专利名称：串并联调制光学倍频毫米波RoF系统及其QPSK/16QAM调制方法
技术领域：
本发明涉及光纤载射频(RoF，Radio over Fiber)系统及QPSK与16QAM调制方法。 采用QPSK与16QAM信号格式的目的是压缩信号的占有带宽。提出一种基于光学倍频原理的 RoF系统结构和新的串并联光调制方式，在从光波产生毫米波的同时，又实现将信号对光波 的调制转移为对毫米波的调制。
背景技术：
对于如何将光QPSK调制方式应用到毫米波RoF系统中，现有技术是用两条独立光 纤链路分别传输QPSK信号的I路和Q路信息。虽然这种方法可以实现16-QAM或更高进制 的PSK调制，但是两条光纤链路需要两套独立的电光调制设备，从系统成本和复杂度的角 度看这种方法不好，而且不同光路的光波时延差造成的光相位干涉噪声会对调制信号产生 干扰。所以需要发明一种利用一条光纤链路产生QPSK和16QAM调制的毫米波信号，且调制 信号不受光相位干涉噪声干扰的方法。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷提供一种串并联调制光学倍频毫米 波RoF系统及其QPSK/16QAM调试方法，它在产生所需毫米波的同时能实现光波的QPSK和 16QAM调制到毫米波的转移，并且调制信号不受光源相位干涉噪声的影响。该系统结构简 单，方法易于实现，性能稳定，成本较低，适用于RoF系统实用产品的开发。为达到上述目的，本发明采用下述技术方案一种串并联调制光学倍频毫米波RoF系统，包括中心站、基站和下行光纤链路，中 心站和基站通过下行光纤链路互连。所述的中心站的构成一个激光器通过保偏尾纤与一 个双电极Mach-Zehnder光调制器的输入端相连，在所述双电极Mach-Zehnder光调制器的 一条臂上的RF电极输入由一个第一微波信号源产生的余弦微波信号，偏压电极接地 ’另一 条臂上的RF电极输入由所述第一微波信号源产生，再经倒相的余弦微波信号，偏压电极接 地。该Mach-Zehnder光调制器用来对光源输出的光波调相，形成毫米波生成的光谱基础。 所述双电极Mach-Zehnder光调制器的输出端再通过保偏尾纤与一个IQ光调制器的输入端 相连。所述IQ光调制器是两个双电极Mach-Zehnder光调制器的并联集成，在其中一个调 制器的一条臂上的RF电极输入由另一个第二微波信号源输出的余弦中频信号，在另一个 双电极光调制器的一条臂上的RF电极输入由所述另一个第二微波信号源产生，并经η/2 移相的正弦中频信号。I、Q两路基带信号分别输入到所述IQ光调制器中未加中频信号的 另两个RF电极上。所述IQ光调制器中两个双电极光调制器的直流电极均接地，在第三个 合路直流电极则加0. 5νπ偏置电压。所述IQ光调制器的输出端与一个掺铒光纤放大器的 输入端相连，所述的掺铒光纤放大器的输出端通过下行链路光纤连接到所述基站的光探测 器的光输入端。所述基站的构成如下所述的光探测器的电输出端与一个前置低噪声放大
3器的输入端相连，所述的前置低噪声放大器的输出端与第一第二两个带通滤波器的输入端 相连。所述的一个第二带通滤波器的输出端与一个第一毫米波放大器的输入端连接，所述 的第一毫米波放大器的输出端与一个毫米波双工器的发送端口相连，所述毫米波双工器的 公共端口再与一个毫米波天线相连，通过它发送和接收已调毫米波信号。所述的毫米波双 工器的接收端口与一个混频器的射频端连接。所述的另一个带通滤波器与另一个第二毫米 波放大器的输入端连接，所述的另一个第二毫米波放大器的输出端与所述混频器的本振端 相连，所述混频器的中频输出是上行已调中频信号。一种串并联调制光学倍频毫米波RoF系统QPSK/16QAM调制方法，采用上述系统进 行操作，其特征在于用一个双电极Mach-Zehnder光调制器产生光波的高次边模；用一个 IQ光调制器完成基带数字信号对光波的QPSK或16QAM调制；用一个光探测器实现已调光 波模式到已调毫米波的转换。具体方法是在一个双电极Mach-Zehnder光调制器的两个 RF电极分别输入两个反向的余弦微波信号，通过对输入光波的大指数调相形成一系列光波 边模，频率间隔为该驱动微波的频率，这是实现光学倍频毫米波生成的基础。在一个IQ光 调制器的四个RF电极分别输入余弦中频信号、同频的正弦中频信号及I、Q两路基带数字信 号，并在三个直流电极上加适当的偏压，完成对各个光波模式的相位键控和中频调制。已调 的光波模式在基站的光探测器中发生差拍，就产生受基带信号QPSK或16QAM调制的微波谐 波的中频边带。加入中频的目的是为了形成毫米波的中频边带，区分出毫米波发送和接收 通道，并为上行光路提供已调中频信号。为了克服光波偏振态的影响双电极Mach-Zehnder 光调制器和IQ光调制器的输入、输出尾纤都采用保偏光纤。双电极Mach-Zehnder光调制 器的两条支臂长度相等，IQ光调制器的四条支臂长度也相等，于是就避免了光支路时延差 引起的光波相位干涉噪声的干扰。这样，在基站的光探测器中产生毫米波的同时，又实现了 基带信号对毫米波的中频边频分量的QPSK或16QAM调制。以下对本发明的原理作进一步的说明如
图1所示，在中心站中，激光器通过保偏 尾纤与一个双电极Mach-Zehnder光调制器的输入端相连；在双电极Mach-Zehnder光调制 器的一条臂上的RF电极加由第一微波信号源输出的余弦微波信号，偏压电极接地；另一条 臂上的RF电极加由第一微波信号源产生再经一个π移相器移相的余弦微波信号，偏压电 极接地。双电极Mach-Zehnder光调制器的输出端连接一个IQ光调制器的输入端。在其中 一路光调制器的一条臂上的RF电极加由第二微波信号源输出的余弦中频信号，在另一路 光调制器的一条臂上的RF电极加由第二微波信号源产生的再经一个η /2移相器移相的正 弦中频信号。I路基带信号与Q路基带信号分别加到IQ光调制器中未加中频信号的另两个 RF电极上。IQ光调制器的两路直流电极和接地，而在其合路直流电极加^/2偏压。IQ光 调制器的输出端与一个掺铒光纤放大器的输入端连接，掺铒光纤放大器的输出端连接下行 链路光纤。在基站，下行链路光纤连接一个光探测器的光输入端。光探测器的电输出端与 一个前置低噪声放大器的输入端相连，前置低噪声放大器的输出端与一个第一带通滤波器 的输入端和另一个第二带通滤波器的输入端相连。第二带通滤波器的输出端与一个第一毫 米波放大器的输入端相连，第一毫米波放大器的输出端与一个毫米波双工器的发射端口相 连，毫米波双工器的公共端口与一个毫米波天线相连。毫米波双工器的接收端与一个低噪 声放大器的输入端相连，低噪声放大器的输入端与一个混频器的射频端相连。带通滤波器 的输出端与一个第二毫米波放大器的输入端相连，第二毫米波放大器的输出端与混频器的本振端相连。混频器的中频端输出上行已调中频信号。
对图1中串并联光调制器组合的工作原理用图2做具体解释t IQ光调制器的调制特性当Vb3 = -N J2时为
权利要求
一种串并联调制光学倍频毫米波RoF系统，包括中心站(1)、基站(2)和下行链路光纤(3)，中心站(1)和基站(2)通过下行链路光纤(3)连接，其特征在于所述的中心站(1)的结构一个激光器(1 1)通过保偏尾纤与一个双电极Mach Zehnder光调制器(1 4)的输入端相连；在该双电极Mach Zehnder光调制器(1 4)的一条臂上的RF电极加由一个第一微波信号源(1 3)输出的余弦微波信号，偏压电极接地；另一条臂上的RF电极加由所述第一微波信号源(1 3)产生再经一个π移相器(1 2)移相的余弦微波信号，偏压电极接地；所述双电极Mach Zehnder光调制器(1 4)的输出端通过保偏尾纤连接一个IQ光调制器(1 5)的输入端；在该IQ光调制器(1 5)中一路光调制器的一条臂上的RF电极加由一个第二微波信号源(1 6)输出的余弦中频信号，在另一路光调制器的一条臂上的RF电极加由所述第二微波信号源(1 6)产生的再经一个π/2移相器(1 11)移相的正弦中频信号；I路基带信号(1 8)与Q路基带信号(1 9)分别加到IQ光调制器(1 5)中未加中频信号的另两个RF电极上；IQ光调制器(1 5)的两路直流电极(1 7)、(1 10)接地，而在其合路直流电极(1 12)加Vπ/2偏压；所述IQ光调制器(1 5)的输出端与一个掺铒光纤放大器(1 13)的输入端连接；所述掺铒光纤放大器(1 13)的输出端连接所述下行链路光纤(3)；所述的基站2的结构所述下行链路光纤(3)连接一个光探测器(2 1)的光输入端，该光探测器(2 1)的电输出端与一个前置低噪声放大器(2 2)的输入端相连，该前置低噪声放大器(2 2)的输出端与一个第一带通滤波器(2 3)的输入端和一个第二带通滤波器(2 4)的输入端相连，该第二带通滤波器(2 4)的输出端与一个第一毫米波放大器(2 5)的输入端相连，该第一毫米波放大器(2 5)的输出端与一个毫米波双工器(2 6)的发射端口相连，该毫米波双工器(2 6)的公共端口与一个毫米波天线(2 7)相连；所述毫米波双工器(2 6)的接收端与一个低噪声放大器(2 8)的输入端相连，该低噪声放大器(2 8)的输入端与一个混频器(2 10)的射频端相连，所述第一带通滤波器(2 3)的输出端与一个第二毫米波放大器(2 9)的输入端相连，该第二毫米波放大器(2 9)的输出端与所述混频器(2 10)的本振端相连，该混频器(2 10)的中频端输出上行已调中频信号。
2.一种串并联调制光学倍频毫米波RoF系统QPSK/16QAM调制方法，采用权利要 求1所述的串联调制光学倍频毫米波RoF系统进行操作，其特征在于在一个双电极 Mach-Zehnder光调制器(1_4)的两个RF电极分别输入余弦和倒相的余弦微波信号，直流电 极偏压电极接地，对光源输入光波进行大指数的相位调制，在该光调制器(1-4)的输出口 就产生围绕中心波长的一系列光波高次边模，相邻模式的频差等于驱动微波频率；在IQ光 调制器(1-5)的四个RF电极分别输入I、Q支路的随机基带数字信号和两个相位正交的中 频信号，把两个直流电极(1-7、1-10)接地，同时在合路处的直流电极(1-12)加偏压，以引 入η/2相移，这样来完成对光波模式的QPSK或16QAM调制和中频调制；在基站(2)光探测 器(2-1)的光电转换过程中，所有已调的光波模式发生差拍，于是生成了微波的偶次谐波， 及围绕偶次谐波的被QPSK或16QAM调制的中频边频分量，通过恰当的滤波和放大，就获得 供天线发射的QPSK或16QAM调制的毫米波信号，同时获得供接收混频器使用的纯净的毫米 波本振信号。
全文摘要
本发明涉及一种串并联调制光学倍频毫米波RoF系统及其QPSK/16QAM调制方式法。本系统包括中心站和基站及其光纤连接。中心站由一个单纵模激光器、一个双电极Mach-Zehnder光调制器、一个IQ光调制器、两个微波信号源、一个π移相器、一个π/2移相器和一个掺铒光纤放大器构成；基站由一个光探测器、一个前置低噪声放大器、两个毫米波带通滤波器、两个毫米波放大器、一个毫米波双工器和一个毫米波天线构成。本方法采用了一个双电极Mach-Zehnder光调制器与一个IQ光调制器的级联。两种光调制器集成的平衡光波导结构避免了支臂光时延差造成的光源相位干涉噪声对调制信号的影响。
文档编号H04L27/20GK101964683SQ20101029110
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者叶家骏, 李迎春, 林如俭, 蔡尤美, 邹是桓, 魏林 申请人:上海大学