光毫米波系统中的一种频率幅度可调的远程本振源

摘要

本发明提出了光毫米波系统中的一种频率幅度可调的远程本振源。DFB激光器产生的激光经分路器OC1分路的90％部分经偏振控制器进入强度调制器；10Gbit/s数据经电放大后同时进入调制器，激光被数据强度调制产生高速率宽带调制光；该光谱经分路器OC2分路的90％部分经掺铒光纤放大器EDFA放大后由光滤波器XTM50滤波得到多倍时钟光谱；OC1分出的10％激光经光衰减器后，与时钟光谱合路得到光本振源：该光谱经KPS掺铒光纤放大器放大后进入近色散平坦光纤组传输形成远程光本振源，再经拉曼放大，后经光电探测器拍频得到电的远程本振源；远程本振源可替代高速率光毫米波上行系统中的电高频本振源，其频率和幅度的调节可以通过调整系统器件参量实现。

说明书

所属技术领域

本发明涉及光毫米波系统中的一种频率幅度可调的远程本振源，可应用于微波光子学、 光纤通信、无线光纤接入等领域。

背景技术

近年来，大数据、移动话务、宽带流媒体等各种业务不断剧增，高速率大容量无线通信 需求日益增加，将光纤通信技术和高频无线接入融合起来的光毫米波通信技术应需而生。目 前，光毫米波通信技术已经成为实现超宽带接入的研究热点。科技工作者在无线光纤通信技 术研究领域作出了重要工作，如OOK格式光毫米波信号56GHz、2.8Gbit/s、20km[1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)：547-550]，58GHz的光载毫米波、2.5Gbit/s OFDM信号、下行传输20km 以及2.5Gbit/s OOK信号、上行光载毫米波上行20km[2董泽，曹子峥，陈林，余建军，60GHz 全双工OFDM-ROF系统的实验研究，通信学报，2011，32(2)：72-76]。近年开始出现对较高数据 传输速率和较长跨距光毫米波的模拟仿真，40GHz、5Gbit/s、60km光毫米波的模拟仿真[3 Jianxin Ma，5Gbit/s Full-Duplex Radio-Over-Fiber Link With Optical Millimeter-Wave Generation  by Quadrupling the Frequency of the Electrical RF Carrier，J.Opt.Commun.Netw，2011，3(2)： 127-133]，26-40GHz、7.5Gb/s、90km光毫米波的模拟仿真和26-40GHz、10Gb/s、53km光 毫米波的模拟仿真[4Ignacio González Insua，Dirk Plettemeier，and Christian G.Simple  Remote Heterodyne Radio-Over-Fiber System for Gigabit Per Second Wireless Access，Journal Of  Lightwave Technology，2010，28(16)：2289-2295]。

光毫米波的产生、传输与接收技术是实现高性能宽带无线通信的重要技术。然而，光毫 米波上行子系统中通常都不得不引入一个昂贵的电高频本振源[1，2]，探索研究电高频本振 源替代方案成为光毫米波通信技术实用化的关键技术难题。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 5Gbit/s及其以下。然而，我国幅员辽阔、人口众多、地域环境复杂，信息通信需求迅猛增长， 高速率、可调频、长跨距光毫米波通信需求变得日益迫切。由此可见，创新性地解决电高频 本振源的替代问题、实现高速率可调频长跨距是光毫米波通信技术研究的关键所在。

专利申请内容

在光毫米波需求日益迫切情况下，针对上述光毫米波研究中的问题，本发明提出了光毫 米波系统中的一种频率幅度可调的远程本振源，以替代高速率光毫米波上行系统中的电高频 本振源。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提出了光毫米波系统中的一种频率幅度可调的远程本振源，拟采用的技术方案： 窄线宽DFB激光器产生的激光经分路器OC1分路后，其中90％的激光经光偏振控制器进入强 度调制器，安捷伦误码仪81250输出10Gbit/sNRZ伪随机脉冲序列数据信号经由宽带电放大器 放大后同时进入强度调制器，窄线宽激光被数据强度调制产生高速率宽带调制光，这里产生 的高速率宽带调制光可分路作为下行光毫米波信号的部分即同时产生光毫米波与光本振源， 但我们这里仅讨论产生光本振源情况；高速率宽带调制光经分路器OC2分路，其中10％的部 分可形成携带数据的光毫米波，此处不具体讨论，90％的部分经掺铒光纤放大器EDFA放大后 由光滤波器XTM50滤波得到40GHz多倍时钟光谱；分路器OC1分出的10％的激光光谱由光衰 减器VOA调节功率后，与40GHz时钟光谱经1：99合路器OC3合路后得到光本振源信号光谱， 其中时钟光谱由99％端口进入合路器；光本振源光谱经KPS掺铒光纤放大器放大后进入近色 散平坦光纤组Fiber传输122.79km形成远程光本振源，再经后向拉曼放大器放大，经70GHz光 电探测器拍频得到电的远程本振源信号，该信号可替代高速率光毫米波上行系统中的电高频 本振源；该信号经宽带电放大器SHF806E放大后进入混频器进行混频，后由电谱仪测量分析 电谱性能；其中光路环节可采用光纤跳线连接光谱分析仪对信号的光谱性能进行测量。远程 本振源频率和幅度的调节可以通过调整掺铒光纤放大器EDFA、光滤波器XTM50、光衰减器 VOA、KPS掺铒光纤放大器、拉曼放大器来实现。

本发明的有益效果是：

本发明提出了光毫米波系统中的一种频率幅度可调的远程本振源；采用同一个DFB激光 光源产生高速率光毫米波与远程本振源，可有效抑制相位噪声；采用的DFB激光具有窄线宽、 高边模抑制比特性，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 过一个宽带强度调制器去强度调制DFB窄线宽激光可提高数据速率；调整系统器件参量，可 实现远程本振源的频率幅度可调；采用后向拉曼放大，延长了信号传输跨距，提高了系统性 能；与采用射频和基带信号分别调制相位和强度的两种产生光毫米波方法相比，本发明能够 同时产生高速率光毫米波与远程本振源，光毫米波系统中远程本振源产生方案新颖、简单可 行、实用性强。本专利方法与装置可作为探索研究高比特率光毫米波系统的重要参考，可应 用于微波光子学、光纤通信等领域。

附图说明

图1是光毫米波系统中的一种频率幅度可调的远程本振源。图1中，1是窄线宽DFB激 光器，2是10：90分路器OC1，3是光偏振控制器PC，4是40G高速宽带强度调制器MOD， 5是安捷伦43Gbit/s误码仪81250，6是宽带电放大器SHF803P，7是10：90分路器OC2， 8是掺铒光纤放大器EDFA，9是光滤波器XTM50，10是光衰减器VOA，11是1：99合路器 OC3，12是KPS掺铒光纤放大器，13是近色散平坦光纤组Fiber，14是后向拉曼放大器Raman， 15是70GHz光电探测器PD，16是宽带电放大器SHF806E，17是混频器11970U，18是电谱 仪E4440A，19是光谱分析仪AQ6319；电谱仪E4440A测量信号电谱性能；光谱分析仪AQ6319 对信号的光谱性能进行测量，可采用光纤跳线直接接入。

图2是高速率宽带调制光谱和光本振源光谱，图2(a)是10Gbps高速率宽带调制光谱， 图2(b)是KPS掺铒光纤放大器放大(I_P＝0.4A)后的40GHz光本振源，图2(c)是20GHz光 本振源，图2(d)是30GHz光本振源，图2(e)是50GHz光本振源。

图3是传输后的40GHz远程光本振源，图3(a)是仅KPS掺铒光纤放大器放大(I_P＝0.4A)情 况传输后的远程光本振源，图2(b)是有KPS掺铒光纤放大器放大(I_P＝0.4A)和27dBm拉曼放 大情况传输后的远程光本振源。

图4是40GHz远程光本振源拍频形成的电本振源，是有KPS掺铒光纤放大器放大 (I_P＝0.35A)。

具体实施方式

下面结合附图和实施对本发明进一步说明。

图1所示，窄线宽DFB激光器(1)产生的激光经10：90分路器OC1(2)分路后，其 中90％的激光经光偏振控制器PC(3)进入40G高速宽带强度调制器MOD(4)，安捷伦43Gbit/s 误码仪81250(5)输出的10Gbit/s高速率NRZ伪随机脉冲序列数据信号经由宽带电放大器 SHF803P(6)放大后同时进入40G高速宽带强度调制器MOD(4)，窄线宽激光被数据强度 调制产生高速率宽带调制光，这里产生的高速率宽带调制光可分路作为下行光毫米波信号的 部分即同时产生光毫米波与光本振源，但我们这里仅讨论产生光本振源情况；高速率宽带调 制光经10：90分路器OC2(7)分路，其中10％的部分可去形成携带数据的光毫米波，此处 不具体讨论；其中90％的部分经掺铒光纤放大器EDFA(8)放大后进入光滤波器XTM50(9)， 滤波后得到40GHz多倍时钟光谱；分路器OC1(2)分出的10％的激光光谱由光衰减器VOA (10)调节功率后，与40GHz时钟光谱经1：99合路器OC3(11)合路后得到光本振源信号 光谱，其中时钟光谱由99％端口进入合路器；光本振源光谱经KPS掺铒光纤放大器(12)放 大后进入近色散平坦光纤组Fiber(13)传输122.79km形成远程光本振源，再经后向拉曼放 大器Raman(14)放大，经70GHz光电探测器PD(15)拍频得到电的远程本振源信号，该 信号可替代高速率光毫米波上行系统中的电高频本振源；该信号经宽带电放大器SHF806E (16)放大后进入混频器11970U(17)进行混频，后由电谱仪E4440A(18)测量分析电谱 性能；其中，光路环节可直接采用光纤跳线连接光谱分析仪AQ6319(19)对信号的光谱性 能进行测量。

图2是高速率宽带调制光谱和光本振源，图2(a)是10Gbps高速率宽带调制光谱，图2 (b)是KPS掺铒光纤放大器放大(I_P＝0.4A)后的40GHz光本振源，图2(c)是20GHz光本 振源，图2(d)是30GHz光本振源，图2(e)是50GHz光本振源。图2(a)中可见，高速 率宽带调制光谱关于中心光谱对称；图2(b-e)中可见，光本振源谱线较光滑，其频率和幅 度的调节可以通过调整掺铒光纤放大器EDFA、光滤波器XTM50、光衰减器VOA实现。

图3是传输后的40GHz远程光本振源，图3(a)是仅KPS掺铒光纤放大器放大(I_P＝0.4A)情 况传输后的远程光本振源，图2(b)是有KPS掺铒光纤放大器放大(I_P＝0.4A)和27dBm拉曼放 大情况传输后的远程光本振源。图3(a)可见，仅KPS掺铒光纤放大器放大(I_P＝0.4A)情况传 输后的远程光本振源衰减较大，信号性能下降。图3(b)可见，有KPS掺铒光纤放大器放大 (I_P＝0.4A)和27dBm拉曼放大情况下，可形成性能较好的远程光本振源。

图4是40GHz远程光本振源拍频形成的电本振源，是有KPS掺铒光纤放大器放大(I_P＝0.35A) 和27dBm拉曼放大的情况。可见，形成的本振源的主谱线单频性能好，边模抑制比高，幅度 较高。可以通过调整掺铒光纤放大器EDFA、光滤波器XTM50、光衰减器VOA、KPS掺铒光 纤放大器、拉曼放大器，有效改变电远程本振源边模抑制比、频率和幅度。

可见，本专利方法可提供光毫米波系统中的一种频率幅度可调的远程本振源，以替代高速 率光毫米波上行系统中的电高频本振源。