基于光生矢量毫米波和光載波重用的全雙工光載無(wú)線結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光載無(wú)線通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全雙工光載無(wú)線結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]光載無(wú)線(Rad1-over-Fiber，縮寫為RoF)技術(shù)具有大帶寬、高移動(dòng)性和低傳輸損耗等諸多優(yōu)勢(shì)，有望應(yīng)用在未來的寬帶無(wú)線通信中。簡(jiǎn)單而成本高效的光生毫米波技術(shù)是推進(jìn)光載無(wú)線系統(tǒng)商用化的關(guān)鍵技術(shù)之一。外部光調(diào)制技術(shù)作為廣泛應(yīng)用的光生毫米波技術(shù)的一種，可以為光載無(wú)線系統(tǒng)提供高穩(wěn)定度高純度的毫米波載波。并且，基于外部光調(diào)制的光倍頻技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高頻率高純度毫米波生成的同時(shí)有效降低了對(duì)發(fā)送端電器件和光器件的帶寬要求。與此同時(shí)，在光載無(wú)線系統(tǒng)中引入先進(jìn)的矢量信號(hào)調(diào)制能夠顯著改善設(shè)備帶寬效率和系統(tǒng)頻譜效率，從而有效地解決頻譜資源不足的迫切問題，并大大地增加無(wú)線傳輸速率。科研界已經(jīng)提出并證實(shí)了基于光倍頻技術(shù)和預(yù)編碼技術(shù)的光生矢量毫米波方案[X.Li, J.Yu, J.Zhang, J.Xiao, Z.Zhang, Y.Xu, and L.Chen, “QAM vectorsignal generat1n by optical carrier suppress1n and precoding techniques,，，IEEE Photonics Technology Letters 27(18), 1977-1980 (2015)】，【Y.Wang, Y.Xu,X.Li, J.Yu, and N.Chi, “Balanced precoding technique for vector signalgenerat1n based on 0CS，，， IEEE Photonics Technology Letters 27(13)， 2469-2472(2015)】。此方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本高效等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]另一方面，為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化基站的結(jié)構(gòu)，科研界已經(jīng)提出了基站光載波重用技術(shù)(亦或中央局集中式光源技術(shù))，其利用來自中央局的光載波攜帶并傳輸上行數(shù)據(jù)，從而避免了基站內(nèi)額外激光器的使用【J.Yu, Z.Jia, T.Wang, and G.K.Chang, “a novelRad1-over-Fiber configurat1n using optical phase modulator to generate anoptical mm-wave and centralized lightwave for uplink connect1n,” IEEEPhotonics Technology Letters 19(3), 140-142 (2007)】。因此，光載無(wú)線系統(tǒng)中，光生矢量毫米波技術(shù)和光載波重用技術(shù)的結(jié)合將有效地簡(jiǎn)化整體系統(tǒng)架構(gòu)，提升系統(tǒng)頻譜利用率和傳輸速率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種執(zhí)行簡(jiǎn)易、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻譜高效的基于光生矢量毫米波和光載波重用的全雙工光載無(wú)線架構(gòu)。
[0005]本發(fā)明提供的基于光生矢量毫米波和光載波重用的全雙工光載無(wú)線架構(gòu)，下行鏈路中采用基于一個(gè)單驅(qū)動(dòng)光調(diào)制器和發(fā)送端預(yù)編碼的光生矢量毫米波方案，在實(shí)現(xiàn)光纖和無(wú)線無(wú)縫融合的同時(shí)，可以生成高頻譜效率高穩(wěn)定度的矢量毫米波信號(hào)用以攜帶下行數(shù)據(jù)，并且下行鏈路用單驅(qū)動(dòng)光調(diào)制器同時(shí)提供用于生成矢量毫米波信號(hào)的兩條一階子載波和用于攜帶上行數(shù)據(jù)的中心光載波;上行鏈路中采用光載波重用方案，利用下行鏈路用單驅(qū)動(dòng)光調(diào)制器產(chǎn)生的中心光載波攜帶上行數(shù)據(jù)，避免了基站中額外激光器的使用，簡(jiǎn)化基站結(jié)構(gòu)的同時(shí)還充分利用了所有的光功率。
[0006]本發(fā)明提供的基于光生矢量毫米波和光載波重用的全雙工光載無(wú)線結(jié)構(gòu)，包括:用于全雙工通信的中央局、基站以及連接中央局和基站的光纖鏈路;其中:
所述中央局包括:
一個(gè)發(fā)送端離線數(shù)字信號(hào)處理模塊，用于對(duì)下行數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量調(diào)制、預(yù)編碼和數(shù)字上變頻等處理；
一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器模塊，用于執(zhí)行對(duì)攜帶下行數(shù)據(jù)的預(yù)編碼射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換； 一個(gè)單模激光器，用于產(chǎn)生單模連續(xù)波長(zhǎng)光載波；
一個(gè)直流偏置電壓源，用于為下行鏈路用單驅(qū)動(dòng)光調(diào)制器提供偏置電壓；
一個(gè)下行鏈路用單驅(qū)動(dòng)光調(diào)制器，用于將攜帶下行數(shù)據(jù)的預(yù)編碼射頻驅(qū)動(dòng)電信號(hào)調(diào)制到激光器輸出的光載波上，以提供一條大功率的中心光載波和兩條相對(duì)小功率的一階子載波，兩條一階子載波的頻率間隔為射頻驅(qū)動(dòng)頻率的兩倍。所述光調(diào)制器可以采用馬赫增德爾型強(qiáng)度調(diào)制器、相位調(diào)制器、直接調(diào)制激光器或電吸收調(diào)制器等。當(dāng)采用相位調(diào)制器時(shí)可以移除上述直流偏置電壓源，當(dāng)采用直接調(diào)制激光器時(shí)可以移除上述單模激光器；
一個(gè)光接收機(jī)，用于接收和處理攜帶上行數(shù)據(jù)的光信號(hào)，從中恢復(fù)出上行數(shù)據(jù)。
[0007]所述光纖鏈路包括:
一個(gè)下行光纖鏈路，用于傳輸攜帶下行數(shù)據(jù)的光信號(hào)；
一個(gè)上行光纖鏈路，用于傳輸攜帶上行數(shù)據(jù)的光信號(hào)。上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)可以采用相同的光纖鏈路進(jìn)行傳輸，也可以為了避免串?dāng)_采用不同的光纖鏈路進(jìn)行傳輸；
所述基站包括:
一個(gè)光濾波器，用于實(shí)現(xiàn)中心光載波和兩條一階子載波的分離。所述光濾波器可以采用光交織器、波長(zhǎng)選擇開關(guān)、波分復(fù)用解復(fù)用器或光纖布拉格光柵等；
一個(gè)單端光電二極管，用于實(shí)現(xiàn)兩條一階子載波的外差拍頻，以生成載波頻率為射頻驅(qū)動(dòng)頻率兩倍的攜帶有下行數(shù)據(jù)的常規(guī)矢量毫米波信號(hào)；
一個(gè)雙工器，用于實(shí)現(xiàn)下行數(shù)據(jù)和上行數(shù)據(jù)的分離；
一個(gè)基站天線，用于發(fā)送攜帶有下行數(shù)據(jù)的矢量毫米波信號(hào)和接收攜帶有上行數(shù)據(jù)的無(wú)線射頻信號(hào)；
一個(gè)混頻器，用于實(shí)現(xiàn)攜帶上行數(shù)據(jù)的無(wú)線射頻信號(hào)到基帶的下變頻；
一個(gè)上行鏈路用單驅(qū)動(dòng)馬赫增德爾型強(qiáng)度調(diào)制器，用于將下變頻后的上行數(shù)據(jù)調(diào)制到來自中央局的中心光載波上。
[0008]本發(fā)明提供的基于光生矢量毫米波和光載波重用的全雙工光載無(wú)線結(jié)構(gòu)，其工作流程為:
對(duì)于用于下行通信的中央局部分，發(fā)送端離線數(shù)字信號(hào)處理模塊完成對(duì)下行數(shù)據(jù)的矢量調(diào)制、預(yù)編碼和數(shù)字上變頻等處理，以生成攜帶下行數(shù)據(jù)的預(yù)編碼射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，然后該射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器模塊執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過下行鏈路用單驅(qū)動(dòng)光調(diào)制器調(diào)制單模連續(xù)波長(zhǎng)光載波，該下行鏈路通過單驅(qū)動(dòng)光調(diào)制器的輸出是一條大功率的中心光載波和兩條相對(duì)小功率的頻率間隔為射頻驅(qū)動(dòng)頻率兩倍的一階子載波；中央局生成的攜帶下行數(shù)據(jù)的光信號(hào)經(jīng)由下行光纖鏈路傳輸?shù)交?在基站內(nèi)，光濾波器將來自中央局的中心光載波和兩條一階子載波分離開來，兩條一階子載波經(jīng)過單端光電二極管外差拍頻后可以生成載波頻率為射頻驅(qū)動(dòng)頻率兩倍的攜帶有下行數(shù)據(jù)的常規(guī)矢量毫米波信號(hào)，其隨后經(jīng)過基站天線被送入自由空間中；同樣在基站內(nèi)，經(jīng)由基站天線接收的攜帶上行數(shù)據(jù)的無(wú)線射頻信號(hào)首先通過混頻器被下變頻至基帶，然后經(jīng)過上行鏈路用光調(diào)制器調(diào)制來自中央局的中心光載波，和基站天線相連的一個(gè)雙工器用于實(shí)現(xiàn)下行數(shù)據(jù)和上行數(shù)據(jù)的分離;基站生成的攜帶上行數(shù)據(jù)的光信號(hào)經(jīng)由上行光纖鏈路傳輸?shù)街醒刖郑?br> 對(duì)于用于上行通信的中央局部分，光接收機(jī)用于接收和處理攜帶上行數(shù)據(jù)的光信號(hào)，以從中恢復(fù)出上行數(shù)據(jù)。
[0009]本發(fā)明中，下行數(shù)據(jù)采用的矢量調(diào)制格式可以為正交相移鍵控(QuadraturePhase Shift Keying,縮寫為QPSK)、8階正交幅度調(diào)制(8_ary Quadrature AmplitudeModulat1n ,縮寫為 8QAM)、16 階正交幅度調(diào)制(16-ary Quadrature AmplitudeModulat1n,縮寫為 16QAM)等等。
[0010]本發(fā)明中，下行數(shù)據(jù)可以采用不平衡式預(yù)編碼方案，詳見【X.Li, J.Yu, J.Zhang, J.Xiao, Z.Zhang, Y.Xu, and L.Chen, “QAM vector signal generat1nby optical carrier suppress1n and precoding techniques,，，IEEE PhotonicsTechnology Letters 27(18)，1977-1980 (2015)】，也可以采用平衡式預(yù)編碼方案，詳見【Y.Wang, Y.Xu, X.Li, J.Yu, and N.Chi, “Balanced precoding technique forvector signal generat1n based on 0CS，，， IEEE Photonics Technology Letters 27(13)， 2469-2472 (2015)】。
[0011]本發(fā)明在下行鏈路中采用光生矢量毫米波方案，簡(jiǎn)化了中央局結(jié)構(gòu)的同時(shí)還提升了下行數(shù)據(jù)的頻譜利用率;在上行鏈路中采用光載波重用方案，簡(jiǎn)化了基站結(jié)構(gòu)的同時(shí)還充分利用了所有的光功率。本發(fā)明提出的基于光生矢量毫米波和光載波重用的全雙工光載無(wú)線架構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本高效、執(zhí)行簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)。將其應(yīng)用于光載無(wú)線通信系統(tǒng)中，可以簡(jiǎn)化光載無(wú)線通信系統(tǒng)架構(gòu)，降低光載無(wú)線通信系統(tǒng)成本，適合于U、V、W等多種不同頻段的光載無(wú)線通信系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明提出的基于光生矢量毫米波和光載波重用的全雙工光載無(wú)線架構(gòu)示意圖。