分布式光載無線通信系統中基于光頻譜處理同時實現色散補償和高信號增益的方法技術方案

提出了一種能應用于分布式光載無線通信系統的基于光頻譜處理同時實現色散補償和高信號增益的方法，該方法包括以下步驟：在小信號調制的分布式光載無線通信系統中，把激光注入到相位調制器里并加載射頻信號。相位調制器輸出光子信號，并經過光信號處理器。該處理器對光子信號的各個邊帶進行相位預失真，并且對光載波邊帶進行抑制。輸出光信號被摻鉺光纖放大器放大，光纖放大器的增益等于光處理器對光載波邊帶的抑制功率。其輸出信號經過1：N光功分器和光開關后被分配到合適的光纖鏈路上，經過光纖傳輸被遠端接入點里的光電探測器探測與解調。從而該通信系統的色散補償以及低增益問題能被有效解決。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種基于光頻譜處理同時實現色散補償和高信號增益的方法，該方法能被應用在分布式光載無線系統中。
技術介紹
隨著第四代移動通信大規模商用，LTE網絡正在經歷從廣覆蓋向深度覆蓋，從輕載網向重載網的重大轉變，網絡結構和運維日趨復雜，面臨著流量爆炸式增長(500～1000倍增長)、深度覆蓋、高頻組網穿墻損耗以及選址和施工困難等一系列挑戰，對基站靈活部署和簡易維護的需求愈發迫切。目前，從國內外運營商的實踐看，基站的小型化、智能化、低功耗成為重要趨勢。所以，融合了PicoCell、MicroCell以及SmallCell技術的分布式光載無線通信技術應運而生，它成為高速率、寬帶寬、低功耗、全智能、廣覆蓋4G以及5G接入網的重要解決方案，在4G以及下5G通信中扮演著非常重要的角色。具有分布式天線的光載無線通信系統，是光纖通信系統和無線通信系統的高效融合。在技術上，它把傳統的宏基站分拆成基帶處理單元和射頻拉遠單元，通過光纖進行信號的饋送。集中式的基帶處理單元，能有效實現基站小型化，并且降低基站功耗以及開發和維護成本，而分布式的射頻拉遠單元能提高無線覆蓋范圍，實現無縫接入。與傳統的無線通信系統相比，該系統能高效利用光纖傳輸的低損耗以及寬帶寬等優點，也很好地繼承了傳統無線通信系統中的控制靈活性以及無線覆蓋等優點。但是，與其同時，由于該通信系統利用光纖進行寬帶信號傳輸，所以由色散引起的功率耗散問題，成為其中一個制約其系統性能的關鍵問題。另外，由于調制以及解調過程中會損耗大量的射頻功率(～45dB)，所以低增益也成為制約該系統的一個重要問題，其嚴重制約系統的信噪比。如何在分布式光載無線通信系統中實現色散補償以及高信號增益，成為重要的學術課題。近幾年，用本振功率操控、Sagnac環實現高鏈路增益的方法已被報道，而用色散補償光纖、預失真、雙電極強度調制器，雙平衡強度調制器以及光相位共軛的方法來補償色散的方法已實現。然而，本振功率操控法和Sagnac環法都需要額外的本振源。色散補償光纖法、預失真法以及光相位共軛法都不太適用于寬帶信號中，雙電極強度調制器法以及雙平衡雙電極強度調制器法則需要解決偏壓的零點漂移等問題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于光頻譜處理同時實現色散補償以及高信號增益的方法。該方法可用于具有分布式天線的光載無線通信系統。根據本專利技術，提供一種基于光頻譜處理同時實現色散補償以及高信號增益的方法。在小信號調制的分布式光載無線通信系統中，把激光注入到相位調制器里并加載射頻信號。相位調制器輸出光子信號，并經過光信號處理器。該處理器對光子信號的各個邊帶進行相位預失真，并且對光載波邊帶進行抑制。對各邊帶預操作的相位預失真，能補償光信號在光纖中傳輸時由色散引起的在不同光邊帶的相移，從而最終補償色散。而對光載波進行抑制，然后用光纖放大器放大光信號，當光纖放大器的增益等于載波抑制功率時，載波的功率能被完全補償，但是正負一階邊帶被放大，因此，系統的信號增益能被提高。從而該通信系統的色散補償以及低增益問題能被有效解決。附圖說明通過下面結合附圖進行的對實施例的描述，本專利技術的上述和/或其他目的和優點將會變得更加清楚，其中：圖1示出系統結構框圖圖2示出光信號各邊帶在本方案中的頻譜幅度以及相位變化圖。圖3示出系統色散改善圖圖4示出系統增益改善圖圖5示出系統無雜散動態范圍改善圖具體實施方式下面將結合附圖對本專利技術的實施方式進行詳細描述。圖1中描述了基于光頻譜處理同時實現色散補償以及高信號增益的總體系統結構圖，其中S101為集中式基站，S102為波長可調諧激光器，光載波從S102中輸出后經過S103相位調制器。同時，射頻信號S104加載到S103相位調制器的電極上，來調制光載波。被調制的光信號經過S105光信號處理器，該處理器由S106環形器、S107光柵、S108透鏡以及S109硅基液晶組成。該處理器對光子信號的載波以及正負一階邊帶進行相位預失真，并且對光載波邊帶進行抑制。其后，輸出光信號被S110光纖放大器放大，光纖放大器的增益等于光處理器對光載波邊帶的抑制功率。其輸出信號經過S1111：N光功分器和S112光開關(由S113偏振控制器和S114檢偏器組成)后被分配到合適的光纖鏈路上，經過S115光纖傳輸被S116遠端接入點里的S117光電探測器探測與解調。系統的理論分析如下：光載波經過S103相位調制器被S104射頻調制后的表達式如下：其中Pin是激光器輸出光功率，ωo是光載波角頻率，ω1是射頻信號角頻率，m＝πVm/Vπ是射頻信號調制深度，Vm是射頻信號的幅度，Vπ是S103相位調制器的半波電壓。其后，被調制的光信號經過S105光信號處理器，該處理器對光子信號的載波以及正負一階邊帶進行相位預失真，并且對光載波邊帶進行抑制。在小信號調制的情況下(m<0.05)，二階光邊帶以及高階光邊帶由于其信號功率極小，可以被忽略不計。所以，相位調制器輸出的光信號的表達式為：其中，α是光載波邊帶的功率衰減系數，β和γ分別是光載波邊帶和光一階邊帶上的光相位預失真。其后，輸出光信號被光纖放大器放大，光纖放大器的增益等于光處理器對光載波邊帶的抑制功率。其輸出信號經過1：N光功分器和光開關(由偏振控制器和檢偏器組成)后被分配到合適的光纖鏈路上，經過光纖傳輸后，輸出的光信號的表達式為：其中，為鏈路總功率損耗，G為光纖放大器增益，以及為色散引起的在光載波邊帶、一階上邊帶以及一階下邊帶引起的相移。當各邊帶上的相位相同時，色散引起的功率衰落現象將不會起作用。此時，當時，鏈路色散能被完全補償。這時，其后，從光纖輸出的光信號被遠端接入點里的光電探測器所探測以及解調，其解調后的電信號能被表達為：其中，R為光電探測器的響應效率。另外，該系統的信號增益為其中Zout為輸出信號的匹配阻抗，為輸入射頻信號的輸入功率。而無色散補償的雙邊帶調制以及單邊帶調制通信系統的信號增益為和所以，三個系統的增益對比如下：Gour:GDSB:GSSB＝4G2α:4:1由上式可知，信號增益能被提高，當G2＞α。因此，我們所提倡的分布式光載無線通信系統能實現色散補償以及高信號增益。圖2是示出光信號各邊帶在本方案中的頻譜幅度以及相位變化圖。圖2(a)給出S103相位調制器輸出的光信號的幅度與相位頻譜圖；圖2(b)給出S105光處理器輸出的光信號的幅度與相位頻譜圖，很明顯，相位預失真角度α與β已被加載到載波邊帶和一階邊帶上，而載波邊帶功率也得到抑制；圖2(c)給出S115光纖輸出的光信號，此時，所有邊帶的總相位相等，所以由上面的理論分析可知，系統的色散得到很好補償。圖3示出系統色散改善圖。對比雙邊帶無補償通信系統的頻率響應(圖中用帶圓點的直線表示)，我們所提倡的通信系統(圖中用帶小正方形的直線表示)在頻率響應上趨向平坦，基本不受色散的影響；與單邊帶無補償通信系統的頻率響應(圖中用帶菱形的直線表示)，我們所提倡的通信系統具有很高的信號增益。圖4示出系統增益改善圖。在同樣的實驗條件下，我們所提倡的系統、雙邊帶通信系統以及單邊帶通信系統的探測信號分別為-27.26dB、-37.85dB以及-42.42dB。由于我們鏈路的高信號增益，鏈路的增益相比其他兩個通信系統分別提高了10.59d本文檔來自技高網...

【技術保護點】
分布式光載無線通信系統中基于光頻譜處理同時實現色散補償和高信號增益方法，該方法包括以下步驟：在小信號調制的分布式光載無線通信系統中，把激光注入到相位調制器里并加載射頻信號。相位調制器輸出光子信號，并經過光信號處理器。該處理器對光信號的各個邊帶進行相位預失真，并且對光載波邊帶進行抑制。輸出光信號被摻鉺光纖放大器放大，光纖放大器的增益等于光處理器對光載波邊帶的抑制功率。其輸出信號經過1：N光功分器和光開關后被分配到合適的光纖鏈路上，經過光纖傳輸被遠端接入點里的光電探測器探測與解調。

【技術特征摘要】
1.分布式光載無線通信系統中基于光頻譜處理同時實現色散補償和高信號增益方法，該方法包括以下步驟：在小信號調制的分布式光載無線通信系統中，把激光注入到相位調制器里并加載射頻信號。相位調制器輸出光子信號，并經過光信號處理器。該處理器對光信號的各個邊帶進行相位預失真，并且對光載波邊帶進行抑制。輸出光信號被摻鉺光纖放大器放大，光纖放大器的增益等于光處理器對光載波邊帶的抑制功率。其輸出信號經過1：N光功分器和光開關后被分配到合適的光纖鏈路上，經過光纖傳輸被遠端接入點里的光電探測器探測與解調。2.如權利要求1所述的方法，小信號調制要求相位調制器上加載的射頻信號的調制指數不大于0.05。這樣直接從相位調制器...

【專利技術屬性】
技術研發人員：喻松，謝志鵬，蔡善勇，顧婉儀，
申請(專利權)人：北京郵電大學，
類型：發明
國別省市：北京;11