光毫米波系统中的一种远程高频微波振荡源

摘要

本发明提出了光毫米波系统中的一种远程高频微波振荡源。DFB激光分路90%的部分经偏振控制器进入40G调制器，10Gbit/sNRZ数据经由SHF803P放大后进入40G调制器，激光被数据强度调制产生高速率宽带调制光；该光经掺铒光纤放大器放大后进入XTM50滤波得到多倍时钟光谱，该光谱与10%的DFB激光合路得到高频微波振荡源光谱；经KPS掺铒光纤放大器放大后的光谱进入近色散平坦光纤组传输到达远程基站形成远程高频微波振荡源，拍频后形成的电信号可替代光毫米波上行系统中的电本振源；采用了后向拉曼放大；AQ6319、E4440A分别测量信号光谱、电谱特性；本方法可作为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。

说明书

所属技术领域

本发明涉及光毫米波系统中的一种远程高频微波振荡源，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。为了实现无线宽带通信，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(如40GHz、60GHz)一般较少应用到商用系统，大多应用于实验研究。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Radio-over-Fiber(RoF)应需而生。目前，光毫米波产生、传输与接收技术作 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。

光毫米波的产生、传输与接收技术是实现高性能通信的重要技术。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(如40GHz、60GHz)，若能采取有效 措施替代电高频本振源将是该系统很大的进步。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，信息通信需求迅猛增长，高速率光毫米波的通信需 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和实现高速率是光毫米 波研究的关键所在。

专利申请内容

在光毫米波高速率需求日益迫切情况下，针对上述光毫米波研究中的问题，在40GHz、 10Gbit／s高速率光毫米波系统中，本发明提出了一种远程高频微波振荡源，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：

针对40GHz、10Gbit／s高速率光毫米波系统，本发明提出了一种远程高频微波振荡源方 法与装置，拟采用的技术方案：窄线宽DFB激光器产生的激光经10:90分路器分路后，其 中90％的激光经光偏振控制器进入40G高速宽带调制器，安捷伦43Gbit／s误码仪81250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放大后同时进 入40G高速宽带调制器，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微波振荡源，但 我们这里仅讨论产生微波振荡源情况；高速率宽带调制光经17dBm掺铒光纤放大器放大后进 入光滤波器XTM50，滤波后得到40GHz多倍时钟光谱，该时钟光谱与分路器分出的10％的 激光光谱经1：99合路器合路后得到高频微波振荡源信号光谱，其中时钟光谱由99％端口进入 合路器；高频微波振荡源的光谱经KPS掺铒光纤放大器放大后进入70GHz光电探测器拍频 得到电的高频微波振荡源信号；该微波振荡源信号经宽带电放大器SHF806E放大后进入混频 器11970U进行混频，最后由电谱仪E4440A测量分析电谱性能；其中，KPS掺铒光纤放大器 及其光路环节可使用光谱分析仪AQ6319对信号的光谱性能进行测量。

经KPS掺铒光纤放大器放大后的高频微波振荡源信号光谱进入近色散平坦光纤组传输 84.7km到达远程基站形成远程高频微波振荡源，在远程基站拍频后形成的电信号可替代高速 率光毫米波上行系统中的电高频本振源；为了保证信号传输质量，拉曼泵浦源产生的泵浦光 经波分复用器进入光纤组对高频微波振荡源信号进行后向拉曼放大；之后，远程高频微波振 荡源信号进入电谱性能测量环节。

本发明的有益效果是：

在40GHz、10Gbit／s高速率光毫米波系统中，本发明提出了一种远程高频微波振荡源； 采用同一个DFB激光光源产生高速率光毫米波与远程高频微波振荡源，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调制器去强度调制DFB窄线宽激光可提高数 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高频微波振荡源，光毫米波系统中远程高频微波振荡源 产生方案新颖、简单可行、能有效抑制噪声。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40GHz、10Gbit／s高速率光毫米波系统中的一种远程高频微波振荡源产生与测量 图。图1中，1是窄线宽DFB激光器，2是10：90分路器，3是光偏振控制器，4是40G高 速宽带调制器，5是安捷伦43Gbit／s误码仪81250，6是宽带电放大器SHF803P，7是17dBm 掺铒光纤放大器，8是光滤波器XTM50，9是1：99合路器，10是KPS掺铒光纤放大器，11 是70GHz光电探测器，12是宽带电放大器SHF806E，13是混频器11970U,14是电谱仪E4440A， 15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是高频微波振荡源远程传输及其测量图，图2中(10)、(11)、(12)、(13)、(14)、 (15)与图1中的各个器件一致，与图1衔接。图2中16是近色散平坦光纤组(先G655光 纤，后接色散平坦光纤)，17是拉曼泵浦源，18是波分复用器。

图3是KPS掺铒光纤放大器放大后的高频微波振荡源光谱。

图4是KPS掺铒光纤放大器放大后的高频微波振荡源光谱经84.7km近色散平坦光纤组 传输与拉曼放大后的光谱。

图5是与图3光谱对应的高频微波振荡源电谱。

图6是与图4光谱对应的高频微波振荡源电谱。

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(2)分路后，其中90％ 的激光经光偏振控制器(3)进入40G高速宽带调制器(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高速宽带调制器(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 与微波振荡源，但我们这里仅讨论产生微波振荡源情况；高速率宽带调制光经17dBm掺铒光 纤放大器(7)放大后进入光滤波器XTM50(8)，滤波后得到40GHz多倍时钟光谱，该时钟 光谱与分路器分出的10％的激光光谱经1：99合路器(9)合路后得到高频微波振荡源信号光 谱，其中时钟光谱由99％端口进入合路器；高频微波振荡源的光谱经KPS掺铒光纤放大器(10) 放大后进入70GHz光电探测器(11)拍频得到电的高频微波振荡源信号；该微波振荡源信号 经宽带电放大器SHF806E(12)放大后进入混频器11970U(13)进行混频，后由电谱仪E4440A (14)测量分析高频微波振荡源信号光谱传输前的电谱性能；其中，KPS掺铒光纤放大器(10) 及其光路环节可直接采用光纤跳线连接光谱分析仪AQ6319(15)对信号的光谱性能进行测 量。

图2所示，图中(10)、(11)、(12)、(13)、(14)与图1中的各个器件一致，与图1衔 接。经KPS掺铒光纤放大器(10)放大后的高频微波振荡源信号光谱进入近色散平坦光纤组 (16)传输84.7km到达远程基站形成远程高频微波振荡源，在远程基站拍频后形成的电信号 可替代高速率光毫米波上行系统中的电高频本振源；为了保证信号传输质量，拉曼泵浦源(17) 产生的泵浦光经波分复用器(18)进入光纤组对高频微波振荡源信号进行后向拉曼放大；之 后，远程高频微波振荡源信号进入电谱性能测量环节(11-14)。

图3是KPS掺铒光纤放大器放大后的高频微波振荡源光谱。这两个波长的光波由同一个 激光器产生，可有效抑制相位噪声；图中可见，滤波得到的时钟谱中心波长1949.608nm，时 钟谱高达29dB，谱线较光滑，关于时钟谱中心有较好的对称性。窄线宽DFB激光器产生的 激光分路后的光谱依旧保持原有特性，比时钟谱稍高12.7dB。

图4是KPS掺铒光纤放大器放大后的高频微波振荡源光谱经84.7km近色散平坦光纤组 传输与拉曼放大25dBm后的光谱。高频微波振荡源光谱传输后虽然光功率有所减小，但依旧 具有较好的光谱特性。

图5是与图3光谱对应的高频微波振荡源电谱。图中可见，振荡源电谱稳定、清晰，可 达28.52dB；电谱单频性能好，其-3dB带宽与电谱频率的比值为2.353×10^-5。

图6是与图4光谱对应的高频微波振荡源电谱。传输后，振荡源电谱依旧具有很好的单 频性，稳定、清晰，幅度可达18.3dB，适当放大可达到更高的幅度。

由图3-图6测量得到的相关参量可见，本专利方法可在40GHz、10Gbit／s高速率光毫米 波系统中提供一种远程高频微波振荡源，以替代高速率光毫米波上行系统中的电高频本振源。