數據信號上變頻方法和裝置制造方法

數據信號上變頻方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供一種對數據信號進行上變頻的裝置，包括：激光光源，被配置為產生激光載波；調制模塊，被配置為以第一正弦時鐘信號和所述數據信號對所述激光載波進行調制來獲得數據調制光波信號；色散型諧波增強器，被配置為從所述調制模塊接收所述數據調制光波信號，對所述數據調制光波信號進行色散以獲得攜載所述數據信號的光脈沖；光電探測模塊，被配置為通過對所述攜載所述數據信號的光脈沖進行光電探測來獲得電信號；帶通濾波器，被配置為通過對所述電信號進行濾波來獲得上變頻數據電信號。
【專利說明】數據信號上變頻方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種數據信號上變頻的裝置和方法，具體地說，涉及一種在通信系統中對任意待發射數據信號進行光纖傳輸與遠程上變頻的裝置和方法。
【背景技術】
[0002]隨著信息通信需求的不斷激增，對無線通信裝置的要求是更大的容量(通過提高載波頻率、增加通信帶寬寬度實現)、更廣闊的覆蓋范圍(通過提高載波頻率、減小小區覆蓋范圍、增加小區數和結合光纖拉遠結構實現)和多種業務接入能力(通過多種制式的信號提供多種業務)。其中光纖拉遠結構是引入光纖傳輸鏈路，將待發射的無線信號通過光纖鏈路從中心站傳輸到遠端天線單元，在此，無線信號通過天線發送給移動臺或來自移動臺的無線信號被天線接收。由于光纖鏈路具有低損耗、寬帶寬、抗電磁干擾等優點，可在中心站和遠端天線單元之間提供數十GHz的帶寬和幾十km的傳輸距離，這是目前各種電纜線無法做到的。利用此結構，可以低成本方式實現大容量、超密集覆蓋，從而滿足對無線通信裝置的要求。其低成本表現為簡化了遠端天線單元的結構，只需要光電變換、信號放大、濾波等模擬信號處理即可，而復雜的數字信號處理可以置于中心站集中管理，為多個遠端天線單元所共享，從而降低了裝置的運維成本，這一優勢在遠端天線單元數量特別多的微小區、微微小區結構中更為明顯。由于光纖拉遠結構可以低成本方式支持眾多的遠端天線單元，從而支持多個微小區，從而提高了覆蓋率和頻率資源利用率。
[0003]在傳統光纖拉遠結構中，待發射數據信號通常先通過電混頻器變換到指定頻率的載波上，然后經過功率放大和電光調制轉移到光載波上，再經光纖傳輸到遠端天線單元，經光電探測、放大后發射。
[0004]目前，光纖拉遠結構的實現方式主要有:1)射頻傳輸，2)中頻傳輸,3)基帶傳輸，這三種主要方式。如果所加的信號帶寬窄，且載波頻率低于激光器的共振頻率，則可以用信號直接調制激光器獲得調制的光強，當待發射數據信號帶寬寬且載波頻率較高時，需要使用外調制器。經過調制的射頻(中頻，基帶)信號經過光纖傳輸后，在遠端天線單元(又稱基站，天線直放站等，指簡化了信號處理的基站單元，主要進行射頻信號的收發、放大和濾波，除此外不做其他處理，以下叫法不盡相同)被光電探測器探測恢復得到信號。中頻和基帶信號傳輸方式下，接收信號需要再經過上變頻成為射頻信號通過天線發射出去。
[0005]射頻信號傳輸方式如圖la，虛線表示電信號，實線表示光信號。在中心站，需要傳輸的數字信號經數模轉換、中頻調制和射頻調制得到射頻信號，再經電光調制器將射頻信號加到直流光上，經過光纖傳輸到遠端天線單元，在此，光信號經過光電探測恢復出射頻信號，再經功率放大后通過天線發射出去。該方案中，遠端天線單元結構簡單，但是傳輸光載射頻信號的頻率高，受光纖色散影響大。
[0006]中頻信號傳輸方式如圖1b,虛線表電信號，實線表光信號。在中心站，待傳輸的數字信號經數模轉換，中頻混頻得到中頻調制信號，然后通過光電調制加載到準連續的激光光載波上，再經光纖傳輸到遠端天線單元。在遠端天線單元信號經光電探測恢復得到中頻信號，再與射頻本振混頻后得到射頻調制信號，經功率放大后通過天線發射。該方案中，光纖色散對傳輸的信號質量影響顯著減小，但是遠端天線單元需要額外的射頻本振進行上變頻，這使得遠端天線單元結構變得復雜，而可用的信號帶寬受中頻帶寬限制比較小。
[0007]基帶信號傳輸方式如圖lc，虛線表示電信號，實線表示光信號。相比于圖la，在中心站，信號經過數模轉換后直接調制到準連續光上，光纖中傳輸的是基帶信號。在遠端天線單元，需要進行中頻上變頻和射頻上變頻。這種方案，光纖色散影響最小，但是遠端天線單元結構最復雜。
[0008]為了減小光纖色散影響，同時保持遠端天線單元結構的簡單，需要采用其他一些特殊的上變頻方式。目前，主要的上變頻方式有雙波長差拍，載波抑制調制，單邊帶調制以及調頻/調幅變換等。
[0009]如圖2所示為載波抑制調制方案。在中心站處，待傳輸的信號與參考時鐘本振混頻上變頻，通過電光調制加載到光載波上，經光纖傳輸到遠端天線單元，在此通過光濾波器，將光載波和信號分開，信號上下兩個邊帶經過光電探測實現差拍，再經電濾波得到二倍于參考時鐘信號的射頻信號，之后被放大和天線發射。
[0010]如圖3為采用兩個不同頻率的相干光差拍實現信號的上變頻。在中心站，射頻參考本振控制主激光器產生含有高次諧波分量的激光，其經由耦合器注入到參考激光器和從激光器，參考激光器和從激光器分別鎖定兩個不同頻率的諧波，其中一路激光經電光調制加載中頻信號，而后兩路光經耦合器合路后再經光纖傳輸到遠端天線單元，遠端天線單元結構如圖la，兩波長通過光電探測器探測時差拍產生射頻信號。
[0011]圖4為單邊帶調制信號產生方案，在中心站，第一級電光調制器先將中頻信號調制到直流光上，再經第二級雙平行調制器實現單邊帶調制，該調制器的兩臂上分別加射頻本振和90度移相后的射頻本振，得到單邊帶信號經光纖傳輸到遠端天線單元，遠端天線單元結構同圖la，兩波長通過光電探測器探測時差拍產生射頻信號。
[0012]從以上技術方案來看，在光纖拉遠裝置中，不僅要考慮光載無線信號傳輸中受光纖色散影響，同時還要考慮遠端天線單元結構簡單、低成本的要求，其中關鍵技術在于簡單、有效、易行的信號上變頻。本發明把信號上變頻融合到傳輸過程中，利用信號傳輸中的不可避免的色散在遠端天線單元處實現上變頻，從而能很好滿足上述要求。

【發明內容】

[0013]本發明的目的在于克服上述問題，并且提供一種對數據信號進行上變頻的裝置和方法以及一種光纖拉遠通信系統。
[0014]根據本發明一方面，提供一種對數據信號進行上變頻的裝置，包括:激光光源，被配置為產生激光載波；調制模塊，其包括時鐘信號調制器和數據信號調制器，被配置為以第一正弦時鐘信號和所述數據信號對所述激光載波進行調制來獲得數據調制光波信號；色散型諧波增強器，被配置為從所述調制模塊接收所述數據調制光波信號，對所述數據調制光波信號進行色散以獲得攜載所述數據信號的光脈沖；光電探測模塊，被配置為通過對所述攜載所述數據信號的光脈沖進行光電探測來獲得電信號；帶通濾波器，被配置為通過對所述電信號進行濾波來獲得上變頻數據信號。
[0015]根據本發明另一方面，提供一種對數據信號進行上變頻的方法，包括:產生激光載波；以第一正弦時鐘信號和所述數據信號對所述激光載波進行調制來獲得數據調制光波信號；接收所述數據調制光波信號，對所述數據調制光波信號進行色散以獲得攜載所述數據信號的光脈沖；通過對所述攜載所述數據信號的光脈沖進行光電探測來獲得電信號；通過對所述電信號進行濾波來獲得上變頻數據信號。
[0016]根據本發明又一方面，提供一種光纖拉遠通信系統，包括:上述對數據信號進行上變頻的裝置；光放大器，布置在所述調制模塊與所述色散型諧波增強器之間，用于對所述數據調制光波信號進行放大；光耦合器，布置在所述色散型諧波增強器與所述光電探測模塊之間；電放大器，布置在所述帶通濾波器之后，用于對所述上變頻數據電信號進行放大；環行器，與所述電放大器連接；天線，連接到所述環行器，用于發射放大的上變頻數據信號。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]參照對應附圖，從閱讀通過非限定性示例所給出的本發明多個實施例的以下描述，本發明的其它特征和優點將變得更清楚，其中:
[0018]圖1a至圖1c為不同信號傳輸方式的光纖拉遠結構原理框圖，圖1a為射頻傳輸方式，圖1b為中頻傳輸方式，圖1c為基帶傳輸方式；
[0019]圖2為現有技術的上變頻原理框圖，其中，采用雙頻差拍，虛線表示電信號，實線表不光信號；
[0020]圖3為現有技術的上變頻原理框圖，其中，采用雙光源外差方案，虛線表示電信號，實線表不光信號；
[0021]圖4為現有技術的上變頻原理框圖，其中，采用單邊帶外調制器方案，虛線表示電信號，實線表不光信號；
[0022]圖5a和圖5b為根據本發明實施例的脈沖壓縮方式的數據信號上變頻裝置的框圖，圖5c和圖5d為根據本發明實施例的脈沖壓縮方式的數據信號上變頻方法的流程圖，其中，采用一般結構，并且使用強度調制方式、不含切割脈沖，虛線表示電信號，實線表示光信號;
[0023]圖6a和圖6b為根據本發明實施例的脈沖壓縮方式的數據信號上變頻裝置框圖，圖6c和圖6d為根據本發明實施例的脈沖壓縮方式的數據信號上變頻方法的流程圖，其中，采用強度調制方式、含切割脈沖，虛線表示電信號，實線表示光信號；
[0024]圖7a為根據本發明實施例的脈沖壓縮方式數據信號上變頻裝置框圖，圖7b為根據本發明實施例的脈沖壓縮方式數據信號上變頻方法的流程圖，其中，采用正交復用，含切割脈沖，虛線表不電信號，實線表不光信號；
[0025]圖8a為根據本發明實施例的脈沖壓縮方式數據信號上變頻裝置框圖，圖Sb為根據本發明實施例的脈沖壓縮方式數據信號上變頻方法流程圖，其中，數據信號采用相位調制方式，不含切割脈沖，虛線表不電信號，實線表不光信號；
[0026]圖9為根據本發明實施例的脈沖壓縮方式上變頻裝置框圖，其中，采用全雙工結構，一般性結構，虛線表不電信號，實線表不光信號；
[0027]圖10為根據本發明實施例的從脈沖激光載波中提取正弦載波和上行射頻信號下變頻裝置框圖，其中，虛線表示電信號，實線表示光信號；
[0028]圖11-圖19分別示出根據本發明實施例的數據信號上變頻裝置的性能圖線；[0029]圖20是示出根據本發明的各個信號之間的時序圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0031]數據信號強度調制方式脈沖壓縮的數據信號上變頻裝置51
[0032]圖5a為根據本發明實施例的通過脈沖壓縮方式實現數據信號上變頻的數據信號上變頻裝置51的框圖。
[0033]數據信號上變頻裝置51主要針對待發射數據信號以強度方式對激光載波進行調制的實現方式。如圖5a所示，數據信號上變頻裝置51包括激光光源510、調制模塊520、色散型諧波增強器530、光電探測器540和帶通濾波器550。
[0034]激光光源510產生激光作為激光載波，其可以是連續光載波(又稱作直流光、準連續光，表明其光強恒定不變)。
[0035]如圖5a所示，調制模塊520包括時鐘信號調制器5201和數據信號調制器5203。
[0036]時鐘信號調制器5201連接到激光光源510，接收其產生的光載波。時鐘信號調制器5201以正弦時鐘信號對從激光光源510發出的光載波進行調制(在此示出為例如相位調制)，從而獲得相位正弦調制光波信號，并且將該相位正弦調制光波信號發送到數據信號調制器5203。在此，正弦時鐘信號不限于是單頻信號，也可以是雙頻或多頻信號，比如一組諧波信號。
[0037]數據信號調制器5203接收待發射的數據信號，以其來調制(在此示出為例如強度調制)從時鐘信號調制器5201所發送的相位正弦調制光波信號，從而獲得數據調制光波信號，并且將該數據調制光波信號發送到色散型諧波增強器530。在此，數據信號調制器5203是強度調制器。但應理解，數據信號調制器5203不限于此，其也可以是相位調制器。
[0038]色散型諧波增強器530連接到調制模塊520，從調制模塊520中的數據信號調制器5203處接收數據調制光波信號。當數據調制光波信號通過色散型諧波增強器530時，色散型諧波增強器530使得數據調制光波信號經歷色散，從而生成窄光脈沖。色散型諧波增強器530可以包括例如任何傳輸光纖，但不限于此。在此，應理解，色散型諧波增強器530可以是能夠對光波信號產生色散的任何裝置。例如，為實現脈沖壓縮所需的色散，也可以在發射端由中心站加適當的色散補償單元或者在接收端遠端天線單元處加適當的色散補償單元提供，從而使得傳輸距離滿足要求。
[0039]在此，可以根據傳輸光纖長度和指定的光載波頻率來改變正弦時鐘信號幅度，從而調整激光載波的相位調制系數。在此，相位調制系數定義為正弦時鐘信號幅度峰峰值與相位調制器半波電壓之比乘以Pi。通常，所需的載波頻率越高(固定正弦時鐘信號頻率條件下)，則相位調制系數越大，而光纖傳輸距離較短。
[0040]可選地，數據信號上變頻裝置51還可以包括光放大器，布置在調制模塊520與色散型諧波增強器530之間，對來自調制模塊520的數據調制光波信號進行放大。在數據調制光波信號被該光放大器放大后，經過色散型諧波增強器530，受到色散之后傳輸到光電探測器540，如圖5a所示。
[0041]色散型諧波增強器530中的光纖色散使得相位正弦調制光波信號中不同頻率分量的群速度不同。例如，當色散型諧波增強器530為廣泛使用的標準單模光纖時，此時的光纖色散是反常色散。
[0042]此時，正弦時鐘信號的下降沿部分對應著相位正弦調制光波信號中的紅移分量群速度慢于上升沿部分對應著相位正弦調制光波信號中的藍移分量群速度。這使得兩部分能量向中間點(即正弦時鐘信號谷點對應的部分)匯聚，相位正弦調制光波信號形成一個個光脈沖，光脈沖最高點出現在正弦時鐘信號最低點對應的地方。這些光脈沖進一步被壓縮成為窄光脈沖，從而其各高次諧波分量得到增強。原先待發射數據信號的頻譜在脈沖形成過程中仍保持不變。因此，為待發射的數據信號調制而得到的數據調制光波信號的頻譜從低頻搬移到了各高次諧頻。
[0043]另一方面，色散型諧波增強器530中的光纖色散壓縮形成的窄光脈沖相當于對于待發射的數據信號進行時間采樣。當采樣率高于奈奎斯特采樣率時，待發射數據信號的頻譜以該采樣率為周期在頻率軸上周期延拓，且各部分無交疊，從而待發射數據信號的信息被完整保留下來，而其頻譜被搬移到以采樣率各次諧波為中心的頻率處。
[0044]光電探測器540連接到色散型諧波增強器530，從色散型諧波增強器530處接收其生成的光脈沖，通過光電探測而將其轉換為電信號。在此，光電探測器540的帶寬應覆蓋所指定的載波頻率范圍。
[0045]帶通濾波器550連接到光電探測器540，從光電探測器540處接收電信號，對其進行帶通濾波，從而選出指定頻率范圍的帶通信號。帶通濾波器550的中心頻率與指定的光脈沖重復頻率的諧波頻率一致，決定了上變頻后的數據信號載波的頻率。帶通濾波器550的帶寬決定了可用的數據信號帶寬。在此，應理解，帶通濾波器并非嚴格意義上的物理實體，其可以是具體的帶通濾波器實體，也可以是具有通帶特性的射頻放大器或者是發射天線等。
[0046]可選地，數據信號上變頻裝置51還可以包括射頻放大器，布置在帶通濾波器550之后。帶通濾波后的信號經過射頻放大器提升功率后，再經過天線發射出去，為移動臺所接收。
[0047]在此，應理解，包括強度調制和相位調制等的電光調制器的傳遞特性說明了實施方案中正弦時鐘信號調制與待發射數據信號調制(在此示出為例如光載波強度調制)的次序是可以互換的。也就是說，時鐘信號調制器5201和數據信號調制器5203的位置可以互換。雖然圖5a給出的數據信號上變頻裝置51中正弦時鐘信號調制(即光載波相位調制)位于前面，但將其置于待發射數據信號調制之后也同樣可行，并同樣構成本發明的內容，以下所有涉及到的信號調制順序應做同樣理解，除非特別指明。
[0048]數據信號強度調制方式脈沖壓縮的數據信號上變頻裝置52
[0049]將參照圖5b描述根據本發明另一實施例的通過脈沖壓縮實現信號上變頻的數據信號上變頻裝置52的框圖。
[0050]圖5b所示的數據信號上變頻裝置51主要針對待發射數據信號以強度方式對光載波進行調制的實現方式。如圖5b所示，數據信號上變頻裝置52包括激光光源510、調制模塊520、色散型諧波增強器530、光電探測器540和帶通濾波器550。
[0051]圖5b所示的數據信號上變頻裝置52與圖5a所示的數據信號上變頻裝置51的差異僅在于數據信號上變頻裝置52中的調制模塊520中的時鐘信號調制器5201和數據信號調制器5203的位置。在此，數據信號調制器5203與激光光源510連接。而時鐘信號調制器5201布置在數據信號調制器5203之后。
[0052]在圖5b中，數據信號上變頻裝置52中的激光光源510、色散型諧波增強器530、光電探測器540和帶通濾波器550與圖5a所示的相同，在此不再贅述。
[0053]為了簡明，現將僅描述與圖5a的差異。
[0054]數據信號調制器5203連接到激光光源510，接收其產生的光載波。同時，數據信號調制器5203還接收待發射的數據信號，以其對從激光光源510發出的光載波進行調制(在此示出為例如強度調制)，從而獲得數據調制光波信號，并且將該數據調制光波信號發送到時鐘信號調制器5201。在此，數據信號調制器5203是強度調制器。但應理解，數據信號調制器5203不限于此，其也可以是相位調制器。
[0055]時鐘信號調制器5201從數據信號調制器5203接收數據調制光波信號，并且用正弦時鐘信號來調制(在此示出為例如相位調制)該數據調制光波信號，從而獲得相位正弦調制光波信號，并且將該相位正弦調制光波信號發送到色散型諧波增強器530。
[0056]色散型諧波增強器530連接到調制模塊520，從調制模塊520中的時鐘信號調制器5201接收相位正弦調制光波信號。當相位正弦調制光波信號通過色散型諧波增強器530時，色散型諧波增強器530使得相位正弦調制光波信號經歷色散，從而生成光脈沖。色散型諧波增強器530可以包括例如任何傳輸光纖，但不限于此。在此，應理解，色散型諧波增強器530可以是能夠對光信號產生色散的任何裝置。
[0057]數據信號強度調制方式脈沖壓縮的數據信號上變頻方法53
[0058]圖5c為根據本發明實施例的通過脈沖壓縮實現數據信號上變頻的數據信號上變頻方法53的流程圖。
[0059]現將參照圖5c來描述數據信號上變頻方法53。
[0060]在步驟S510中，產生激光作為光載波，其可以是連續光載波(又稱作直流光、準連續光，表明其光強恒定不變)。
[0061]在步驟S520中，以正弦時鐘信號對所產生的光載波進行調制(在此示出為例如相位調制)，從而獲得相位正弦調制光波信號。
[0062]在步驟S530中，接收待發射的數據信號，以其來調制(在此示出為例如強度調制)相位正弦調制光波信號，從而獲得數據調制光波信號。
[0063]在步驟S540中，接收數據調制光波信號，使得數據調制光波信號經歷色散，從而生成光脈沖。
[0064]在步驟S550中，接收所生成的光脈沖，通過光電探測而將其轉換為電信號。
[0065]在步驟S560中，接收電信號，對其進行帶通濾波，從而選出指定頻率范圍的帶通信號，獲得上變頻的數據信號。
[0066]可選地，數據信號上變頻裝置51還可以包括射頻放大器，布置在帶通濾波器550之后。帶通濾波后的信號經過射頻放大器提升功率后，再經過天線發射出去，為移動臺所接收。
[0067]在此，應理解，包括強度調制和相位調制等的電光調制器的傳遞特性說明了實施方案中正弦時鐘信號調制(在此示出為例如光載波相位調制)與待發射數據信號調制(在此示出為例如光載波強度調制)的次序是可以互換的，也就是說，獲得相位正弦調制光波信號和數據調制光波信號的步驟的順序可以互換。雖然圖5c給出的數據信號上變頻方法53中正弦時鐘信號調制(即光載波相位調制)步驟位于前面，但將其置于待發射數據信號調制步驟之后也同樣可行，并同樣構成本發明的內容，以下所有涉及到的信號調制順序應做同樣理解，除非特別指明。
[0068]數據信號強度調制方式脈沖壓縮的數據信號上變頻方法54
[0069]圖5d為根據本發明實施例的通過脈沖壓縮實現數據信號上變頻的數據信號上變頻方法54的流程圖。
[0070]現將參照圖5d來描述數據信號上變頻方法54。
[0071]圖5d所示的數據信號上變頻方法54與圖5c所示的數據信號上變頻方法53的差異僅在于數據信號上變頻方法54中的獲得相位正弦調制光波信號和數據調制光波信號的步驟的順序。在此，在生成光載波之后獲得數據調制光波信號。而時鐘調制信號是在獲得數據調制光波信號之后獲得的。
[0072]在圖5d中，步驟S510、S550和S560與圖5c所示的相同，在此不再贅述。
[0073]為了簡明，現將僅描述與圖5c的差異。
[0074]在步驟S520’中，以數據信號對所產生的光載波進行調制(在此示出為例如相位調制)，從而獲得數據調制光波信號。
[0075]在步驟S530’中，接收正弦時鐘信號，以其來調制(在此示出為例如強度調制)數據調制光波信號，從而獲得相位正弦調制光波信號。
[0076]在步驟S540’中，接收相位正弦調制光波信號，使得相位正弦調制光波信號經歷色散，從而生成光脈沖。
[0077]對光載波強度進行脈沖切割的強度調制方式脈沖壓縮的數據信號上變頻裝置61
[0078]圖6a為根據本發明實施例的脈沖壓縮方式上變頻裝置61的框圖。
[0079]與圖5a類似，圖6a所示的數據信號上變頻裝置61包括激光光源610、調制模塊620、色散型諧波增強器630、光電探測器640和帶通濾波器650。
[0080]在此，激光光源610、時鐘信號調制器6201、數據信號調制器6203、色散型諧波增強器630、光電探測器640和帶通濾波器650分別對應于圖5a所不的激光光源510、時鐘信號調制器5201、數據信號調制器5203、色散型諧波增強器530、光電探測器540和帶通濾波器550，將不再對其贅述。
[0081]為了簡明，現將僅描述與圖5a的差異。
[0082]圖6a所示的數據信號上變頻裝置61與圖5a所示的數據信號上變頻裝置61的差異僅在于，在數據信號上變頻裝置62中，調制模塊620還包括:脈沖切割調制器6205，布置在時鐘信號調制器6201與數據信號調制器6203之間；移相器6207，連接到脈沖切割調制器6205。在此，脈沖切割調制器6205是強度調制器。
[0083]脈沖切割調制器6205對激光光源610所生成的光載波進行脈沖切割。移相器6207接收正弦時鐘信號，對其進行移相，以獲得適當移相的正弦信號。該適當移相的正弦信號驅動脈沖切割調制器6205，將脈沖切割調制器6205偏置在正交點。控制切割的正弦信號幅度等于脈沖切割調制器6205的半波電壓，則原來激光器610發出來的強度恒定的光載波此時變為強度以脈沖方式變化的脈沖光載波。也就是說，脈沖切割調制器6205所生成的脈沖切割信號是脈沖光載波，而脈沖光載波中的每個光脈沖的相位因受時鐘信號調制器6201調制呈現正弦變化方式。[0084]數據信號調制器6203接收待發射的數據信號，以其來調制(在此示出為例如強度調制)從脈沖切割調制器6205所發送的脈沖切割光波信號，從而獲得數據調制光波信號，并且將該數據調制光波信號發送到色散型諧波增強器630。在此，數據信號調制器6203是強度調制器。但應理解，數據信號調制器6203不限于此，其也可以是相位調制器。
[0085]當色散型諧波增強器630為反常色散光纖時，時鐘信號調制器6201所生成的正弦調制信號(在此示出為例如相位調制信號)的最低點對應著脈沖切割調制器6205所生成的光脈沖中心最高點。以此光脈沖為載波，通過數據信號調制器6203將待發射數據信號調制到所述的脈沖光載波上，獲得數據調制光波信號。在此，數據信號調制器6203是強度調制器。但應理解，數據信號調制器6203不限于此，其也可以是相位調制器。
[0086]可選地，數據信號上變頻裝置61還可以包括光放大器，布置在調制模塊620與色散型諧波增強器630之間，對來自調制模塊620的數據調制光波信號進行放大。在數據調制光波信號被該光放大器放大后，經過色散型諧波增強器630，受到色散之后傳輸到光電探測器640，如圖6a所示。
[0087]色散型諧波增強器630的光纖色散使得光脈沖在時域被壓縮成為窄脈沖，從而各高次諧波分量得到增強。原先待發射數據信號的頻譜在脈沖壓縮過程中仍保持不變，因此，數據調制光波信號頻譜從低頻搬移到了各高次諧頻。
[0088]應理解，包括強度調制和相位調制等的電光調制器的傳遞特性說明了實施方案中光載波相位調制與待發射數據信號調制的次序是可以互換的。也就是說，數據信號調制器6203可以布置在時鐘信號調制器6201之前。雖然圖6a給出的數據信號上變頻裝置61中時鐘信號調制器(即光載波相位調制器)位于前面，但將其置于待發射數據信號調制之后也同樣可行，并同樣構成本發明的內容，以下所有涉及到的信號調制順序應做同樣理解，除非特別指明。
[0089]與圖5a所示的數據信號上變頻裝置51相比，圖6a所示的數據信號上變頻裝置61所需的正弦相位調制幅度更小，且生成的光脈沖含有更小的直流分量，功率效率更高。
[0090]對光載波強度進行脈沖切割的強度調制方式脈沖壓縮的數據信號上變頻裝置62
[0091]將參照圖6b描述根據本發明另一實施例的通過脈沖壓縮實現信號上變頻的數據信號上變頻裝置62的框圖。
[0092]如圖6b所示，數據信號上變頻裝置62包括激光光源610、調制模塊620、色散型諧波增強器630、光電探測器640和帶通濾波器650。
[0093]圖6b所示的數據信號上變頻裝置62與圖6a所示的數據信號上變頻裝置61的差異僅在于數據信號上變頻裝置62中的調制模塊620中數據信號調制器6203的位置在時鐘信號調制器6201之前。在此，數據信號調制器6203與激光光源610連接。而時鐘信號調制器6201布置在數據信號調制器6203之后。
[0094]在圖6b中，數據信號上變頻裝置62中的激光光源610、色散型諧波增強器630、光電探測器640和帶通濾波器650與圖6a所示的相同，在此不再贅述。
[0095]為了簡明，現將僅描述與圖6a的差異。
[0096]數據信號調制器6203連接到激光光源610，接收其產生的光載波。同時，數據信號調制器6203還接收待發射的數據信號，以其對從激光光源610發出的光載波進行調制(在此示出為例如強度調制)，從而獲得數據調制光波信號，并且將該數據調制信號發送到時鐘信號調制器6201。在此，數據信號調制器6203是強度調制器。但應理解，數據信號調制器6203不限于此，其也可以是相位調制器。
[0097]時鐘信號調制器6201從數據信號調制器6203接收數據調制光波信號，并且用正弦時鐘信號來調制(在此示出為例如相位調制)該數據調制光波信號，從而獲得正弦調制光波信號，并且將該正弦調制光波信號發送到脈沖切割調制器6205 (強度調制器)。在此，時鐘信號調制器6201是相位調制器。
[0098]移相器6207連接到脈沖切割調制器6205。在此，脈沖切割調制器6205是強度調制器。
[0099]移相器6207接收正弦時鐘信號，對其進行移相，以獲得適當移相的正弦信號。該適當移相的正弦信號驅動脈沖切割調制器6205，將脈沖切割調制器6205偏置在正交點。控制移相的正弦信號幅度等于脈沖切割調制器6205的半波電壓，則原來激光器610發出來的強度恒定的光載波此時變為強度以脈沖方式變化的脈沖光載波。移相器6207將所生成的光脈沖發送到色散型諧波增強器630。
[0100]對光載波強度進行脈沖切割的強度調制方式脈沖壓縮的數據信號上變頻方法63
[0101]圖6c為根據本發明另一實施例的對光載波強度進行脈沖切割的強度調制方式通過脈沖壓縮實現數據信號上變頻的數據信號上變頻方法63的流程圖。
[0102]現將參照圖6c來描述數據信號上變頻方法63。
[0103]在圖6c中，步驟S610、S620以及S640-S660分別與圖5c所示的步驟S510、S520以及S540-S560相同，在此不再贅述。
[0104]為了簡明，現將僅描述與圖5c的差異。
[0105]在步驟S625中，接收正弦時鐘信號，對其進行移相，以獲得適當移相的正弦信號，并且以該適當移相的正弦信號調制相位正弦調制光波信號，以獲得脈沖切割光波信號。
[0106]在步驟S630中，接收待發射的數據信號，以其來調制(在此示出為例如強度調制)脈沖切割光波信號，從而獲得數據調制光波信號。
[0107]對光載波強度進行脈沖切割的強度調制方式脈沖壓縮的數據信號上變頻方法64
[0108]圖6d為根據本發明另一實施例的對光載波強度進行脈沖切割的強度調制方式通過脈沖壓縮實現數據信號上變頻的數據信號上變頻方法64的流程圖。
[0109]現將參照圖6d來描述數據信號上變頻方法64。
[0110]在圖6d中，步驟S610以及S640-S660分別與圖6c所示的步驟S610以及S640-S660相同，在此不再贅述。
[0111]在步驟S620’中，接收所產生的光載波。同時，還接收待發射的數據信號，以其對光載波進行調制(在此示出為例如強度調制)，從而獲得數據調制光波信號
[0112]在步驟S630 ’中，接收數據調制光波信號，并且用正弦時鐘信號來調制(在此示出為例如相位調制)該數據調制光波信號，從而獲得正弦調制光波信號。
[0113]在步驟S635中，接收正弦時鐘信號，對其進行移相，以獲得適當移相的正弦信號，并且以該適當移相的正弦信號調制相位正弦調制光波信號，以獲得脈沖切割的光波信號。
[0114]在步驟S640中，接收脈沖切割光波信號，使得脈沖切割光波信號經歷色散，從而生成光脈沖。
[0115]正交復用數據信號上變頻裝置71[0116]圖7a示出根據本發明另一實施例的正交復用數據信號上變頻裝置71的框圖。
[0117]與圖6a類似，圖7a所示的正交復用數據信號上變頻裝置71包括激光光源710、調制模塊720、色散型諧波增強器730、光電探測器740和帶通濾波器750。
[0118]在此，激光光源710、色散型諧波增強器730、光電探測器740和帶通濾波器750以及調制模塊720中的時鐘信號調制器7201、脈沖切割調制器7205和移相器7207分別對應于圖6a所示的激光光源610、色散型諧波增強器630、光電探測器640和帶通濾波器650以及調制模塊620中的時鐘信號調制器6201、脈沖切割調制器6205和移相器6207，將不再對其贅述。
[0119]為了簡明，現將僅描述與圖6a的差異。
[0120]圖7所示的正交復用數據信號上變頻裝置71與圖6所示的脈沖壓縮數據信號上變頻裝置61不同之處在于，在脈沖切割調制器7205 (在此示出為例如強度調制器，但不限于此)之后布置正交復用數據信號調制器，其包括:光耦合器7209、光延時線7211、同相數據信號調制器7203-1、正交數據信號調制器7203-2以及偏振合波器7213。同相數據信號調制器7203-1和正交數據信號調制器7203-2在此示出為例如強度調制器，但不限于此，其也可以是相位調制器。
[0121]如圖7所示，從脈沖切割調制器7205輸出的脈沖切割光波信號進入光耦合器7209，通過光耦合器7209分為兩路脈沖切割光波信號。這兩路脈沖切割光波信號中的一路輸入到光延時線7211，然后輸入到同相數據信號調制器7203-1，而另一路直接輸入到正交數據信號調制器7203-2。這兩路脈沖切割光波信號中的每路由包括I路(同相)數據信號和Q路(正交)數據信號的待發射數據信號獨立調制。其中一路脈沖切割光波信號經過可調諧光延時線7211引入一定的延時，經過同相數據信號調制器7203-1而受I路數據信號(SP同相數據信號)所調制(在此例如是強度調制)，獲`得同相數據調制信號。而另一路脈沖切割光波信號則直接經過正交數據信號調制器7203-2而受Q路數據信號(即正交數據信號)所調制(在此例如是強度調制)，獲得正交數據調制信號。然后，同相數據調制信號和正交數據調制信號經過偏振合波器7213合成一路數據調制信號。
[0122]可選地，圖7所示的正交復用數據信號上變頻裝置71還可以包括光放大器，布置在偏振合波器7213之后,對來自偏振合波器7213的光信號進行放大。在調制信號被該光放大器放大后，經過色散型諧波增強器730，受到色散之后，得到光脈沖，然后傳輸到光電轉換模塊740，如圖7所示。
[0123]光電探測器740對數據調制信號進行光電探測，獲得電信號。之后，電信號被帶通濾波器750濾波，選出指定頻率范圍的帶通信號。
[0124]可選地，圖7所示的正交復用數據信號上變頻裝置71還可以包括射頻放大器，布置在帶通濾波器750之后。帶通濾波后的信號經過射頻放大器提升功率后，再經過天線發射出去，為移動臺所接收。
[0125]在根據本發明該實施例的正交復用數據信號上變頻裝置71中，兩路調制光載波的相對延時τ與脈沖重復頻率Fmp和發射射頻載波頻率f。有關,可描述為以下公式(I):
m I m Iif I,
[0126]^ = 丁±: = ^~±^^^~ = ~^~ 所士了(I)
fc 4/ "F?V 4<v" tlFnr V 4 J
[0127]其中n為諧波次數，即射頻載波頻率與脈沖重復頻率的比值，m為不大于n/2的正整數。公式(I)表明滿足兩路信號在載波f.。處正交的相對延時有多個值，而為了達到較好的效果，通常取m最接近于n/2的那個值。
[0128]本領域技術人員應理解，雖然圖7所示的正交復用數據信號上變頻裝置71是對同一光源產生的兩載波進行偏振正交合波來實現正交復用的，但對于采用不同光源產生的兩載波合波實現正交復用方案仍然屬于本發明的實施例范疇，因其本質仍是通過兩載波的延時和不相干合波得到正交復用信號。
[0129]同樣，應理解，圖7所示的正交復用數據信號上變頻裝置71中的調制模塊720可根據需要采用圖5a所示的數據信號上變頻裝置51中的調制模塊520產生光載波，無需脈沖切割。也就是說，根據本發明實施例的正交復用數據信號上變頻裝置71可以不包括脈沖切割調制器脈沖切割調制器7205和移相器7207。為了簡明，在此不再贅述。
[0130]而光纖延時線7211也可以放在正交數據調制支路，最終目的是讓同相脈沖切割光波信號與正交脈沖切割光波信號有一定的延時差，具體通過延時同相脈沖切割光波信號與正交脈沖切割光波信號中的任何一路來實現，本質都是相同的，都屬于本發明的內容。
[0131]正交復用數據信號上變頻方法72
[0132]圖7b為根據本發明另一實施例的通過脈沖壓縮實現數據信號上變頻的數據信號上變頻方法72的流程圖。
[0133]現參照圖7b來描述正交復用數據信號上變頻方法72。
[0134]在圖7b中，步驟S710、S720以及S730-S760分別與圖6c所示的步驟S610、S620以及S640-S660相同，在此不再贅述。
[0135]為了簡明，現將僅描述與圖6c的差異。
[0136]在步驟S730中，脈沖切割光波信號經通過光耦合而分為兩路脈沖切割光波信號。
[0137]在步驟S732中，這兩路脈沖切割光波信號中的一路經受延時，然后受I路數據信號(即同相數據信號)所調制(在此例如是強度調制)，獲得同相數據調制光波信號。
[0138]在步驟S734中，這兩路脈沖切割光波信號中的另一路脈沖切割光波信號則直接受Q路數據信號(即正交數據信號)所調制(在此例如是強度調制)，獲得正交數據調制光波信號。
[0139]然后，在步驟S736中，同相數據調制信號和正交數據調制信號合成一路數據調制光波信號。
[0140]在此，應理解，僅為了說明而示出步驟S732在步驟S734之前。然而，步驟S732和步驟S734的順序可以互換，同樣構成本發明。
[0141]待發射數據信號對光載波進行相位調制的數據信號上變頻裝置81
[0142]圖8a為根據本發明實施例的用待發射數據信號對脈沖光載波進行相位調制的數據信號上變頻裝置81的框圖。
[0143]與圖5a所示的數據信號上變頻裝置51相似，根據該實施例的數據信號上變頻裝置81包括激光光源810、調制模塊820、色散型諧波增強器830、光電探測模塊840和帶通濾波器850。調制模塊820包括時鐘信號調制器8201和數據信號調制器8203。光電探測模塊840包括平衡探測器8401和延時差分干涉儀8403。
[0144]在圖8a中，數據信號上變頻裝置81中的激光光源810、調制模塊820中的時鐘信號調制器8201、色散型諧波增強器830和帶通濾波器550與圖5a所示的相同，在此不再贅述。
[0145]為了簡明，現將僅描述與圖5a的差異。
[0146]圖8所示的根據本發明實施例的數據信號上變頻裝置81與圖5所示的數據信號上變頻裝置51主要差別在于:在上變頻裝置51中，調制模塊520中的數據信號調制器5203將待發射數據信號以強度方式調制到光載波上，也就是說，強度調制器5203工作于強度調制方式(偏置在正交點)。而在數據信號上變頻裝置81的調制模塊810中，數據信號調制器8203采用相位調制器而不是強度調制器來將待發射數據信號以相位方式調制到光載波上。也就是說，強度調制器切換到工作于相位調制方式(偏置在零點，主要針對數字調制信號)，或者替換為相位調制器(針對一般調制信號)。
[0147]此外，數據信號上變頻裝置81的光電探測模塊840中采用包括延時差分干涉儀8401和平衡探測器8403的鑒相器，將相位調制信號變換為強度信號。延時差分干涉儀8403上下兩臂的延時與正弦時鐘信號的周期相等。具體工作方式為:相位調制器8201在正弦時鐘信號驅動下對從激光器810發出的激光進行相位調制，得到相位正弦調制光波信號。待發射數據信號通過數據信號調制器8203以相位調制方式加載到所述相位正弦調制光波信號上。
[0148]可選地，數據信號上變頻裝置81可以還包括光放大器，布置在調制模塊820與色散型諧波增強器830之間，對來自調制模塊820的數據調制光波信號進行放大。數據調制光波信號經過該光放大器放大后通過色散型諧波增強器830抵達光電探測模塊840處，在此，信號經過延時差分干涉儀8403轉換為兩路強度互補的脈沖光進入平衡探測器8401，平衡探測器8401輸出雙極性電窄脈沖信號，所述窄脈沖信號被帶通濾波器850濾波。
[0149]可選地，數據信號上變頻裝置81還可以包括射頻放大器，布置在帶通濾波器850之后。帶通濾波后的信號經過射頻放大器放大后通過天線發射出去，為移動臺所接收。
[0150]采用相位調制方式帶來以下幾個好處:因脈沖光載波強度未受調制，可在鑒相之前供上行傳輸信號進行強度調制使用，從而實現全雙工；未受強度調制的脈沖光載波含有豐富的頻率分量，可提取這些分量作載波為上行傳輸信號使用，避免遠端天線單元采用獨立本振產生載波，從而簡化裝置；強度調制探測后的信號為單極性信號，而經鑒相器鑒相、平衡探測器輸出的強度信號為雙極性信號，因此具有更高的功率效率和抗噪聲性能。
[0151]另外，本發明中，不要求進入平衡探測器的兩路光功率嚴格相等，且可根據需要人為引入兩者的功率差異，其目的是控制平衡探測器輸出信號中載波分量的強弱，當所述兩路光功率嚴格相等時，載波分量最弱，隨著功率差別加大，載波分量變強，極端情況是一路光功率為零，則退化成為圖5所示的強度調制解調方式。保留一定強度的載波分量的目的是方便接收端，如移動臺，接收信號時恢復載波。
[0152]應用所述鑒相器得到的強度信號是原始待發射數據信號的差分信號，因此，在接收端解調后需要通過積分或者累加操作來恢復原始待發射數據信號，或者在發射端對待發射數據信號進行積分或累加預操作以消除接收端處理。
[0153]需要說明的是，前述的對光載波進行脈沖切割以及正交復用方法同樣適用于相位調制。
[0154]待發射數據信號對光載波進行相位調制的數據信號上變頻裝置82
[0155]圖Sb為根據本發明實施例的通過脈沖壓縮實現數據信號上變頻的數據信號上變頻方法82的流程圖。
[0156]現將參照圖Sb來描述數據信號上變頻方法82。
[0157]在圖8b中，步驟S810、S820和S860與圖5c所示的步驟S510、S520和S560相同，
在此不再贅述。
[0158]圖Sb所示的數據信號上變頻方法82與圖5c所示的數據信號上變頻方法53的差異僅在于步驟S830-S855。
[0159]為了簡明，現將僅描述與圖5c的差異。
[0160]在步驟S830中，通過相位調制而不是強度調制來產生數據調制光波信號。
[0161]在步驟S850中，對光脈沖進行延時，獲得延時光脈沖。
[0162]在步驟S855中，對延時光脈沖進行平衡探測，獲得電信號。
[0163]基于脈沖壓縮上變頻方法實現的全雙工光纖拉遠通信裝置
[0164]圖9所示為根據本發明實施例的實現的全雙工光纖拉遠通信裝置的框圖。其中，從中心站到遠端天線單元的下行鏈路采用圖8a所示的相位調制方式，而從遠端天線單元到中心站的上行鏈路采用圖5a所示的對脈沖光載波強度調制方式。具體工作方式為:電光相位調制器901在正弦信號驅動下對從激光器902發出的激光進行相位調制，得到光載波，待發射數據信號通過電光相位調制器903以相位調制方式加載到所述光載波上。被調制的光載波經過光放大器904放大后通過傳輸光纖905抵達遠端天線單元906處，在此處演化為窄脈沖形式的光載波，然后被一光稱合器914分為兩束,其中一束光經過延時差分干涉儀912轉換為兩路強度互補的脈沖光，然后進入平衡探測器913，平衡探測器913輸出雙極性電窄脈沖信號，所述雙極性電窄脈沖信號被帶通濾波器908濾波、射頻放大器909放大后通過環形器915和天線910發射出去，成為下行鏈路發射信號。光耦合器914分出來的另一束光被來自天線910接收和環形器915分離以及放大器916放大的上行鏈路信號以強度方式調制，電光強度調制器917實現上行信號對脈沖光載波的強度調制。所述上行信號經過傳輸光纖918達到中心站，為光電探測器919探測，低通濾波器920濾波和電放大器921放大后進行接收處理，實現了上行鏈路通信，從而，整個裝置為全雙工通信裝置。
[0165]應當理解，所述全雙工光纖拉遠通信裝置仍然適用于結合前述的光載波脈沖切割和正交復用方法，由此構成的模塊仍然屬于本發明的內容。
[0166]圖10所示為從脈沖光載波中提取正弦載波對上行射頻信號進行下變頻的模塊1000的框圖。該方案可作為圖9中上行信號調制中的一部分(位于910和907之間)，降低上行信號載波頻率，從而降低對器件的性能要求。圖9的裝置900中下行的光脈沖信號經耦合器輸出的一路光脈沖信號直接經過光電探測器1001探測，得到含有射頻載波頻率分量的電脈沖信號，通過1002的載波恢復單元提取出正弦載波，該單元可以用鎖相環來實現，穩定頻率正好在脈沖重復頻率的整數倍處。提取的正弦載波與天線接收放大后的射頻信號在混頻器1003處混頻，混頻輸出經濾波器1004濾波后得到基帶或中頻信號，再通過光電調制器1005對光載波進行強度調制得到上行光信號。
[0167]上述實施例中采用了重復頻率與數字信號符號率相同的壓縮脈沖信號，但本領域技術人員應該理解，所述脈沖重復頻率不必要求如此，只需大于待調制信號的奈奎斯特采樣率即可，而且待調制信號不僅限于數字信號，也可以是一般模擬限帶信號或帶通信號。
[0168]對上行信號，圖10采用基帶信號(1004輸出)調制為例,但對于射頻信號亦可。[0169]有益效果
[0170]圖1la至圖1lg為對應于圖5的根據本發明實施例的一般性結構的性能圖線，其中，圖1la是被數據調制的壓縮前光強波形，圖1lb和圖1lc是壓縮后光脈沖載波波形和光譜，圖1ld和圖lie是被帶通濾波器濾波用于發射信號的電功率譜和波形，圖1lf和圖1lg是接收解調信號波形和眼圖；
[0171]圖12a至圖12g為對應于圖6的根據本發明實施例的對光載波進行脈沖切割的性能圖線，其中，圖12a是被數據調制的壓縮前光強波形，圖12b和圖12c是壓縮后光脈沖載波波形和光譜，圖12d和圖12e是被帶通濾波器濾波用于發射信號的電功率譜和波形，圖12f和圖12g是接收解調信號波形和眼圖；
[0172]圖13a至圖13h為對應于圖7的根據本發明實施例的1、Q數據正交復用的性能圖線，其中，圖13a是被數據調制的偏振合波前I/Q兩支路光強波形，圖13b和圖13c是I/Q兩支路壓縮后光脈沖載波波形和光譜，圖13d和圖13e是被帶通濾波器濾波用于發射信號的電功率譜和波形，圖13f和圖13g是接收解調后I路信號波形和眼圖，圖13h是接收解調后Q路信號眼圖；
[0173]圖14a至圖14g為對應于圖8的根據本發明實施例的信號對光載波進行相位調制的性能圖線，其中，圖14a是被數據調制的傳輸前光強波形，圖14b是傳輸后光強波形，圖14c和圖14d是傳輸壓縮后經過鑒相器鑒相和平衡探測器探測后的雙極性脈沖波形和頻譜，圖14e和圖14f是被帶通濾波器濾波后用于發射信號的頻譜和波形，圖14g和圖14h是接收解調波形和眼圖；
[0174]圖15a至圖15c為對應于圖9的根據本發明實施例的全雙工結構的性能圖線，其中，圖15a是接收到的上行被數據調制后的光脈沖載波信號，圖15b是被低通濾波后的基帶信號，圖15c是恢復的基帶信號眼圖；(下行信號如圖10所示)；
[0175]圖16a至圖16g為對應于圖5的根據本發明實施例的一般性結構的采用二倍于信號數字信號頻率的時鐘頻率調制產生光脈沖的性能圖線，其中，圖16a是被數據調制的傳輸壓縮前光強波形，圖16b和圖16c是傳輸壓縮后光脈沖載波波形和光譜，圖16d和圖16e是被帶通濾波器濾波后用于發射信號的電功率譜和波形，圖16f和圖16g是接收解調信號波形和眼圖；
[0176]圖17a至圖17g為對應于圖5的根據本發明實施例的一般性結構的的傳輸鋸齒波的性能曲線，其中，圖17a是待傳輸的鋸齒波波形，圖17b是傳輸前被鋸齒波調制的光強波形，圖17c和圖17d是傳輸后光強波形和光譜，圖17e和圖17f是經帶通濾波器濾波后用于發射信號的電功率譜和波形，圖17g是接收解調恢復的鋸齒波信號；
[0177]圖18a至圖18f為對應于圖9的根據本發明實施例的全雙工結構的上行信號為射頻信號的性能曲線，其中，圖18a是下行經傳輸壓縮信號脈沖，圖18b是上行的射頻信號，圖18c是被上行信號調制后的光脈沖信號，圖18d是中心站接收到的上行光脈沖信號，圖18e和圖18f是對上行接收光脈沖進行低通濾波后的信號和眼圖；
[0178]圖19a至圖19d為對應于圖8的根據本發明實施例的信號對光載波進行相位調制的利用下行光信號直接光電探測提取射頻載波的性能曲線，其中，圖19a是下行光信號直接光電探測得到的脈沖波形，圖19b是直接光電探測后電域頻譜，圖19c和圖19d是帶通濾波后射頻載波頻譜和波形。[0179]圖20為對應于圖6a和6b的根據本發明實施例的對光載波進行脈沖切割的各種信號的時序關系，其中從上向下的第一個波形為正弦時鐘信號，用于驅動6203脈沖切割調制器，第二個波形為脈沖切割調制器輸出的正弦調制光波信號，第三個波形為經過數據調制器調制后輸出的數據調制光波信號，第四個波形為經過色散型諧波增強器進行脈沖壓縮后的數據調制光波信號。注意到，當采用的色散型諧波增強器為反常色散光纖時(即普通單模光纖)，驅動時鐘信號調制器的正弦時鐘信號的最低點對準脈沖切割光波信號的最高點，如圖所示，而當色散型諧波增強器為正常色散光纖(比如色散補償光纖)，則該正弦時鐘信號的最高點對準所述脈沖切割光波信號的最高點，這樣才能確保脈沖壓縮。
[0180]本發明利用傳輸光纖色散壓縮頻率啁啾光脈沖，實現將待發射數據信號頻譜搬移到脈沖重復頻率的各次諧波處，從而實現信號上變頻。它利用電光調制器將待發射的信號調制到激光器發出的激光光載波上，在此基礎上，對所述激光光載波進行正弦信號相位調制引入頻率啁啾，利用傳輸光纖的色散將正弦相位調制的連續激光光載波變換為短脈沖形式的激光光載波，由于短脈沖的頻譜中含有大量的諧波分量，待發射數據信號對光脈沖的調制即完成信號頻譜到短脈沖各次諧波為中心的頻譜搬移，實現了信號的上變頻，這樣只需在發射天線處用帶通濾波器將待發射的頻帶信號濾出來放大發射即可。
[0181]與傳統光纖拉遠結構相比，本發明的數據信號上變頻裝置和方法具有如下優勢:
[0182]I)采用寬帶電光調制器取代窄帶的電混頻器直接將待發射數據信號頻譜搬移到載波頻率處，而不像傳統光纖拉遠結構中，先通過電混頻器將待發射數據信號變換到指定頻率的載波上，然后再經過電光調制器轉移到光載波上，寬帶電光調制器具有很大的信號調制帶寬，比如幾個GHz到幾十GHz，遠大于電混頻器帶寬，另外，對以脈沖為載波的線性調制方式比電混頻器基于非線性混頻的調制方式具有更高的線性度和功率動態范圍；
[0183]2)采用低頻電振蕩器作為本振對光載波進行相位調制實現上變頻，變頻后射頻載波頻率為所述本振頻率的各次諧頻，而不是像傳統光纖拉遠結構中那樣采用高頻振蕩器作為本振，采用低頻本振容易獲得較高的信號質量，如低相位噪聲、高功率輸出，受光纖色散影響小，且成本低；
[0184]3)對光載波進行正弦相位調制，利用傳輸光纖色散將所述光載波變換為光脈沖實現上變頻，在光載波變換到光脈沖這一過程中，高次諧頻得到增強，而不像傳統光纖拉遠結構中光纖色散將導致載波功率衰落，惡化信號質量；
[0185]4)遠端天線單元用帶通濾波器從光電探測后的被信號調制的脈沖光載波中選出所需的頻帶信號進行發射，帶通濾波器的頻率響應決定了發射信號的頻譜分布，以滿足對無線信號頻譜管制要求；
[0186]5 )本方法所適用的待發射數據信號可以是任意類型的信號，不僅包括基帶數字信號，還包括任意模擬信號，任意頻帶信號等，對待發射數據信號的唯一要求是信號為帶寬受限信號，它與載波相位正弦調制信號頻率滿足奈奎斯特采樣定理，特別地對于基帶數字信號，當符號率與正弦信號頻率同步時，正弦調制信號最低頻率即為符號率。
[0187]本發明利用重復率相同的兩路激光脈沖光載波承載不同的待發射數據信號，改變兩路光脈沖的相對延時再疊加，可在占據相同的帶寬條件下，實現兩路信號的正交復用，接收端可獨立接收所述兩路信號而相互間無串擾，由于復用信號占用帶寬不變而發射信息加倍使得頻譜利用率提高。[0188]此外，在本發明中，所述激光脈沖光載波用于光纖拉遠結構中，不僅可以攜載下行待發射數據信號，也可在遠端天線單元為上行傳輸信號提供所需的射頻載波，從而進一步簡化裝置結構，因為調制光脈沖的頻譜中含有大量的高純度的諧波分量，在遠端天線單元提取這些諧波分量作為載波可攜載上行傳輸數據，從而避免在遠端天線使用專門的本振源，達到進一步簡化遠端天線單元的目的。
[0189]此外，在本發明中，所述激光脈沖光載波不僅可以強度調制方式承載待發射數據信號，還可以相位調制方式承載待發射數據信號，即待發射數據信號通過相位調制方式加載到所述的經過正弦相位調制的激光載波上，經過光纖傳輸后激光載波演化為窄激光脈沖，信息攜帶在激光脈沖的光學相位上而不是強度上，在遠端天線單元通過鑒相器可將相位變化變換為強度變化，從而按照前述的方法和模塊將待發射數據信號上變頻通過天線發射出去，而未經過鑒相器處理的激光脈沖強度保持恒定，可作為前述的上行信號傳輸的載波使用，最終可實現上下行數據同時傳輸的全雙工裝置。
[0190]此外，在本發明中，為了得到更理想的壓縮激光窄脈沖，除了對激光載波進行相位調制外，還可以進一步對所述激光載波進行強度調制得到脈沖切割方式的激光載波，由于脈沖切割后的激光載波相鄰脈沖之間無能量交疊，可減小相鄰脈沖之間的能量串擾，并減小激光載波中的直流分量，提高功率效率。
[0191]此外，在中心站發射端合理控制光載波相位調制深度和注入光纖的光載波功率，利用光脈沖較高的峰值功率引入傳輸光纖非線性，該非線性與光纖色散的共同作用使得光脈沖在一定距離范圍內保持形狀不變，從而使得光脈沖傳輸較遠的距離，如達到IOOkm以上，而途中無需光放大器補償光功率損失，以進一步簡化鏈路結構和降低裝置成本。
【權利要求】
1.一種對數據信號進行上變頻的裝置，包括: 激光光源，被配置為產生激光載波； 調制模塊，其包括時鐘信號調制器和數據信號調制器，被配置為以第一正弦時鐘信號和所述數據信號對所述激光載波進行調制來獲得數據調制光波信號； 色散型諧波增強器，被配置為從所述調制模塊接收所述數據調制光波信號，對所述數據調制光波信號進行色散以獲得攜載所述數據信號的光脈沖； 光電探測模塊，被配置為通過對所述攜載所述數據信號的光脈沖進行光電探測來獲得電信號； 帶通濾波器，被配置為通過對所述電信號進行濾波來獲得上變頻數據信號。
2.如權利要求1所述的裝置，所述調制模塊包括: 時鐘信號調制器，被配置為以所述第一正弦時鐘信號對所述激光載波進行相位調制；數據信號調制器，被配置為以所述數據信號對所述激光載波進行相位調制和強度調制中的至少一種， 其中，所述數據信號是數字信號、模擬信號和射頻信號中的至少一種，其中，所述第一正弦時鐘信號是單頻信號、雙頻以及多頻信號中的至少一種，并且其中，所述第一正弦時鐘信號的頻率不低于所述數據信號的帶寬。
3.如權利要求2所述的裝置，所述調制模塊還包括: 移相器，被配置為對第二正·弦時鐘信號進行移相，生成移相信號； 脈沖切割調制器，其為強度調制器，布置在所述時鐘信號調制器之后，被配置為以所述移相信號對受所述第一正弦時鐘信號所調制的激光載波進行調制來獲得脈沖切割光波信號， 其中，所述第一正弦時鐘信號和所述第二正弦時鐘信號是同一正弦時鐘信號或彼此同步但頻率不同的正弦時鐘信號。
4.如權利要求3所述的裝置，其中，所述數據信號調制器是正交復用數據信號調制器，被配置為對包括彼此正交的同相數據信號和正交數據信號的正交復用數據信號進行調制，其包括: 光耦合器，被配置為將所述脈沖切割調制器所輸出的脈沖切割光波劃分為同相脈沖切割光波信號和正交脈沖切割光波信號； 光延時線，被配置為接收所述同相脈沖切割光波信號和所述正交脈沖切割光波信號中的至少一個，對其進行延時； 同相數據信號調制器，被配置為以所述同相數據信號對所述延時的同相脈沖切割光波信號或未延時的同相脈沖切割光波信號進行調制； 正交數據信號調制器，被配置為以所述正交數據信號對所述延時的正交脈沖切割光波信號或未延時的正交脈沖切割光波信號進行調制； 偏振合波器，被配置對所述已調制同相數據信號和所述已調制正交數據信號進行合波，以生成所述數據調制光波信號， 其中，所述光延時線所產生的延時與所述上變頻數據信號的載波頻率有關，以使得通過所述帶通濾波器的信號是正交的， 其中，所述同數據信號相調制器和所述數據信號正交調制器是相位調制器和強度調制器中的至少一種。
5.如權利要求2所述的裝置，其中，所述數據信號調制器是相位調制器，所述光電探測模塊包括: 延時差分干涉儀，被配置為通過上下兩臂對所述光脈沖進行延時干涉來獲得兩路強度互補的脈沖光信號，其中，所述上下兩臂的延時與所述第一正弦時鐘信號的周期相等； 平衡探測器，被配置為對所述兩路強度互補的脈沖光信號進行平衡探測，將其變換為幅度變化的雙極性脈沖電信號，以獲得所述電信號， 其中，控制進入所述平衡探測器的所述兩路脈沖光信號的功率的差異來調節所述平衡探測器所輸出的信號中的載波分量的強弱，當所述兩路脈沖光信號的功率嚴格相等時，獲得最弱的載波分量，所述載波分量隨著所述功率的差異增加而變強。
6.如權利要求1所述的裝置，所述色散型諧波增強器還包括:色散補償單元，用于進行色散補償，以改變經過所述色散型諧波增強器的數據調制光波信號的色散，使其適合于變頻。
7.如權利要求3所述的裝置，其中，所述色散型諧波增強器為反常色散光纖或正常色散光纖，并且其中，所述第一正弦時鐘信號與所述脈沖切割光波信號之間的定時關系取決于所述色散型諧波增強器的色散，當所述色散型諧波增強器為反常色散光纖時，所述第一正弦時鐘信號的最低點對準所述脈沖切割光波信號的最高點，當所述色散型諧波增強器為正常色散光纖時，所述第一正弦信號的最高點對準所述脈沖切割光波信號的最高點。
8.—種對數據信號進行上變頻的方法，包括: 產生激光載波； 以第一正弦時鐘信號和所述數據信號對所述激光載波進行調制來獲得數據調制光波信號; 接收所述數據調制光波信號，對所述數據調制光波信號進行色散以獲得攜載所述數據信號的光脈沖； 通過對所述攜載所述數據信號的光脈沖進行光電探測來獲得電信號； 通過對所述電信號進行濾波來獲得上變頻數據信號。
9.如權利要求8所述的方法，其中，獲得數據調制光波信號的步驟包括: 以所述第一正弦時鐘信號對所述激光載波進行相位調制； 以所述數據信號對所述所述激光載波進行相位調制和強度調制中的至少一種， 其中，所述數據信號是數字信號、模擬信號和射頻信號中的至少一種，其中，所述第一正弦時鐘信號是單頻信號、雙頻以及多頻信號中的至少一種，并且其中，所述第一正弦時鐘信號的頻率不低于所述數據信號的帶寬。
10.如權利要求9所述的方法，獲得數據調制光波信號的步驟還包括: 對第二正弦時鐘信號進行移相，生成移相信號； 以所述移相信號對受所述第一正弦時鐘信號所調制的激光載波進行強度調制來獲得脈沖切割光波信號， 其中，所述第一正弦時鐘信號和所述第二正弦時鐘信號是同一正弦時鐘信號或彼此同步但頻率不同的正弦時鐘信號。
11.如權利要求10所述的方法，其中，所述數據信號是包括彼此正交的同相數據信號和正交數據信號的正交復用數據信號，獲得數據調制光波信號的步驟還包括: 將所述脈沖切割光波信號劃分為同相脈沖切割光波信號和正交脈沖切割光波信號；接收所述同相脈沖切割光波信號和所述正交脈沖切割光波信號中的至少一個，對其進行延時； 以所述同相數據信號對所述延時的同相脈沖切割光波信號或未延時的同相脈沖切割光波信號進行調制； 以所述正交數據信號對所述延時的正交脈沖切割光波信號或未延時的正交脈沖切割光波信號進行調制； 對所述已調制同相數據信號和所述已調制正交數據信號進行合波，以生成所述數據調制光波信號， 其中，所述延時與所述上變頻數據信號的載波頻率有關，以使得通過所述濾波所得的/[目號是正交的， 其中，所述同相數據信號和所述正交數據信號進行的調制是相位調制和強度調制中的至少一種。
12.如權利要求9所述的方法，其中，所述數據信號進行的調制是相位調制，所述光電探測步驟還包括: 對所述光脈沖進行延時干涉來獲得兩路強度互補的脈沖光信號，其中，所述上下兩臂的延時與所述第一正弦時鐘信號的周期相等； 對所述兩路強度互補的脈沖光信號進行平衡探測，將其變換為幅度變化的雙極性脈沖電信號，以獲得所述電信號， 其中，控制經歷所述平衡探測的所述兩路脈沖光信號的功率的差異來調節所述平衡探測步驟所輸出的信號中的載波分量的強弱，當所述兩路脈沖光信號的功率嚴格相等時，獲得最弱的載波分量，所述載波分量隨著所述功率的差異增加而變強。
13.如權利要求8所述的方法，還包括:進行色散補償，以改變所述數據調制光波信號的色散，使其適合于變頻。
14.如權利要求10所述的方法，其中，所述色散為反常色散或正常色散，并且其中，所述第一正弦時鐘信號與所述脈沖切割光波信號之間的定時關系取決于所述色散，當所述色散為反常色散時，所述第一正弦時鐘信號的最低點對準所述脈沖切割光波信號的最高點，當所述色散為正常色散時，所述第一正弦信號的最高點對準所述脈沖切割光波信號的最高點。
15.—種光纖拉遠通信系統,包括: 如權利要求1所述的裝置； 光放大器，布置在所述調制模塊與所述色散型諧波增強器之間，用于對所述數據調制光波信號進行放大； 光耦合器，布置在所述色散型諧波增強器與所述光電探測模塊之間； 電放大器，布置在所述帶通濾波器之后，用于對所述上變頻數據電信號進行放大； 環行器，與所述電放大器連接； 天線，連接到所述環行器，用于發射放大的上變頻數據信號。
【文檔編號】H04B10/2575GK103595477SQ201310432573
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年9月22日 優先權日:2013年9月22日
【發明者】聞和, 陳寬桐, 鄭小平, 張漢一, 周炳琨 申請人:清華大學