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1、(10)申请公布号 CN 103095377 A (43)申请公布日 2013.05.08 CN 103095377 A *CN103095377A* (21)申请号 201210595520.2 (22)申请日 2012.12.21 H04B 10/50(2013.01) (71)申请人 聊城大学 地址 252059 山东省聊城市文化路 34 号 (72)发明人 郑宏军 刘山亮 胡卫生 黎昕 (54) 发明名称 一种 40GHz、 10Gbit/s 高速率光毫米波产生 新方法与装置 (57) 摘要 在光毫米波高速率需求日益迫切情况下， 针 对光毫米波产生中的相位噪声抑制和数据较低速 率问题，。
2、 本发明提出了一种 40GHz、 10Gbit/s 高速 率光毫米波产生新方法与装置， 采用高速率、 光学 外差式光毫米波产生子系统解决光毫米波噪声问 题和数据较低速率问题。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103095377 A CN 103095377 A *CN103095377A* 1/1 页 2 1. 一种 40GHz、 10Gbit/s 高速率光毫米波产生新方法 ： 安捷伦误码仪 81250 输出 10Gbit/s 高。
3、速率数据信号， 经一个 40G 高速宽带调制器去调制窄线宽 DFB 激光器产生的激 光， 从而产生高速率宽带调制光谱， 该光谱经分路器分路， 其中一路光谱经滤波器滤出时钟 多倍频光谱， 滤出的时钟多倍频光谱经光放大后与另一路高速率宽带调制光经合路器合路 得到所需的高速率光毫米波。 时钟多倍频光谱中心波长与高速率宽带调制光中心波长的差 值是所需毫米波的频率。 2.根据权利要求1所述方法的装置， 其特征在于 ： 安捷伦43Gbit/s误码仪81250(1)的 码型产生部 E4868 输出的 10Gbit/s 高速率 NRZ 伪随机脉冲序列作数据信号 ( 数据中包含 时钟 ； SDH 数据包含时钟使。
4、得本研究方案具有非常重要意义 )， 经一个 40G 高速宽带调制器 (2) 去调制窄线宽 DFB 激光器 (3) 产生的激光 (OOK 格式 )， 从而产生光谱仪 AQ6319 所扫描 光谱(图中光谱是10Gbit/s高速率数据调制后的光谱)， 该光谱经分路器(4)分路， 其中一 路光谱经滤波器 (5) 滤出时钟多倍频光谱， 滤出的时钟多倍频光谱经光放大 (6) 后与另一 路高速率宽带调制光(7)经合路器(8)合路得到所需的高速率光毫米波(9)。 高速率光毫米 波经测量仪器(10)进行光毫米波的各种参量的测量分析， 如误码仪81250用于光毫米波的 码型产生与误码检测， 电谱仪E4440A用于。
5、光毫米波的电谱性能检测， 光谱仪AQ6319用于光 毫米波的光谱性能检测， 示波器 DSA8300 用于光毫米波的数据眼图、 噪声抖动等， SHG-FROG 脉冲分析仪用于光毫米波脉冲波形、 相位等信息测量。 3. 根据权利要求 2 所述装置， 其特征在于 ： 采用同一个 DFB 激光光源产生光毫米波， 可 有效抑制相位噪声 ； 采用的 DFB 激光具有窄线宽、 高消光比特性， 可有效抑制强度噪声 ； 采 用误码仪 81250 输出的 10Gbit/s 高速率数据通过一个宽带调制器去调制 DFB 光源可提高 数据速率。 4. 本专利方法与装置可作为探索研究选择不同多倍频时钟光谱所形成的高比特率。
6、光 毫米波情况(如20GHz-60GHz)、 探索研究选择不同调制速率5Gbit/s-40Gbit/s所形成的高 比特率光毫米波情况的重要参考。 权 利 要 求 书 CN 103095377 A 2 1/4 页 3 一种 40GHz、 10Gbit/s 高速率光毫米波产生新方法与装置 所属技术领域 0001 本发明涉及一种 40GHz、 10Gbit/s 高速率光毫米波产生新方法与装置， 可应用于 微波光子学、 光纤通信、 无线光纤接入、 光纤光学等领域。 背景技术 0002 近年来， 移动话务、 宽带流媒体等各种无线业务不断剧增， 高速率大容量无线通信 需求日益增加。为了实现无线宽带通信， 。
7、必然要提高其工作频率。然而， 目前国内外的大多 数无线业务都集中在 3GHz 以下， 并且现有的低频段频率资源几乎都已经被占用， 对于 3GHz 以上的频率资源一般较少应用到商用系统， 特别是 24GHz 和 60GHz 频段的两个大气传输高 损耗窗口大多应用于实验研究， 商用较少。如果能充分利用这一频段窗口商用通信， 不但 能充分利用现有频谱资源， 而且还可以实现超宽带的无线接入。但是， 随着无线宽带通信 工作频率的提高， 高层建筑物、 高山、 森林等复杂地理环境对电磁波的反射和屏蔽作用以及 大气中由于吸收和反射引起的损耗等逐渐增加， 并使得无线宽带网络的组网变得复杂。为 解决上述问题， 将。
8、光纤通信技术和高频无线接入融合起来的光毫米波产生与传输通信技术 Radio-over-Fiber(RoF)应需而生。 目前， 光毫米波产生与传输技术作为一种新兴发展起来 的通信技术已经成为实现超宽带接入的研究热点。 0003 光毫米波的产生是实现高性能传输的重要技术。光毫米波的产生有多种方法， 可以通过直接调制技术 1 Hong Wen， Lin Chen， Cheng Huang and Shuangchun Wen， A full-duplexradio-over-fiber system using direct modulation laser to generate optical 。
9、millimeter-wave andwavelength reuse for uplink connection， Optics Communications， 2008， 281(8) ： 2083-2088、基 于 单 边 带 2 W.H.Chen， and W.I.Way， “Multichannel Single-Sideband SCM/DWDM TransmissionSystem， ” J.Lightwave Technol.22， 1679-1693(2004) ； 3 C.Wu and X.Zhang，“Impact ofNonlinear Distortion in Ra。
10、dio Over Fiber Systems with Single-Sideband and TandemSingle-Sideband Subcarrier Modulations， ” J.Lightwave Technol.24， 2076-2090(2006)、双 边 带 4 Ming-Fang Huang， Jianjun Yu， Zhensheng Jia， and Gee-Kung Chang， Simultaneous Generationof Centralized Lightwaves and Double/Single Sideband Optical Millimet。
11、er-Wave Requiring OnlyLow-Frequency Local Oscillator Signals for Radio-Over-Fiber Systems， J.Lightwave Technol.26， 2653-2662(2008)、 光载波抑 制 5 J.Yu， Z.Jia， L.Yi， G.K.Chang， and T.Wang，“Opticalmillimeter wave generation or up-conversion using external modulators， ” IEEE Photon.Technol.Lett.18， 265-267(。
12、2006) ； 6 C.Lim， M.Attygalle， A.Nirmalathas， D.Novak， and R.Waterhouse， “Analysis of Optical Carrier-to-Sideband Ratio for Improving Transmission Performance inFiber-Radio Links， ” IEEE T Microw Theory， 54， 2181-2187(2006) ； 7Qingjiang Chang， Tong Ye， and Yikai Su， Generation of optical carrier supp。
13、ressed-differential phase shift keying(OCS-DPSK)format using one 说 明 书 CN 103095377 A 3 2/4 页 4 dual-parallel Mach-Zehnder modulator in radio over fiber systems， Opt. Express16， 10421-10426(2008) 等外调制技术、 光外差技术 8 R.P.Braun， G.Grosskopf， D.Rohde and F.Schmidt，“Optical millimetre-wave generation and tr。
14、ansmission experiments for mobile 60GHzband communications” ， Electronics Letters， 32(7) ： 626-628(1996) ； 9 Toshiaki Kuri and Ken-ichiKitayama， Optical Heterodyne Detection Technique for Densely MultiplexedMillimeter-Wave-Band Radio-on-Fiber Systems， J.Lightwave Technol.21， 3167-(2003) 等来实现。然而， 直接调。
15、制一般适用 于短距离、 低频系统 10 Jianxin Ma， Jianjun Yu， Chongxiu Yu， Zhensheng Ji， Gee-Kung Chang， Xinzhu Sang.The influence of fiber dispersion on the code formof the optical mm-wave signal generated by single sideband intensity-modulation. OpticsCommunications 271(2007)396-403， 外调制的双边带方式易引起信号的色散所致 衰落效应、 单边带和光。
16、载波抑制方式易引起信号时域走离 11 Jianxin Ma， Jianjun Yu， Chongxiu Yu， Xiangjun Xin， Qi Zhang.Transmission performance of the optical mm-wave generated bydouble-sideband intensity-modulation.Optics Communications 280(2007)317-326 ； 12 Jianxin Ma， Chongxiu Yu， Zhen Zhou， Jianjun Yu.Optical mm-wave generation by usi。
17、ng external modulatorbased on optical carrier suppression.Optics Communications 268(2006)51-57。光外差技术是一种较有效的高 频光毫米波产生技术， 但通常具有较高的相位噪声 ； 为了减小和消除相位噪声， 光外差技术 的应用中不得不引入一些复杂的子系统， 如在中心站和基站较长跨距之间加入了复杂的自 动频率控制 AFC 子系统 8、 相位噪声消除电路 9 等。 0004 鉴于光毫米波系统对器件性能参量、 光纤参量等要求苛刻， 目前光毫米波产生 实验技术中， 大多采用数据较低速率情况， 如载波抑制的 OOK 。
18、格式光毫米波信号 40GHz、 2.5Gbit/s13 黄诚， 陈林， 余建军， 文双春， 采用单个相位调制器产生毫米波， 中国激光， 2008， 35(1) ： 73-4， OOK 光毫米波信号 40GHz、 2.5Gbit/s14 文鸿， 陈林， 皮雅稚， 余建 军， 文双春， 基于相位调制器产生光毫米波的全双工光纤无线通信系统， 中国激光， 2007， 34(7) ： 73-4， OOK 格式光毫米波信号 56GHz、 2.8Gbit/s15 张明， 余建国， 曹子峥， 陈林， 基于相位调制器倍频技术产生 56GHz 毫米波的光载无线通信系统， 光电子 . 激光， 2010， 21(4)。
19、 ： 547-550， 光载 OFDM 毫米波信号 40GHz、 2.5Gbit/s16 夏敏敏， 董泽， 曹子峥， 张 益民， 陈林， 光相位调制器和光强度调制器产生 40GHz 光载 OFDM 毫米波信号的传输性能 比 较， 光 学 学 报， 2010， 30(6) ： 1586-6， DPSK 光 毫 米 波 20GHz、 1.25Gbit/s17Q.Chang， T.Ye， and Y.Su， Generation of optical carriersuppressed-differential phase shift keying(OCS-DPSK)format using one。
20、 dual-parallelMach-Zehnder modulator in radio over fiber systems， Opt.Express 16， 10421-10426(2008)， OFDM 光 毫 米 波 19GHz、 4Gbit/s18 C.Lin， Y.Lin， J.(J.)Chen， S.Dai， P.T.Shih， P.Peng， and S.Chi， Optical direct-detection OFDM signal generation for radio-over-fiber link using frequencydoubling scheme wi。
21、th carrier suppression， Opt.Express 16， 6056-6063(2008)， QPSK 光 毫 米 波 60GHz、 3Gbit/s19 Anthony Ng oma， Davide Fortusini， Devang Parekh， Weijian Yang， MichaelSauer， Seldon Benjamin， Werner Hofmann， Markus C.Amann， and Connie J.Chang-Hasnain， Performance of a Multi-Gb/ 说 明 书 CN 103095377 A 4 3/4 页 5 s。
22、 60GHz Radio Over Fiber System Employing a Directly ModulatedOptically Injection-Locked VCSEL， J.Lightwave Technol.28， 2436-2444(2010)， ASK 光毫米波 60GHz、 2Gbit/s19。然而， 我国幅员辽阔、 人口众多， 信息通信需求迅猛增长， 高速率光毫 米波产生的需求变得日益迫切。 0005 由此可见， 探索光毫米波产生新方法是光毫米波产生研究的重中之重， 创新性地 解决相位噪声抑制和数据较低速率问题是光毫米波产生中的关键所在。 0006 专利申请内容 。
23、0007 在光毫米波高速率需求日益迫切情况下， 针对光毫米波产生中的相位噪声抑制和 数据较低速率问题， 本发明提出了一种 40GHz、 10Gbit/s 高速率光毫米波产生新方法与装 置， 拟采用高速率、 光学外差式光毫米波产生子系统解决光毫米波噪声问题和数据较低速 率问题。 0008 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 ： 0009 本发明提出了一种 40GHz、 10Gbit/s 高速率光毫米波产生新方法与装置， 拟采用 的技术方案 ： 安捷伦 43Gbit/s 误码仪 81250 的码型产生部 E4868 输出的 10Gbit/s 高速率 NRZ伪随机脉冲序列作数据信号(数据中包含时。
24、钟 ； SDH数据包含时钟使得本研究方案具有 非常重要意义 )， 经一个 40G 高速宽带调制器去调制窄线宽 DFB 激光器产生的激光， 从而产 生高速率宽带调制光谱， 该光谱经分路器分路， 其中一路光谱经滤波器滤出时钟多倍频光 谱， 滤出的时钟多倍频光谱经光放大后与另一路高速率宽带调制光经合路器合路得到所需 的高速率光毫米波。 0010 本发明的有益效果是 ： 0011 本发明一种 40GHz、 10Gbit/s 高速率光毫米波产生新方法与装置 ； 因采用同一个 DFB 激光光源产生光毫米波， 有效抑制了相位噪声 ； 采用的 DFB 激光具有窄线宽、 高消光比 特性， 有效抑制了强度噪声 ；。
25、 采用误码仪 81250 输出的 10Gbit/s 高速率数据通过一个宽带 调制器去调制 DFB 光源提高了数据速率。与采用射频和基带信号分别调制相位和强度两种 调制器的产生方法及文献 8-9 相比， 本发明光毫米波产生方案新颖、 简单可行， 高速率数 据、 有效抑制噪声。 本发明为微波光子学、 光纤通信、 无线光纤接入、 光纤光学等领域进一步 深入研究提供了支持。 附图说明 0012 本发明提出了一种 40GHz、 10Gbit/s 高速率光毫米波产生新方法与装置， 拟采用 图 1 所示的技术方案抑制光毫米波产生中的噪声、 提高数据速率。图 1 中， 1 是高速率误 码仪 81250， 2 。
26、是 40G 高速宽带调制器， 3 是窄线宽 DFB 激光器， 4 是分路器 50 50， 5 是滤 波器 ( 滤时钟多倍频光 )， 6 是光放大器， 7 是高速宽带调制光， 8 是合路器 50 50， 9 是 所需光毫米波， 10 是测量仪器 ( 如误码仪 81250、 电谱仪 E4440A、 光谱仪 AQ6319、 示波器 DSA8300、 SHG-FROG 脉冲分析仪等等 ； 用于光毫米波的各种参量的测量分析 )， 图中 11 是光 谱仪 AQ6319 扫描 10Gbit/s 高速率数据调制后的光谱。 0013 图 2 所示是 10Gbit/s 高速率数据调制光谱前置放大后用示波器 DSA。
27、8300 测得的 眼图。 由图2可得， 信号质量好， 其消光比9.31dB， 方均根噪声121.47W， 信噪比为31.02， 方均根抖动为 1.409ps。 说 明 书 CN 103095377 A 5 4/4 页 6 具体实施方式 0014 下面结合附图和实施对本发明进一步说明。 0015 图1所示， 安捷伦43Gbit/s误码仪81250(1)的码型产生部E4868输出的10Gbit/ s 高速率 NRZ 伪随机脉冲序列作数据信号 ( 数据中包含时钟 ； SDH 数据包含时钟使得本研 究方案具有非常重要意义 )， 经一个 40G 高速宽带调制器 (2) 去调制窄线宽 DFB 激光器 (3。
28、) 产生的激光 (OOK 格式 )， 从而产生图中 (11) 所示的光谱仪扫描光谱 ( 图中光谱是 10Gbit/ s 高速率数据调制后的光谱 )， 该光谱经分路器 (4) 分路， 其中一路光谱经滤波器 (5) 滤出 时钟多倍频光谱 (40GHz)， 滤出的时钟多倍频光谱经光放大 (6) 后与另一路高速率宽带调 制光 (7) 经合路器 (8) 合路得到所需的高速率光毫米波 (9)。高速率光毫米波经测量仪器 (10) 进行光毫米波的各种参量的测量分析， 如误码仪 81250 用于光毫米波的码型产生与误 码检测， 电谱仪E4440A用于光毫米波的电谱性能检测， 光谱仪AQ6319用于光毫米波的光谱。
29、 性能检测， 示波器 DSA8300 用于光毫米波的数据眼图、 噪声抖动等， SHG-FROG 脉冲分析仪用 于光毫米波脉冲波形、 相位等信息测量。 0016 时钟多倍频光谱中心波长与高速率宽带调制光中心波长的差值是所需毫米波的 频率， 图中 (11) 可见， 10Gbit/s 高速率调制后的光谱包含着 10GHz 时钟的多倍频时钟光谱 ( 图中标出了 40GHz)， 由此可以探索研究高速率光毫米波情况。图 2 所示是 10Gbit/s 高速 率数据调制光谱 (7) 前置放大后用示波器 DSA8300 测得的眼图。由图 2 可得， 信号质量好， 其消光比 9.31dB， 方均根噪声 121.4。
30、7W， 信噪比为 31.02， 方均根抖动为 1.409ps。 0017 采用同一个 DFB 激光光源产生光毫米波， 可有效抑制相位噪声 ； 采用的 DFB 激光 具有窄线宽、 高消光比特性， 可有效抑制强度噪声 ； 采用误码仪 81250 输出的 10Gbit/s 高 速率数据通过一个宽带调制器去调制 DFB 光源可提高数据速率。与采用射频和基带信号分 别调制相位和强度两种调制器的产生方法及文献 8-9 相比， 本发明光毫米波产生方案新 颖、 简单可行， 高速率数据、 有效抑制噪声。本专利方法与装置可作为探索研究选择不同多 倍频时钟光谱所形成的高比特率光毫米波情况 (20GHz-60GHz)、 探索研究选择不同调制速 率 5Gbit/s-40Gbit/s 所形成的高比特率光毫米波情况的重要参考。可应用于微波光子学、 光纤通信、 无线光纤接入、 光纤光学等领域。 说 明 书 CN 103095377 A 6 1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103095377 A 7 。