图；
[0019]图5为本专利技术中传输后两路数据的Q因子和比特周期关系曲线图以及BE本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.融合光纤链路和自由空间信道的偏振复用PAM4 RoF
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FSO系统，其特征在于：包括两台光载波源生成装置、第一偏振分束器、偏振合束器、两台马赫曾德尔调制器、光耦合器、光纤、自由空间光通信装置、第二偏振分束器、光电检测器和准喇叭天线；其中，所述两台光载波源生成装置发出相互独立的连续波激光CW1光信号和CW2光信号；CW1光信号经过第一偏振分束器后，被分为两束偏振方向相互正交的分光束；两路分光束分别由PAM4电信号驱动单臂马赫曾德尔调制器调制后，经偏振合束器合成一束偏振光输出；由3dB光耦合器将调制后的偏振光与另一路CW2光信号耦合；通过光纤传输后经自由空间光通信装置进入自由空间光通信信道传输；然后进入第二偏振分束器将接收到的信号分成相互正交的两路光信号，两路光信号的光边带分别在光电探测器中发生拍频效应生成毫米波，由标准喇叭天线实现毫米波信号的发送与接收；利用自混频解调对接收到的毫米波信号进行解调通过低通滤波器和3R再生器恢复PAM4信号。2.根据权利要求1所述融合光纤链路和自由空间信道的偏振复用PAM4RoF
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FSO系统，其特征在于：所述光载波源生成装置选用外腔激光器。3.根据权利要求1所述融合光纤链路和自由空间信道的偏振复用PAM4RoF
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FSO系统，其特征在于：所述自由空间光通信装置包括激光信号发射器和激光信号接收器，在激光信号发射器和激光信号接收器上均设置有红外校准器，激光信号发射器将光纤内传输的信号以激光的形式发送，并在自由空间光通信信道中传输，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵宇丰，田青，王安蓉，于妮，杨骐铭，伊林芳，李冲，左仁杰，刘栓凡，袁杰，李彦霖，陈鹏，
申请(专利权)人：重庆三峡学院，
类型：发明
国别省市：