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1、(10)申请公布号 CN 103516429 A (43)申请公布日 2014.01.15 CN 103516429 A (21)申请号 201310418077.6 (22)申请日 2013.09.13 H04B 10/2513(2013.01) H04B 10/2575(2013.01) (71)申请人 北京邮电大学 地址 100876 北京市海淀区西土城路 10 号 (72)发明人 马健新 李艳杰 刘雯 王照 张瑞娇 (74)专利代理机构 北京市广友专利事务所有限 责任公司 11237 代理人 张仲波 (54) 发明名称 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 (57)。
2、 摘要 本发明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。
3、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。 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 6 页 附图 3 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3页 说明书6页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103516429 A CN 103516429 A 1/3 页 2 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，。
4、 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，。
5、 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 1N 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+3f。
6、RFi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。
7、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 。
8、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 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， 使其产生SSB信号 Bi， 其包括频率为 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； 加载在一阶边带上的下行信。
9、号 ai可以是不同速率的二进制强度调制信号 ； 权 利 要 求 书 CN 103516429 A 2 2/3 页 3 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 ； 产生的 光本振频率间隔 8fL2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。
10、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 1N 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 8fL2的 SSB 闲频光信号以及频率间 隔为 fRFi的闲频光信号， 各闲。
11、频光均携带信号 ai； 我们选取与信号光 Bi中的载波 Ci频率间 隔为 8fL2+3fRFi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 ： 以第 i 路信号为例， 由 Ci和 Xi组成的射频光信号入射至光纤布拉格光栅， 通过适当调 节其反射系数， 使 Ci的一半光功率由光纤布拉格光栅的反射口输出， 其将作为上行信号的 载波 ； C。
12、i的另一半光功率以及 Xi由光纤布拉格光栅的透射口输出， 利用光电探测器转换为 电信号， 通过带通滤波器将拍频产生的频率为 8fL2+3fRFi的 W 波段射频信号 Ri滤出， 由天线 发射至无线用户端， 完成下行信号的传输 ； 由于每个基站对于下行链路只需要将传来的光 信号进行光电转换、 带通滤波以及由天线发射， 简化了基站的结构。 5. 根据权利要求 1 所述方法， 在基站的上行链路处理模块， 其特征在于 ： 以第 i 路信号为例， 基站通过包络检波将接收到的射频信号 Ei转换为基带电信号 ei； 利用光纤布拉格光栅， 适当调节其反射系数， 提取下行链路中载波 Ci的一半光功率， 作为上 。
13、行信号的载波 ； 利用铌酸锂马赫 - 曾德调制器将 ei加载到提取的 Ci上， 形成信号 Fi； 由于 上行链路光载波可直接从下行链路中提取， 基站无需额外光源， 实现了基站无光源化， 简化 了基站结构和功能， 降低了功耗、 节省了成本。 6.根据权利要求1所述方法， 在用于广播W波段光本振以及传输上、 下行基带和中频光 信号的全双工波长信道， 其特征在于 ： 上行链路和下行链路的光信号均由标准单模光纤传输， 有两根独立的单模光纤构成， 上行、 下行信号分别在上行、 下行链路光纤中传输。 7. 一个基于 WDM-PON/ 本振广播的宽带毫米波信号分布全双工系统， 其特征在于， 其包 括 ： 一。
14、个中心站， 一个远端交换节点， N 个基站， N 个用户端， 用于广播 W 波段光本振以及传 输上、 下行基带或中频光信号的全双工光纤信道 ； 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 ； 主要器件包括激光器、 铌酸锂马赫 - 曾德调制器、 射频本振、 波分复用器、 掺饵光纤放 权 利 要 求 书 CN 103516429 A 3 3/3 页 4 大器 ； 在下行信号产生模块， 以第 i 路为例， 激光器产生中心频率为 fi的连续激光， 入射至 铌酸锂马赫-曾德调制器， 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。
15、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 ； 掺饵光纤放大器对光本振进行功率放大 ； N 路下行 SSB 信号 B1， B2， .， Bi， .， BN以 及光本振 OLO 通过波分复用器合为一路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 ： 主要器件包括波分解复用器、 1N 光耦合器、 半导体光放大器、 带通滤波器、 21 光耦合。
16、器 ； 波分解复用器将收到的光信号分解为 N 路下 行信号， 光本振 OLO 由 1N 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输入的光信号各频率成分 发生非线性相互作用， 以第 i 路信号为例， Bi和 OLO 入射至半导体光放大器， 产生与 SSB 光 信号载波 Ci频率间隔为 8fL2+3fRFi的闲频光 Xi， 滤除其它成份， 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 ： 主要器件包括光电探测器、 带通滤波器。
17、、 天线 ； 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8fL2+3fRFi的W波段毫米波电信号Ri以及基带信号， 利用带通滤波器滤 出 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 ： 主要器件包括接收天线、 包络检波器、 低通滤波器 ； 各 用户端通过包络检波器以及低通滤波器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 ： 每个用户通过无线设备发射 W 波段射频信号 E1， E2， .， Ei， .， EN至各对应基站 ； 在基站的上行链路处理。
18、模块 ： 主要器件包括包络检波器、 低通滤波器、 光纤布拉格光 栅、 铌酸锂马赫 - 曾德调制器 ； 以第 i 路上行信号为例， 通过包络检波以及低通滤波将天线 接收的上行毫米波信号 Ei解调为基带信号 ei， 光纤布拉格光栅用于提取下行链路中的部分 载波， 作为上行信号的载波 ； 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， 作为上行信号的光载波， 利用铌酸锂马赫 - 曾德调制器将 ei加载到 Ci上， 形成信号 Fi， 通过光纤传输至远端节点 ； 在远端交换节点的上行链路处理模块 ： 主要器件为波分复用器 ； 来自 N 个基站的上行 光信号 F1， F2， .， Fi，。
19、 .， FN经由波分复用器合为一路光信号， 通过光纤传回中心站 ； 在中心站的上行链路接收模块 ： 主要器件包括波分解复用器、 光电探测器 ； 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转换为电信号 e1， e2， .， ei， .， eN； 用于广播 W 波段光本振以及传输上、 下行基带或中频光信号的全双工光纤信道 ： 主要 包括标准单模光纤， 实现上下行光信号的有效传输。 权 利 要 求 书 CN 103516429 A 4 1/6 页 5 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 技术领域 0001 本发明涉及光通信和毫米波通信领域， 尤其涉及。
20、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。 背景技术 0002 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。 0003 波分复用无源光网络 （WDM-PON） 用波长标识用户端 ONU， 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。
21、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 100Mb/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 （75-110GHz） 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。 0004 RoF 技术能够解决高频宽带无线接入的传输损耗。
22、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 （75-110GHz） ， 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。
23、的毫米波产生的方法主要有两种 ：（1） 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 10Gb/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。
24、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 I.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 10Gb/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。 说 明 书 CN 103516429 A 5 2/6 页 6 发明内容 0005 为解决以上问题， 本发明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。
25、法和系统。 0006 本发明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 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。
26、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 1N 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。
27、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， 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 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。
28、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 。
29、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。 0007 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 fi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。
30、制器， 由携带下行数据信号ai的频率为fRFi的本振信号驱动， 使其产生SSB信 号 Bi， 其包括频率为 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； 加载在一阶边带上的下行信号 ai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 fL1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 说 明 书 CN 103516429 A 6 3/6 页 7 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 ； 产生的光本振频率间隔 8fL2在。
31、 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。 0008 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 8fL2的 SSB 闲频光信号以及频率间隔为 fRFi的闲频光信号， 各闲频光均携。
32、带信号 ai； 我 们选取与信号光 Bi中的载波 Ci频率间隔为 8fL2+3fRFi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。 0009 作为一种优选方法， 在基站的下行链路处理模块 ： 以第i路信号为例， 由Ci和Xi组 成的射频光信号入射至光纤布拉格光栅， 通过适当调节其反射系数， 使 Ci的一半光功率由 光纤布拉格光栅的反射口输出， 其将作为上行信号的载波 ； Ci的另一半光功率以及 Xi由光 纤。
33、布拉格光栅的透射口输出， 利用光电探测器转换为电信号， 通过带通滤波器将拍频产生 的频率为 8fL2+3fRFi的 W 波段射频信号 Ri滤出， 由天线发射至无线用户端， 完成下行信号的 传输 ； 由于每个基站对于下行链路只需要将传来的光信号进行光电转换、 带通滤波以及由 天线发射， 简化了基站的结构。 0010 作为一种优选方法， 在基站的上行链路处理模块 ： 以第 i 路信号为例， 基站通过包 络检波将接收到的射频信号 Ei转换为基带电信号 ei； 利用光纤布拉格光栅， 适当调节其反 射系数， 提取下行链路中载波 Ci的一半光功率， 作为上行信号的载波 ； 利用铌酸锂马赫 - 曾 德调制器。
34、将 ei加载到提取的 Ci上， 形成信号 Fi； 由于上行链路光载波可直接从下行链路中 提取， 基站无需额外光源， 实现了基站无光源化， 简化了基站结构和功能， 降低了功耗、 节省 了成本。 0011 本发明提供一种基于本振广播的 W 波段宽带毫米波全双工接入系统， 其包括 ： 0012 一个中心站， 一个远端交换节点， N 个基站， N 个用户端， 用于广播 W 波段光本振以 及传输上、 下行基带或中频光信号的全双工光纤信道 ； 0013 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 ； 主要器件包括激光器、 铌酸锂马赫 - 曾德调制器、 射频本振。
35、、 波分复用器、 掺饵光 纤放大器 ； 在下行信号产生模块， 以第 i 路为例， 激光器产生中心频率为 fi的连续激光， 入 射至铌酸锂马赫-曾德调制器， 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 ； 掺饵光纤放大器对光本振进行功率放大 ； N 路下行 SSB 信号 B。
36、1， B2， .， Bi， .， BN以及光本振 OLO 通过波分复用器合为一路信号通过光纤传输至远端交换节点 ； 0014 在远端交换节点的下行链路处理模块 ： 主要器件包括波分解复用器、 1N 光耦合 器、 半导体光放大器、 带通滤波器、 21 光耦合器 ； 波分解复用器将收到的光信号分解为 N 说 明 书 CN 103516429 A 7 4/6 页 8 路下行信号， 光本振 OLO 由 1N 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输入的光信号各频率 成分发生非线性相互作用， 以第i路信号为例，。
37、 Bi和OLO入射至半导体光放大器， 产生与SSB 光信号载波 Ci频率间隔为 8fL2+3fRFi的闲频光 Xi， 滤除其它成份， 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 ； 0015 在基站的下行链路处理模块 ： 主要器件包括光电探测器、 带通滤波器、 天线 ； 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8fL2+3fRFi的W波段毫米波电信号Ri以及基带信号， 利用带通滤波 器滤出 Ri， 由天线发射至无线用户端， 完成下行信号的传输 ； 001。
38、6 在用户端的下行链路接收模块 ： 主要器件包括接收天线、 包络检波器、 低通滤波 器 ； 各用户端通过包络检波器以及低通滤波器将天线接收到的毫米波信号解调为基带信 号 ； 0017 在用户端的上行链路发射模块 ： 每个用户通过无线设备发射 W 波段射频信号 E1， E2， .， Ei， .， EN至各对应基站 ； 0018 在基站的上行链路处理模块 ： 主要器件包括包络检波器、 低通滤波器、 光纤布拉格 光栅、 铌酸锂马赫 - 曾德调制器 ； 以第 i 路上行信号为例， 通过包络检波以及低通滤波将天 线接收的上行毫米波信号 Ei解调为基带信号 ei， 光纤布拉格光栅用于提取下行链路中的部 分。
39、载波， 作为上行信号的载波 ； 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， 作为上行信号的光载波， 利用铌酸锂马赫 - 曾德调制器将 ei加载到 Ci上， 形成信号 Fi， 通过光纤传输至远端节点 ； 0019 在远端交换节点的上行链路处理模块 ： 主要器件为波分复用器 ； 来自 N 个基站的 上行光信号 F1， F2， .， Fi， .， FN经由波分复用器合为一路光信号， 通过光纤传回中心站 ； 0020 在中心站的上行链路接收模块 ： 主要器件包括波分解复用器、 光电探测器 ； 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转换为电信号 e1。
40、， e2， .， ei， .， eN； 0021 用于广播 W 波段光本振以及传输上、 下行基带或中频光信号的全双工光纤信道 ： 主要包括标准单模光纤， 实现上下行光信号的有效传输。 0022 采用本发明提供的技术方案后 ： 由于加载在一阶边带上的下行信号ai可以是不同 速率的二进制强度调制信号， 使系统具有灵活性 ； 由于 W 波段广播毫米波光本振的引入， 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 ； 由于下行链路信号是 单边带调制， 能够有效地降低光纤色散的影响， 延长了光载毫米波信号的传输距离 ； 各路信 号可通过四波混频产生多个闲频光， 选择不同的闲频光与。
41、载波构成不同频率的 W 波段射频 光信号， 提高了系统的灵活性 ； 由于上行链路光载波可直接从下行链路中提取， 基站无需额 外光源， 实现了基站无光源化， 简化了基站结构和功能， 降低了功耗、 节省了成本。 附图说明 0023 图 1 为本发明所公布的基于 WDM-PON/ 本振广播的宽带毫米波信号全双工接入系 统的原理图。 0024 图 2 为由中心站发出的第 i 路下行 SSB 信号 Bi以及光本振 OLO 的光谱图。 说 明 书 CN 103516429 A 8 5/6 页 9 0025 图 3 为第 i 路下行信号在远端节点由四波混频效应产生的载波频 率间隔为 8fL2 的多组 SSB。
42、 闲频光信号以及频率间隔为 fRFi的闲频光信号光谱图。 0026 图 4 为第 i 路下行光信号中载波 Ci以及与其间隔为 110GHz 的闲频光 Xi的光谱 图。 0027 图 5 为在基站第 i 路下行射频信号 Ri的电域频谱图。 0028 图 6 为第 i 路下行信号在 BTB 情况下， 在用户接收端解调出来的 10Gb/s 的基带信 号眼图。 0029 图 7 为第 i 路下行信号经过 20km 光纤传输后， 在用户接收端解调出来的 10Gb/s 的基带信号眼图。 0030 图 8 为在基站接收到的第 i 路上行射频信号 Ei的电域频谱图。 0031 图 9 为第 i 路上行信号 E。
43、i加载在载波 Ci上之后， 形成的信号 Fi的光谱图。 0032 图 10 为第 i 路上行信号在 BTB 情况下， 在中心站经包络检波解调后的 3Gb/s 的基 带信号眼图。 0033 图 11 为第 i 路上行信号经过 20km 光纤传输后， 在中心站经包络检波解调后的 3Gb/s 的基带信号眼图。 具体实施方式 0034 本发明提供一种基于 WDM-PON/ 本振广播的宽带毫米波信号全双工接入方法， 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， 为实现上述效果， 需要采用下述步骤 ： 0035 在中心站的下行链。
44、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=193.19THz 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， 由携带二进制下 行数据信号 ai的频率为 fRFi=10GHz 的本振信号驱动， 产生频率为 fi=193.19THz 的中心载波 Ci以及承载下行数据信号 ai的频率为 fi fRFi=193.2THz 的一阶边带 Ai； 形成 SSB 信号 Bi， 传输至复用器。 在共用光本振产生模块， 频率为fL1=193.1THz的激光器发出光波。
45、， 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fL2=10GHz的射频信号驱动 其产生频率间隔为 8fL2=80GHz 的两个相干边带， 即为系统共用的光本振 OLO。N 路下行 SSB 信号 B1， B2， Bi， BN以及光本振 OLO 经波分复用通过光纤传输至远端交换节点。 0036 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 由 1N 光耦合器分为等功率的 N 路， 重组为每一路均包含 对应 SSB 信号和光本振 OLO 的下行光信号， 实现了毫米波光本振在整个网络的广播。利用 半导体光放大。
46、器的四波混频效应， 使每一路信号光和 OLO 发生非线性相互作用， 产生多个 闲频光成分， 选择与信号光中的载波频率间隔为 75-110GHz 范围内的一个携带信号的闲频 光， 与载波合为一路光信号后， 传输至基站。以第 i 路下行信号为例， 其包括 SSB 信号 Bi以 及光本振 OLO， 其频谱如图 2 所示。光本振 OLO 作为泵浦光， Bi作为信号光， 传输至注入电 流为 200mA 的半导体光放大器， 利用其四波混频效应产生如图 3 所示多组载波频率间隔为 8fL2=80GHz 的 SSB 闲频光信号以及频率间 隔为 fRFi=10GHz 的闲频光信号， 闲频光 SSB 信号 中载波。
47、上不携带信号， 我们选取携带信号的闲频光 Xi， 其与信号光 Bi中的载波 Ci频率间隔 说 明 书 CN 103516429 A 9 6/6 页 10 为 8fL2+3fRFi=110GHz， Xi与 Ci组合成为射频光信号， 通过光纤传输至基站。其频谱如图 4 所 示。 0037 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， 光电探测器将传来的由 Ci和 Xi组成的毫米波光信号转换为频率为 8fL2+3fRFi=110GHz 的 W 波段毫米波电信号 Ri， 由天线发射至无线用户端， 其电域频谱如图 5 所示。 0038 在用户端的下行链路接。
48、收模块 ： 通过包络检波将接收到的射频信号下变换为基带 信号。我们以第 i 路信号为例， 接收到的射频信号 Ri经过包络检波后得到基带信号 ai。通 过眼图可以观测信号质量。图 6 为信号 ai经过 0km， 5km， 10km， 20km 光纤传输后的眼图。 0039 在用户端的上行链路发射模块 ： 每个用户通过无线设备发射 W 波段射频信号 E1， E2， .， Ei， .， EN至各对应基站。第 i 路信号 Ei为 80GHz 的射频信号， 其电域频谱如图 7 所示。 0040 在基站的上行链路处理模块 ： N 个基站分别将接收到的射频信号下变换为基带信 号。以第 i 路上行信号为例， 。
49、将 80GHz 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， 提取下行链路中载波 Ci的一半光功率， 作为上行信号的载波， 利用马 赫 - 曾德调制器将 ei加载到提取的 Ci上， 形成信号 Fi， 经过光纤传输至远端节点。图 8 为 信号 Fi的频谱。 0041 在远端交换节点的上行链路处理模块 ： 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。 0042 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 路上行基带电信号 e1， e2， .， ei， .， eN。第 i 路 信号 Fi经过光电转换和低通滤波器得到基带信号 ei。图 9 为 ei经过 0km、 5km、 10km、 20km 光纤传输后的眼图。 0043 本发明提出的基于 WDM-PON/ 本振广播的宽带毫米波信号分布全双工方法和系统 具有以下有益效果 ： 0044 (1)。