基于本振广播的W波段宽带毫米波全双工接入方法和系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于本振广播的W波段宽带毫米波全双工接入方法和系统。在中心站，N个下行数据产生模块产生N个SSB信号，共用本振产生模块产生W波段光本振，N个SSB信号与光本振波分复用后传输至远端节点。在远端节点解复用后，每路信号重组为光本振与一个SSB信号，实现本振广播。各路信号用SOA进行非线性相互作用产生多个闲频光，将SSB信号中的载波和与其频率间隔为75-110GHz范围内的某一携带信号的闲频光耦合后传输至基站，进行拍频，产生W波段射频电信号。在基站，通过光纤布拉格光栅提取下行链路中的部分载波作为上行信号的载波。调制后的上行信号在远端节点进行波分复用，传至中心站，完成全双工RoF链路。

【技术实现步骤摘要】
基于本振广播的W波段宽带毫米波全双工接入方法和系统
本专利技术涉及光通信和毫米波通信领域，尤其涉及利用基于WDM-PON的RoF技术以及本振广播技术实现W波段毫米波信号的光域处理和通过光纤进行长距离传输的全双工网络体系架构。
技术介绍
近年来，随着通信技术的迅速发展，通信的业务范围不断拓展，人们对通信网的传输容量要求不断提高，这使得传输网向基于光纤的全光交换的波分复用传输方向发展。波分复用无源光网络(WDM-PON)用波长标识用户端0NU，具有协议透明、带宽大、安全、方便部署等优点，是实现40Gb/s甚至更高速率PON光纤接入的有效方案，但有线接入的灵活便捷性受限。无线通信部分或全部的信道采用无线电波作为传输媒质，能够实现用户终端灵活方便的接入，这一优点使无线通信倍受青睐。但目前能够提供无线接入的WiMAX和LTE的理论速率在10Mb/s量级，WiFi的理论速率在100Mb/s量级，点到点微波链路速率也在lOOMb/s量级，无法满足未来宽带通信的需要，而且这些窄带无线通信所用的低频无线电频谱已非常拥挤。相比之下，W波段(75-1 IOGHz )毫米波能够提供35GHz的频谱资源，并且处于大气衰减的窗口，实现40Gb/s甚至100Gb/s的超宽带无线接入相对容易，且有望解决光纤和无线接入的速率失配。RoF技术能够解决高频宽带无线接入的传输损耗和设备带宽受限等问题，有望大幅降低毫米波宽带无线接入的实现难度和成本，使光纤和无线接入网络实现无缝融合。虽然，从原理上讲RoF技术也适用于W波段(75-llOGHz)，但是随着信号带宽的增加和毫米波频率增加到W波段，高频毫米波RoF技术也表现出一些新问题，不能直接将RoF技术推广到W波段。首先是光纤色散的影响更加严重，由光纤色散引起的幅度衰落和脉冲走离更加严重。其次是毫米波产生的问题，虽然通过SSB调制可以克服色散的影响，但是没有速率超过70GHz的直调激光器，外调制所需要的70GHz带宽光调制器和毫米波源还没有商业化。目前报道的毫米波产生的方法主要有两种:(I)通过非线性射频调制的倍频效应产生频率间隔等于所需毫米波频率的两个光波，即双频光载毫米波载波，然后将二者分离，将数据调制在其中一个载波光波上，该方法频漂较小，但是会有明显的相位噪声；(2)两个输出频率间隔等于所需毫米波频率的独立激光器产生这两个光波，在光波合路之前将数据加载到其中一个光波上，该方法虽然简单，但二者频率和相位无关，频漂和相位噪声严重。并且波特率超过lOGb/s的光载毫米波信号，带内色散的影响也需要考虑。其次，随着SSB光载毫米波频率的增加，两光频成分之间的闲置频谱也随之增加，光纤频谱资源的利用效率降低。再次，W波段光载毫米信号转换为电信号的器件都是利用高速的光电探测器，如PIN-PD、UTC-PD, NBUTC-PD，其带宽至少需要大于毫米波频率，光电转换效率尽可能的高。丹麦技术大学1.T.Monroy组、DTU、日本的A.Hirata,台湾J.W.Shi组都对W波段毫米波的产生做了相关研究，但其所用速率大于lOGb/s的高频宽带无线链路的发射机都不是基于单纯电子器件的。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术提供一种基于本振广播的W波段宽带毫米波全双工接入方法和系统。本专利技术提供一种基于本振广播的W波段宽带毫米波全双工接入方法，用于提高光纤链路的频谱利用效率，降低光纤色散引起的数据信号损伤，简化网络结构，实现W波段毫米波超宽带无线接入，其包括:在中心站的下行链路发射模块，包括N个下行信号产生模块以及一个共用光本振产生模块；在下行信号产生模块，以第i路为例，由频率为A的激光器发出光波，入射至铌酸锂马赫-曾德调制器，由携带下行数据信号％的频率为fKFi的本振信号驱动，产生频率为A的中心载波Ci以及承载下行数据信号％的频率为& + fEFi的一阶边带Ai ;在共用光本振产生模块，频率为fu的激光器发出光波，入射至两个级联的铌酸锂马赫-曾德调制器，由频率为L的射频信号驱动其产生频率间隔为SfV2的两个相干边带，即为系统共用的光本振0L0，利用掺饵光纤放大器对其进行功率放大；N路下行SSB信号B1,B2,…，Bi,..., Bn及光本振OLO通过波分复用器合路为下行光信号,通过光纤传输至远端交换节点；在远端交换节点的下行链路处理模块，波分解复用器将波分复用的下行光信号解复用为N路信号，光本振OLO经放大之后由I XN光耦合器分为等功率的N路，重组为每一路均包含SSB信号和光本振OLO的下行信号，利用半导体光放大器的四波混频效应使SSB信号和光本振OLO的各频率成分发生非线性相互作用，以第i路信号为例，产生与SSB光信号载波Ci频率间隔为8f^2+3fKFi的闲频光Xi, Ci与Xi组合成为频率间隔为8f^2+3fKFi的W波段毫米波光信号，通过光纤传输至基站；在基站的下行链路处理模块，各基站中进行光电转换产生射频电信号，以第i路信号为例，光电探测器将由Ci和Xi组成的毫米波光信号转换为频率为8L+3fKFi的W波段毫米波电信号Ri,由天线发射至无线用户端，完成下行信号的传输；在用户端的下行链路接收模块，通过包络检波将天线接收到的毫米波信号解调为基带信号；在用户端的上行链路发射模块，第i个用户发射频率为fEi的W波段毫米波无线信号Ei至基站；在基站的上行链路处理模块，通过包络检波将天线接收的上行毫米波信号解调为基带信号，并通过光调制器调制于光波上，以第i路上行信号为例，将接收到的射频信号Ei通过包络检波下变换为基带信号ei，利用光纤布拉格光栅，将下行链路中的部分光载波Ci环回利用，作为上行信号的载波，利用铌酸锂马赫-曾德调制器将ei加载到Ci上，形成信号Fi,经过光纤传输至远端节点；在远端节点上行链路处理模块，来自N个基站的N路上行光信号F1;F2，...,Fi,...，Fn经由波分复用器复用为上行链路光信号，通过光纤传回中心站；在中心站的上行链路接收模块，一个波分解复用器将上行的N路光信号解复用；各路光信号通过光电探测器下变换为N路上行基带信号e1; e2,...,ei,...,eN ;上述上行链路和下行链路能够实现信号的全双工传输，构成了全双工链路。作为一种优选方法，在中心站的下行链路发射模块:在下行信号产生模块，以第i路为例，由频率为的激光器发出光波，入射至调制电压为2.3V、半波电压为4V的铌酸锂马赫-曾德调制器，由携带下行数据信号％的频率为fKFi的本振信号驱动，使其产生SSB信号Bi,其包括频率为&的中心载波Ci以及承载下行数据信号％的频率为& + fEFi的一阶边带Ai ;加载在一阶边带上的下行信号％可以是不同速率的二进制强度调制信号；在共用光本振产生模块，频率为fu的激光器发出光波，入射至两个偏置于最大偏置点的级联铌酸锂马赫-曾德调制器，由频率为L的射频信号驱动其产生频率间隔为8L的两个相干边带，即为系统共用的光本振OLO ;产生的光本振频率间隔8L在W波段范围内，当利用本振和SSB信号产生W波段毫米波信号时，由于光本振带宽较宽，所以降低了对SSB信号带宽的要求，同时提高了光纤链路的频谱利用效率。作为一种优选方法，在远端交换节点的下行链路处理模块:利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于WDM?PON/本振广播的宽带毫米波信号分布全双工方法，用于实现W波段毫米波超宽带无线接入，利用W波段共用的广播光本振，提高光纤链路的频谱利用效率，降低光纤色散引起的数据信号损伤，简化网络结构，其特征在于，其包括下述步骤：在中心站的下行链路发射模块：包括N个下行信号产生模块以及一个共用光本振产生模块；在下行信号产生模块，以第i路为例，由频率为fi的激光器发出光波，入射至铌酸锂马赫?曾德调制器，由携带下行数据信号ai的频率为fRFi的本振信号驱动，产生频率为fi的中心载波Ci以及承载下行数据信号ai的频率为fi＋fRFi的一阶边带Ai；在共用光本振产生模块，频率为fL1的激光器发出光波，入射至两个级联的铌酸锂马赫?曾德调制器，由频率为fL2的射频信号驱动其产生频率间隔为8fL2的两个相干边带，即为系统共用的光本振OLO，利用掺饵光纤放大器对其进行功率放大；N路下行SSB信号B1，B2，…，Bi，…，BN及光本振OLO通过波分复用器合路为下行光信号，通过光纤传输至远端交换节点；在远端交换节点的下行链路处理模块：波分解复用器将波分复用的下行光信号解复用为N路信号，光本振OLO经放大之后由1×N光耦合器分为等功率的N路，重组为每一路均包含SSB信号和光本振OLO的下行信号，利用半导体光放大器的四波混频效应使SSB信号和光本振OLO的各频率成分发生非线性相互作用，以第i路信号为例，产生与SSB光信号载波Ci频率间隔为8fL2+3fRFi的闲频光Xi，Ci与Xi组合成为频率间隔为8fL2+3fRFi的W波段毫米波光信号，通过光纤传输至基站；在基站的下行链路处理模块：进行光电转换产生射频电信号，以第i路信号为例，光电探测器将由Ci和Xi组成的毫米波光信号转换为频率为8fL2+3fRFi的W 波段毫米波电信号Ri，由天线发射至无线用户端，完成下行信号的传输；在用户端的下行链路接收模块：通过包络检波将天线接收到的毫米波信号解调为基带信号；在用户端的上行链路发射模块：第i个用户发射频率为fEi的W波段毫米波无线信号Ei至基站；在基站的上行链路处理模块：通过包络检波将天线接收的上行毫米波信号解调为基带信号，并通过光调制器调制于光波上，以第i路上行信号为例，将接收到的射频信号Ei通过包络检波下变换为基带信号ei，利用光纤布拉格光栅，将下行链路中的部分光载波Ci环回利用，作为上行信号的载波，利用铌酸锂马赫?曾德调制器将ei加载到Ci上，形成信号Fi，经过光纤传输至远端节点；在远端节点上行链路处理模块：来自N个基站的N路上行光信号F1，F2，...，Fi，...，FN经由波分复用器复用为上行链路光信号，通过光纤传回中心站；在中心站的上行链路接收模块：一个波分解复用器将上行的N路光信号解复用；各路光信号通过光电探测器下变换为N路上行基带信号e1，e2，...，ei，...，eN；上述上行链路和下行链路能够实现信号的全双工传输，构成了全双工链路。...

【技术特征摘要】
1.一种基于WDM-PON/本振广播的宽带毫米波信号分布全双工方法,用于实现W波段毫米波超宽带无线接入，利用W波段共用的广播光本振，提高光纤链路的频谱利用效率，降低光纤色散引起的数据信号损伤，简化网络结构，其特征在于，其包括下述步骤: 在中心站的下行链路发射模块:包括N个下行信号产生模块以及一个共用光本振产生模块；在下行信号产生模块，以第i路为例，由频率为A的激光器发出光波，入射至铌酸锂马赫-曾德调制器，由携带下行数据信号％的频率为fKFi的本振信号驱动，产生频率为A的中心载波Ci以及承载下行数据信号％的频率为& + fEFi的一阶边带Ai ;在共用光本振产生模块，频率为fu的激光器发出光波，入射至两个级联的铌酸锂马赫-曾德调制器，由频率为L的射频信号驱动其产生频率间隔为8L的两个相干边带，即为系统共用的光本振0L0，利用掺饵光纤放大器对其进行功率放大；N路下行SSB信号B1, B2,…，Bi,…，Bn及光本振OLO通过波分复用器合路为下行光信号，通过光纤传输至远端交换节点； 在远端交换节点的下行链路处理模块:波分解复用器将波分复用的下行光信号解复用为N路信号，光本振OLO经放大之后由I XN光耦合器分为等功率的N路，重组为每一路均包含SSB信号和光本振OLO的下行信号，利用半导体光放大器的四波混频效应使SSB信号和光本振OLO的各频率成分发生非线性相互作用，以第i路信号为例，产生与SSB光信号载波Ci频率间隔为8f^2+3fKFi的闲频光Xi, Ci与Xi组合成为频率间隔为8f^2+3fKFi的W波段毫米波光信号，通过光纤传输至基站； 在基站的下行链路处理模块:进行光电转换产生射频电信号，以第i路信号为例，光电探测器将由Ci和Xi组成的毫米波光信号转换为频率为8L+3fKFi的W波段毫米波电信号Ri,由天线发射至无线用户端，完成下行信号的传输； 在用户端的下行链路接收模块:通过包络检波将天线接收到的毫米波信号解调为基带信号;` 在用户端的上行链路发射模块:第i个用户发射频率为fEi的W波段毫米波无线信号Ei至基站； 在基站的上行链路处理模块:通过包络检波将天线接收的上行毫米波信号解调为基带信号，并通过光调制器调制于光波上，以第i路上行信号为例，将接收到的射频信号Ei通过包络检波下变换为基带信号ei，利用光纤布拉格光栅，将下行链路中的部分光载波Ci环回利用，作为上行信号的载波，利用铌酸锂马赫-曾德调制器将ei加载到Ci上，形成信号Fi,经过光纤传输至远端节点； 在远端节点上行链路处理模块:来自N个基站的N路上行光信号F1, F2,...，Fi,...，Fn经由波分复用器复用为上行链路光信号，通过光纤传回中心站； 在中心站的上行链路接收模块:一个波分解复用器将上行的N路光信号解复用；各路光信号通过光电探测器下变换为N路上行基带信号e1; e2,..., ei；..., eN ； 上述上行链路和下行链路能够实现信号的全双工传输，构成了全双工链路。2.根据权利要求1所述方法，在中心站的下行链路发射模块，其特征在于: 在下行信号产生模块，以第i路为例，由频率为A的激光器发出光波，入射至铌酸锂马赫-曾德调制器，由携带下行数据信号％的频率为fKFi的本振信号驱动，使其产生SSB信号Bi,其包括频率为A的中心载波Ci以及承载下行数据信号％的频率为& + fEFi的一阶边带Ai ;加载在一阶边带上的下行信号％可以是不同速率的二进制强度调制信号；在共用光本振产生模块，频率为fu的激光器发出光波，入射至两个偏置于最大偏置点的级联铌酸锂马赫-曾德调制器，由频率为L的射频信号驱动其产生频率间隔为Sf^2的两个相干边带，即为系统共用的光本振0L0，利用掺饵光纤放大器对其进行功率放大；产生的光本振频率间隔8L在W波段范围内，当利用本振和SSB信号产生W波段毫米波信号时，由于光本振带宽较宽，所以降低了对SSB信号带宽的要求，同时提高了光纤链路的频谱利用效率。3.根据权利要求1所述方法，在远端交换节点的下行链路处理模块，其特征在于: 波分解复用器将波分复用的下行光信号解复用为N路信号，光本振OLO由I X N光耦合器分为等功率的N路，重组为每一路均包含SSB信号和光本振OLO的下行信号，利用半导体光放大器的四波混频效应，以光本振OLO作为泵浦光,SSB信号作为信号光,使信号光和OLO的各频率成分发生非线性相互作用；以第i路为例，OLO和Bi入射至半导体光放大器，经过四波混频非线性相互作用后，输出多组载波频率间隔为8L的SSB闲频光信号以及频率间隔为fKFi的闲频光信号，各闲频光均携带信号％ ;我们选取与信号光Bi中的载波Ci频率间隔为8f^2+3fKFi的闲频光Xi, Xi与Ci组合成为射频光信号，其频率处于W波段范围内；由于Ci并不携带信号，只有Xi载有信号，所以该下行信号受光纤色散的影响较小；另外，每一路下行信号中所用光本振OLO通过广播获得。4.根据权利要求1所述方法，在基站的下行链路处理模块，其特征在于: ...

【专利技术属性】
技术研发人员：马健新，李艳杰，刘雯，王照，张瑞娇，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：