专利名称：全光产生六倍频高速毫米波的方法
技术领域：
本发明涉及一种光通信技术领域的方法和装置，具体的说，是在光载无线通信系统中全光产生六倍频高速毫米波的方法。
背景技术：
光载无线通信是一种新兴的技术，它主要结合光纤和无线通信两大技术，利用光纤的低损耗、高带宽特性，提升无线接入网的带宽和移动性，为用户提供“随时，随地，任何业务”的无线接入服务。与传统的无线系统相比，光载无线通信有着更广的蜂窝覆盖，更高的带宽，较低的配置成本，较低的功耗以及易于动态管理和维护等优点，能够实现超过 mbit/s的超宽带无线接入，是满足人们对宽带业务需求的极具竞争力的解决方案。在超宽带蜂窝网络、室内无线局域网络、视频分布系统、智能交通通信和控制等领域具有广泛的应用前景。随着人们对语音、数据、视频以及交互式服务等移动宽带业务需求的日益增加，以及低频频段的信道拥塞和相互干扰，在光载无线通信系统中，迫切需要采用高频毫米波(如最近备受关注的60-GHz毫米波)携载高速数据以提高无线通信系统的容量，同时使无线信道突破拥挤的低频频段。传统的电产生高频毫米波的方法，受技术和工艺的局限，配置成本高，系统复杂，得到的高频毫米波调谐范围窄，幅频特性较差，相位噪声较高，不能很好的满足实际的需要，特别是对于超过IOO-GHz的高频信号，目前电产生的方法还难以实现。而基于光频率相乘的全光产生毫米波的技术，产生的毫米波信号具有很高的频谱纯度和相位相干性，方法简单，成本低，具有很广泛的应用前景，吸引了学术界和工业界越来越多的关注。经对现有技术的文献检索发现，Andreas Wiberg等人在《IEEE Journal of lightwave technology》(《IEEE光波技术期刊》)2006年第M卷中的文章“Microwave photonics frequency multiplication utilizing four-wave mixing and fiber Bragg grating (利用四波混频和光纤布拉格光栅的微波光子频率相乘技术)”，该文采用一个标准的马赫曾德调制器，以及利用四波混频非线性效应和光纤布拉格光栅的滤波方法，使用 6. 67-GHz的低速射频信号，全光产生了 40-GHz (射频调制信号频率的六倍)的高速毫米波， 不需要价格昂贵的高速光电设备。但是这个方案存在如下缺点1、产生四波混频效应需采用400米长的高非线性光纤，以及高功率光放大器，因此增加了系统的配置成本；2、采用多个分立的光器件使得系统的结构复杂，插入损耗大，难以实现集成化；3、基于高非线性光纤的四波混频会引起受激布立渊散射而影响四波混频的效率；4、需要使用光纤布拉格光栅滤除不需要的其它频率成分，由于光纤布拉格光栅对温度和光波波长很敏感，因此会导致产生的毫米波缺乏良好的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种全光产生六倍频高速毫米波的方法，即使用IO-GHz的低速射频信号和低速光电设备，全光产生60-GHz的高速毫米波信号。本方案基于微波光子频率相乘技术，采用两个标准的低速马赫曾德调制器，通过简单设置两个马赫曾德调制器的偏置电压，以及控制两个马赫曾德调制器驱动信号的相位差和幅度，得到频率为六倍射频驱动信号频率的高频毫米波。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤
步骤一，信号发生器产生频率为的射频信号，经过电分路器进行处理后后得到第一射频信号和第二射频信号，第一射频信号和第二射频信号的频率都是；
步骤二，频率为的连续光波，被第一马赫曾德调制器调制，偏置在其传输曲线的最高点，用第一射频信号驱动第一马赫曾德调制器，输出包含3个谐波成分的光信号，分别为 频率为的光载波，频率分别为和的2个二次边带；
所述步骤二中，第一马赫曾德调制器偏置在最高点，奇次谐波成分(被完全抑制，只保留偶次谐波成分(，其中，高阶偶次谐波成分由于光功率很小，因此可以不考虑，最终得到3 个谐波成分分别是光载波()和2个二次边带(和)。步骤三，通过电放大器调节第一射频信号的幅度，使得光载波和2个二次边带的贝赛尔系数相等，以使第一马赫曾德调制器输出的光信号的3个谐波成分的光功率相同；
所述贝赛尔系数，是指通过查询贝赛尔函数表得到的数值，光载波和2个二次边带的贝赛尔系数相等，即有，是射频信号的幅度，是马赫曾德调制器的半波电压。步骤四，第一马赫曾德调制器产生的3个谐波成分被第二马赫曾德调制器调制， 第二马赫曾德调制器偏置在传输曲线的最低点，并且第二马赫曾德调制器由放大了的第二射频信号驱动，输出的光信号包括6个谐波成分；
所述步骤四中，第二马赫曾德调制器偏置在传输曲线的最低点，将第一马赫曾德调制器输出的3个谐波成分别通过光载波抑制调制，每一个谐波成分产生两个新的谐波，共得到6个谐波成分，即频率为的谐波成分产生频率为和两个新的谐波成分，频率为的谐波成分产生频率为和两个新的谐波成分，频率为的谐波成分产生频率为和两个新的谐波成分， 其中频率分别为和的两个谐波都产生了频率为的新谐波成分，品率分别为和的两个谐波都产生了频率为的新谐波成分，也即产生了同样频率的新成分。步骤五，使用移相器调节第一射频信号和第二射频信号的相位，使得两个射频信号之间的相位相差为60度，则由频率为的谐波产生的频率为的新谐波成分与由频率为的谐波产生的频率为的新谐波成分频率相同，两个新谐波成分的相位完全相反，另外由于两者的幅度一样，因此它们恰好相互抵消；同理，频率为和的谐波产生的频率均为的新谐波成分也恰好相互抵消，最终只剩下频率为和的两个谐波成分，它们的频率间隔为6倍射频驱动信号的频率，即等于；
步骤六，将得到的频率间隔为6倍射频信号频率的光信号输入到一个接收机进行光电转换，得到6倍频的高速毫米波。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果1、从发射端需要的器件方面比较(不考虑两个方案中相同的器件)本发明只需要两个普通的马赫曾德调制器和一个电移相器， 结构简单，器件少，成本低；2、从得到的毫米波信号性能方面比较本发明基于线性的光子频率相乘技术，得到的信号稳定，频谱纯度高，相干性好，实施简单。
具体实施方式
本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。本实施例包括以下步骤
步骤一，信号发生器产生频率为的射频信号，经过电分路器进行处理后后得到第一射频信号和第二射频信号，第一射频信号和第二射频信号的频率都是；
步骤二，频率为的连续光波，被第一马赫曾德调制器调制，偏置在其传输曲线的最高点，用第一射频信号驱动第一马赫曾德调制器，输出包含3个谐波成分的光信号，分别为 频率为的光载波，频率分别为和的2个二次边带；
所述步骤二中，第一马赫曾德调制器偏置在最高点，奇次谐波成分(被完全抑制，只保留偶次谐波成分(，其中，高阶偶次谐波成分由于光功率很小，因此可以不考虑，最终得到3 个谐波成分分别是光载波()和2个二次边带(和)。步骤三，通过电放大器调节第一射频信号的幅度，使得光载波和2个二次边带的贝赛尔系数相等，以使第一马赫曾德调制器输出的光信号的3个谐波成分的光功率相同；
所述贝赛尔系数，是指通过查询贝赛尔函数表得到的数值，光载波和2个二次边带的贝赛尔系数相等，即有，是射频信号的幅度，是马赫曾德调制器的半波电压。步骤四，第一马赫曾德调制器产生的3个谐波成分被第二马赫曾德调制器调制， 第二马赫曾德调制器偏置在传输曲线的最低点，并且第二马赫曾德调制器由放大了的第二射频信号驱动，输出的光信号包括6个谐波成分；
所述步骤四中，第二马赫曾德调制器偏置在传输曲线的最低点，将第一马赫曾德调制器输出的3个谐波成分别通过光载波抑制调制，每一个谐波成分产生两个新的谐波，共得到6个谐波成分，即频率为的谐波成分产生频率为和两个新的谐波成分，频率为的谐波成分产生频率为和两个新的谐波成分，频率为的谐波成分产生频率为和两个新的谐波成分， 其中频率分别为和的两个谐波都产生了频率为的新谐波成分，品率分别为和的两个谐波都产生了频率为的新谐波成分，也即产生了同样频率的新成分。步骤五，使用移相器调节第一射频信号和第二射频信号的相位，使得两个射频信号之间的相位相差为60度，则由频率为的谐波产生的频率为的新谐波成分与由频率为的谐波产生的频率为的新谐波成分频率相同，两个新谐波成分的相位完全相反，另外由于两者的幅度一样，因此它们恰好相互抵消；同理，频率为和的谐波产生的频率均为的新谐波成分也恰好相互抵消，最终只剩下频率为和的两个谐波成分，它们的频率间隔为6倍射频驱动信号的频率，即等于；
步骤六，将得到的频率间隔为6倍射频信号频率的光信号输入到一个接收机进行光电转换，得到6倍频的高速毫米波。本实施例通过全光产生六倍频高速毫米波的装置实现，包括激光器、信号发生器、第一马赫曾德调制器、第二马赫曾德调制器、一个电移相器、一个电分路器、第一电放大器、第二放大器，其中激光器的输出端口与第一马赫曾德调制器的输入端口相连，信号发生器的输出端与电分路器的输入端相连，电分路器的一个输出端与第一电放大器的输入端相连，第一电放大器的输出端和第一马赫曾德调制器的射频输入端口相连，第一马赫曾德调制器的输出端口与第二马赫曾德调制器的输入端口相连，电分路器的另一个输出端口通过电移相器和第二电放大器的输入端相连，第二电放大器的输出端口连接到第二马赫曾德调制器的射频输入端口，第二马赫曾德调制器的输出端口输出6倍频的毫米波信号。
本实施例中的第一马赫曾德调制器和第二马赫曾德调制器均为单臂马赫曾德调制器，连续光波的频率为，单臂马赫曾德调制器被频率为的射频信号驱动，偏置在其传输曲线的最高点时，单臂马赫曾德调制器输出的光信号中，奇次谐波成分被完全抑制，只保留偶次谐波成分，最终得到包含0阶(频率成分)和两个二阶谐波成分()的光信号，它们的频率间隔为2倍射频驱动信号频率()。如果单臂马赫曾德调制器被偏置在传输曲线的最低点时，马赫曾德调制器输出的光信号中，偶次谐波成分被完全抑制，只保留奇次谐波成分，最终得到包含两个一阶谐波成分()的光信号，它们的频率间隔也为2倍射频驱动信号频率， 由于其它高次谐波成分相比较一次和二次成分的幅度很小，因此可以忽略不计。
权利要求
1.一种全光产生六倍频高速毫米波的方法，其特征在于，包括如下步骤步骤一，信号发生器产生频率为
2.根据权利要求1所述的一种全光产生六倍频高速毫米波的方法，其特征在于，所述步骤二中，第一马赫曾德调制器偏置在最高点，奇次谐波成分被完全抑制，只保留偶次谐波成分，其中高阶偶次谐波成分由于光功率很小，不予考虑，最终得到3个谐波成分，分别是频率为一 c的光载波，频率分别为—e O L s和―e O 2^ s的2个二次边带。
3.根据权利要求1所述的一种全光产生六倍频高速毫米波的方法和装置，其特征在于，所述贝赛尔系数，是指通过查询贝赛尔函数表得到的数值，光载波和2个二次边带的贝赛尔系数相等，即有f)n々(gf) 是射频信号的幅度，ι是马赫曾德调制器的半波电压。
4.根据权利要求1所述的一种全光产生六倍频高速毫米波的方法，其特征在于，所述步骤四中，第二马赫曾德调制器偏置在传输曲线的最低点，将第一马赫曾德调制器输出的3个谐波成分别通过光载波抑制调制，每一个谐波成分产生两个新的谐波，共得到6个谐波成分，即频率为‘ c的谐波成分产生频率为‘ e CLi和一 Cd^i两个新的谐波成分，频率为…的谐波成分产生频率为-^0 3-^和―^ □一 s两个新的谐波成分，频率S^eEHi的谐波成分产生频率为‘eCia^i和‘^□‘Λ两个新的谐波成分，其中频率分别为-c和‘的两个谐波都产生了频率为的新谐波成分，品率分别为-c和-的两个谐波都产生了频率为.LeElijf的新谐波成分，也即产生了同样频率的新成分。
全文摘要
一种在光载无线通信系统中全光产生高速毫米波的方法，属于光通信技术领域。方法为两个标准的马赫曾德调制器相互级联，分别被低速射频信号驱动，通过选择两个马赫曾德调制器的偏置点分别为传输曲线的最高点和最低点，以及简单地控制两个马赫曾德调制器射频驱动信号的幅度和相位，得到重复频率为六倍射频信号频率的高速毫米波。本发明采用线性的光频率相乘技术，产生的毫米波具有很好的频谱纯度和相位相干性。该技术不需要昂贵的高速的光电器件和复杂的非线性信号处理技术，大大降低了配置成本，简化了系统结构。如果采用高速器件，不必改变系统的结构，就可以很容易的提升到100GHz以上的频段，在未来的无线宽带通信中具有广泛的应用前景。
文档编号H04B10/155GK102255663SQ20111007849
公开日2011年11月23日 申请日期2011年3月30日 优先权日2011年3月30日
发明者曹晓晶 申请人:曹晓晶