專利名稱：全光產(chǎn)生六倍頻高速毫米波的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光通信技術領域的方法和裝置，具體的說，是在光載無線通信系統(tǒng)中全光產(chǎn)生六倍頻高速毫米波的方法。
背景技術：
光載無線通信是一種新興的技術，它主要結合光纖和無線通信兩大技術，利用光纖的低損耗、高帶寬特性，提升無線接入網(wǎng)的帶寬和移動性，為用戶提供“隨時，隨地，任何業(yè)務”的無線接入服務。與傳統(tǒng)的無線系統(tǒng)相比，光載無線通信有著更廣的蜂窩覆蓋，更高的帶寬，較低的配置成本，較低的功耗以及易于動態(tài)管理和維護等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)超過 mbit/s的超寬帶無線接入，是滿足人們對寬帶業(yè)務需求的極具競爭力的解決方案。在超寬帶蜂窩網(wǎng)絡、室內(nèi)無線局域網(wǎng)絡、視頻分布系統(tǒng)、智能交通通信和控制等領域具有廣泛的應用前景。隨著人們對語音、數(shù)據(jù)、視頻以及交互式服務等移動寬帶業(yè)務需求的日益增加，以及低頻頻段的信道擁塞和相互干擾，在光載無線通信系統(tǒng)中，迫切需要采用高頻毫米波(如最近備受關注的60-GHz毫米波)攜載高速數(shù)據(jù)以提高無線通信系統(tǒng)的容量，同時使無線信道突破擁擠的低頻頻段。傳統(tǒng)的電產(chǎn)生高頻毫米波的方法，受技術和工藝的局限，配置成本高，系統(tǒng)復雜，得到的高頻毫米波調(diào)諧范圍窄，幅頻特性較差，相位噪聲較高，不能很好的滿足實際的需要，特別是對于超過IOO-GHz的高頻信號，目前電產(chǎn)生的方法還難以實現(xiàn)。而基于光頻率相乘的全光產(chǎn)生毫米波的技術，產(chǎn)生的毫米波信號具有很高的頻譜純度和相位相干性，方法簡單，成本低，具有很廣泛的應用前景，吸引了學術界和工業(yè)界越來越多的關注。經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Andreas Wiberg等人在《IEEE Journal of lightwave technology》(《IEEE光波技術期刊》)2006年第M卷中的文章“Microwave photonics frequency multiplication utilizing four-wave mixing and fiber Bragg grating (利用四波混頻和光纖布拉格光柵的微波光子頻率相乘技術)”，該文采用一個標準的馬赫曾德調(diào)制器，以及利用四波混頻非線性效應和光纖布拉格光柵的濾波方法，使用 6. 67-GHz的低速射頻信號，全光產(chǎn)生了 40-GHz (射頻調(diào)制信號頻率的六倍)的高速毫米波， 不需要價格昂貴的高速光電設備。但是這個方案存在如下缺點1、產(chǎn)生四波混頻效應需采用400米長的高非線性光纖，以及高功率光放大器，因此增加了系統(tǒng)的配置成本；2、采用多個分立的光器件使得系統(tǒng)的結構復雜，插入損耗大，難以實現(xiàn)集成化；3、基于高非線性光纖的四波混頻會引起受激布立淵散射而影響四波混頻的效率；4、需要使用光纖布拉格光柵濾除不需要的其它頻率成分，由于光纖布拉格光柵對溫度和光波波長很敏感，因此會導致產(chǎn)生的毫米波缺乏良好的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提出了一種全光產(chǎn)生六倍頻高速毫米波的方法，即使用IO-GHz的低速射頻信號和低速光電設備，全光產(chǎn)生60-GHz的高速毫米波信號。本方案基于微波光子頻率相乘技術，采用兩個標準的低速馬赫曾德調(diào)制器，通過簡單設置兩個馬赫曾德調(diào)制器的偏置電壓，以及控制兩個馬赫曾德調(diào)制器驅(qū)動信號的相位差和幅度，得到頻率為六倍射頻驅(qū)動信號頻率的高頻毫米波。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟
步驟一，信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率為的射頻信號，經(jīng)過電分路器進行處理后后得到第一射頻信號和第二射頻信號，第一射頻信號和第二射頻信號的頻率都是；
步驟二，頻率為的連續(xù)光波，被第一馬赫曾德調(diào)制器調(diào)制，偏置在其傳輸曲線的最高點，用第一射頻信號驅(qū)動第一馬赫曾德調(diào)制器，輸出包含3個諧波成分的光信號，分別為 頻率為的光載波，頻率分別為和的2個二次邊帶；
所述步驟二中，第一馬赫曾德調(diào)制器偏置在最高點，奇次諧波成分(被完全抑制，只保留偶次諧波成分(，其中，高階偶次諧波成分由于光功率很小，因此可以不考慮，最終得到3 個諧波成分分別是光載波()和2個二次邊帶(和)。步驟三，通過電放大器調(diào)節(jié)第一射頻信號的幅度，使得光載波和2個二次邊帶的貝賽爾系數(shù)相等，以使第一馬赫曾德調(diào)制器輸出的光信號的3個諧波成分的光功率相同；
所述貝賽爾系數(shù)，是指通過查詢貝賽爾函數(shù)表得到的數(shù)值，光載波和2個二次邊帶的貝賽爾系數(shù)相等，即有，是射頻信號的幅度，是馬赫曾德調(diào)制器的半波電壓。步驟四，第一馬赫曾德調(diào)制器產(chǎn)生的3個諧波成分被第二馬赫曾德調(diào)制器調(diào)制， 第二馬赫曾德調(diào)制器偏置在傳輸曲線的最低點，并且第二馬赫曾德調(diào)制器由放大了的第二射頻信號驅(qū)動，輸出的光信號包括6個諧波成分；
所述步驟四中，第二馬赫曾德調(diào)制器偏置在傳輸曲線的最低點，將第一馬赫曾德調(diào)制器輸出的3個諧波成分別通過光載波抑制調(diào)制，每一個諧波成分產(chǎn)生兩個新的諧波，共得到6個諧波成分，即頻率為的諧波成分產(chǎn)生頻率為和兩個新的諧波成分，頻率為的諧波成分產(chǎn)生頻率為和兩個新的諧波成分，頻率為的諧波成分產(chǎn)生頻率為和兩個新的諧波成分， 其中頻率分別為和的兩個諧波都產(chǎn)生了頻率為的新諧波成分，品率分別為和的兩個諧波都產(chǎn)生了頻率為的新諧波成分，也即產(chǎn)生了同樣頻率的新成分。步驟五，使用移相器調(diào)節(jié)第一射頻信號和第二射頻信號的相位，使得兩個射頻信號之間的相位相差為60度，則由頻率為的諧波產(chǎn)生的頻率為的新諧波成分與由頻率為的諧波產(chǎn)生的頻率為的新諧波成分頻率相同，兩個新諧波成分的相位完全相反，另外由于兩者的幅度一樣，因此它們恰好相互抵消；同理，頻率為和的諧波產(chǎn)生的頻率均為的新諧波成分也恰好相互抵消，最終只剩下頻率為和的兩個諧波成分，它們的頻率間隔為6倍射頻驅(qū)動信號的頻率，即等于；
步驟六，將得到的頻率間隔為6倍射頻信號頻率的光信號輸入到一個接收機進行光電轉(zhuǎn)換，得到6倍頻的高速毫米波。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果1、從發(fā)射端需要的器件方面比較(不考慮兩個方案中相同的器件)本發(fā)明只需要兩個普通的馬赫曾德調(diào)制器和一個電移相器， 結構簡單，器件少，成本低；2、從得到的毫米波信號性能方面比較本發(fā)明基于線性的光子頻率相乘技術，得到的信號穩(wěn)定，頻譜純度高，相干性好，實施簡單。
具體實施方式
本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。本實施例包括以下步驟
步驟一，信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率為的射頻信號，經(jīng)過電分路器進行處理后后得到第一射頻信號和第二射頻信號，第一射頻信號和第二射頻信號的頻率都是；
步驟二，頻率為的連續(xù)光波，被第一馬赫曾德調(diào)制器調(diào)制，偏置在其傳輸曲線的最高點，用第一射頻信號驅(qū)動第一馬赫曾德調(diào)制器，輸出包含3個諧波成分的光信號，分別為 頻率為的光載波，頻率分別為和的2個二次邊帶；
所述步驟二中，第一馬赫曾德調(diào)制器偏置在最高點，奇次諧波成分(被完全抑制，只保留偶次諧波成分(，其中，高階偶次諧波成分由于光功率很小，因此可以不考慮，最終得到3 個諧波成分分別是光載波()和2個二次邊帶(和)。步驟三，通過電放大器調(diào)節(jié)第一射頻信號的幅度，使得光載波和2個二次邊帶的貝賽爾系數(shù)相等，以使第一馬赫曾德調(diào)制器輸出的光信號的3個諧波成分的光功率相同；
所述貝賽爾系數(shù)，是指通過查詢貝賽爾函數(shù)表得到的數(shù)值，光載波和2個二次邊帶的貝賽爾系數(shù)相等，即有，是射頻信號的幅度，是馬赫曾德調(diào)制器的半波電壓。步驟四，第一馬赫曾德調(diào)制器產(chǎn)生的3個諧波成分被第二馬赫曾德調(diào)制器調(diào)制， 第二馬赫曾德調(diào)制器偏置在傳輸曲線的最低點，并且第二馬赫曾德調(diào)制器由放大了的第二射頻信號驅(qū)動，輸出的光信號包括6個諧波成分；
所述步驟四中，第二馬赫曾德調(diào)制器偏置在傳輸曲線的最低點，將第一馬赫曾德調(diào)制器輸出的3個諧波成分別通過光載波抑制調(diào)制，每一個諧波成分產(chǎn)生兩個新的諧波，共得到6個諧波成分，即頻率為的諧波成分產(chǎn)生頻率為和兩個新的諧波成分，頻率為的諧波成分產(chǎn)生頻率為和兩個新的諧波成分，頻率為的諧波成分產(chǎn)生頻率為和兩個新的諧波成分， 其中頻率分別為和的兩個諧波都產(chǎn)生了頻率為的新諧波成分，品率分別為和的兩個諧波都產(chǎn)生了頻率為的新諧波成分，也即產(chǎn)生了同樣頻率的新成分。步驟五，使用移相器調(diào)節(jié)第一射頻信號和第二射頻信號的相位，使得兩個射頻信號之間的相位相差為60度，則由頻率為的諧波產(chǎn)生的頻率為的新諧波成分與由頻率為的諧波產(chǎn)生的頻率為的新諧波成分頻率相同，兩個新諧波成分的相位完全相反，另外由于兩者的幅度一樣，因此它們恰好相互抵消；同理，頻率為和的諧波產(chǎn)生的頻率均為的新諧波成分也恰好相互抵消，最終只剩下頻率為和的兩個諧波成分，它們的頻率間隔為6倍射頻驅(qū)動信號的頻率，即等于；
步驟六，將得到的頻率間隔為6倍射頻信號頻率的光信號輸入到一個接收機進行光電轉(zhuǎn)換，得到6倍頻的高速毫米波。本實施例通過全光產(chǎn)生六倍頻高速毫米波的裝置實現(xiàn)，包括激光器、信號發(fā)生器、第一馬赫曾德調(diào)制器、第二馬赫曾德調(diào)制器、一個電移相器、一個電分路器、第一電放大器、第二放大器，其中激光器的輸出端口與第一馬赫曾德調(diào)制器的輸入端口相連，信號發(fā)生器的輸出端與電分路器的輸入端相連，電分路器的一個輸出端與第一電放大器的輸入端相連，第一電放大器的輸出端和第一馬赫曾德調(diào)制器的射頻輸入端口相連，第一馬赫曾德調(diào)制器的輸出端口與第二馬赫曾德調(diào)制器的輸入端口相連，電分路器的另一個輸出端口通過電移相器和第二電放大器的輸入端相連，第二電放大器的輸出端口連接到第二馬赫曾德調(diào)制器的射頻輸入端口，第二馬赫曾德調(diào)制器的輸出端口輸出6倍頻的毫米波信號。
本實施例中的第一馬赫曾德調(diào)制器和第二馬赫曾德調(diào)制器均為單臂馬赫曾德調(diào)制器，連續(xù)光波的頻率為，單臂馬赫曾德調(diào)制器被頻率為的射頻信號驅(qū)動，偏置在其傳輸曲線的最高點時，單臂馬赫曾德調(diào)制器輸出的光信號中，奇次諧波成分被完全抑制，只保留偶次諧波成分，最終得到包含0階(頻率成分)和兩個二階諧波成分()的光信號，它們的頻率間隔為2倍射頻驅(qū)動信號頻率()。如果單臂馬赫曾德調(diào)制器被偏置在傳輸曲線的最低點時，馬赫曾德調(diào)制器輸出的光信號中，偶次諧波成分被完全抑制，只保留奇次諧波成分，最終得到包含兩個一階諧波成分()的光信號，它們的頻率間隔也為2倍射頻驅(qū)動信號頻率， 由于其它高次諧波成分相比較一次和二次成分的幅度很小，因此可以忽略不計。
權利要求
1.一種全光產(chǎn)生六倍頻高速毫米波的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一，信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率為
2.根據(jù)權利要求1所述的一種全光產(chǎn)生六倍頻高速毫米波的方法，其特征在于，所述步驟二中，第一馬赫曾德調(diào)制器偏置在最高點，奇次諧波成分被完全抑制，只保留偶次諧波成分，其中高階偶次諧波成分由于光功率很小，不予考慮，最終得到3個諧波成分，分別是頻率為一 c的光載波，頻率分別為—e O L s和―e O 2^ s的2個二次邊帶。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種全光產(chǎn)生六倍頻高速毫米波的方法和裝置，其特征在于，所述貝賽爾系數(shù)，是指通過查詢貝賽爾函數(shù)表得到的數(shù)值，光載波和2個二次邊帶的貝賽爾系數(shù)相等，即有f)n々(gf) 是射頻信號的幅度，ι是馬赫曾德調(diào)制器的半波電壓。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種全光產(chǎn)生六倍頻高速毫米波的方法，其特征在于，所述步驟四中，第二馬赫曾德調(diào)制器偏置在傳輸曲線的最低點，將第一馬赫曾德調(diào)制器輸出的3個諧波成分別通過光載波抑制調(diào)制，每一個諧波成分產(chǎn)生兩個新的諧波，共得到6個諧波成分，即頻率為‘ c的諧波成分產(chǎn)生頻率為‘ e CLi和一 Cd^i兩個新的諧波成分，頻率為…的諧波成分產(chǎn)生頻率為-^0 3-^和―^ □一 s兩個新的諧波成分，頻率S^eEHi的諧波成分產(chǎn)生頻率為‘eCia^i和‘^□‘Λ兩個新的諧波成分，其中頻率分別為-c和‘的兩個諧波都產(chǎn)生了頻率為的新諧波成分，品率分別為-c和-的兩個諧波都產(chǎn)生了頻率為.LeElijf的新諧波成分，也即產(chǎn)生了同樣頻率的新成分。
全文摘要
一種在光載無線通信系統(tǒng)中全光產(chǎn)生高速毫米波的方法，屬于光通信技術領域。方法為兩個標準的馬赫曾德調(diào)制器相互級聯(lián)，分別被低速射頻信號驅(qū)動，通過選擇兩個馬赫曾德調(diào)制器的偏置點分別為傳輸曲線的最高點和最低點，以及簡單地控制兩個馬赫曾德調(diào)制器射頻驅(qū)動信號的幅度和相位，得到重復頻率為六倍射頻信號頻率的高速毫米波。本發(fā)明采用線性的光頻率相乘技術，產(chǎn)生的毫米波具有很好的頻譜純度和相位相干性。該技術不需要昂貴的高速的光電器件和復雜的非線性信號處理技術，大大降低了配置成本，簡化了系統(tǒng)結構。如果采用高速器件，不必改變系統(tǒng)的結構，就可以很容易的提升到100GHz以上的頻段，在未來的無線寬帶通信中具有廣泛的應用前景。
文檔編號H04B10/155GK102255663SQ20111007849
公開日2011年11月23日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權日2011年3月30日
發(fā)明者曹曉晶 申請人:曹曉晶