[发明专利]任意波形超宽带脉冲产生方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子技术和光纤通信技术领域，涉及一种在光载超宽带(UWB)系统、脉冲雷达系统以及光纤无线通信系统中的任意波形超宽带脉冲产生的方法。

背景技术

从二十世纪70年代起，超宽带(Ultra Wide Band，UWB)技术被广泛用于雷达、传感和军用通讯之中。随着2002年美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission，FCC)规定UWB技术可以被用于民用通信之中，UWB的系统可以接入并共享3.1～10.6GHz之间总共7.5GHz的带宽，这项技术引起了广泛的关注。目前，在频域内产生的UWB脉冲信号一般相对带宽较窄，效率不高，为了提高UWB脉冲的频谱利用率，就需要合理设计UWB脉冲的波形。但是，具有高频谱利用率的UWB脉冲持续时间很短，脉冲波形也较为复杂，由于微波电子器件对高频信号的处理能力有限，利用现有技术在频域内产生任意波形的UWB脉冲面临很多技术困难和瓶颈。光载微波(Radio over Fiber，ROF)传输技术是近年来发展起来的利用光学处理方法以及光纤来产生和传输微波信号的一种光纤无线融合技术。ROF技术利用了光纤传输的大宽带和低损耗特性，大大改善了微波传输信道。同时光学处理器件也具有大带宽的特性，可以实现传统微波器件无法实现的超宽带微波信号处理功能。基于此，光载超宽带系统(UWB over fiber)的想法也应运而生，并且成为未来宽带无线接入网络的基本设想。

UWB脉冲的产生是光载UWB系统的关键技术，而任意波形UWB脉冲的产生使得脉冲生成更加灵活，脉冲形状可控并且能产生更加符合美国联邦通信委员会频谱规范的UWB脉冲，从而提高频谱利用率。近期国际上有一些研究机构开展了应用于UWB系统的脉冲的光学产生方法，这种方法具有很宽的工作带宽，波形容易调节并且易于在光纤中传输，可方便的与光纤系统融合。因此，这种方法为未来光载超宽带应用的一项技术基础，有着广泛的应用前景。目前，产生任意波形UWB脉冲的方法主要使用了光纤光栅、高非线性光纤或空间光调制器，利用频谱整形和色散延迟或脉冲叠加的方法实现，但是采用该方法产生的UWB脉冲控制复杂不够灵活，不易同时对其进行编码和调制。

由于美国联邦通信委员会对于UWB室内、室外辐射功率作了严格的限制，而UWB发射信号的频谱和单个脉冲波形有着直接的关系，因此UWB脉冲波形既要符合FCC规定的频谱掩蔽规则同时又要有较高的频谱利用率。基于Parks-McClellan算法的UWB脉冲设计方法中，利用超宽带单周期脉冲延时叠加，得到UWB脉冲。其中，超宽带单周期脉冲的中心频谱为6.85GHz，脉冲之间的延迟时间为35.7ps，利用65个这样的单周期脉冲叠加得到的UWB脉冲时域波形如图1所示，其功率谱密度分布如图2所示。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何产生任意波形的UWB脉冲，使得所生成的UWB脉冲波形既符合美国联邦通信委员会规定的频谱掩蔽规则又有高的频谱利用率。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种任意波形超宽带脉冲产生方法，其包括以下步骤：

S1：在频域中利用任意波形发生器，产生宽带时域脉冲信号；

S2：利用步骤S1中所述任意波形发生器的两路输出口分别产生所述宽带时域脉冲信号的正幅度部分和负幅度部分；

S3：将所述宽带时域脉冲信号的正幅度部分和负幅度部分分别调制为光脉冲信号；

S4：利用时域透镜系统对所述两路光脉冲信号压缩；

S5：将压缩后的两路光脉冲信号中的其中一路经光学延迟后与另一路光脉冲信号同时经差分光电探测器检测，获得压缩后的频域上的超宽带脉冲信号。

其中，所述步骤S3中利用马赫曾德调制器将所述宽带时域脉冲信号的正幅度部分和负幅度部分分别调制为光脉冲信号。

其中，所述时域透镜系统包括相位调制器和色散元件。

其中，所述步骤S5中利用可调谐光学延迟线对所述其中一路光脉冲信号进行光学延迟。

其中，所述步骤S4中对所述两路光脉冲信号压缩时，在所述相位调制器上加上调制电压信号，所述调制电压信号的周期特性为：

exp(jx)＝exp[j(x+2nπ)]，n＝0，±1，±2...

用于对所述光脉冲信号提供平方相移。

其中，所述色散元件为标准单模光纤。

其中，所述加在相位调制器上的调制电压信号和所述色散标准单模光纤长度根据所述光脉冲信号压缩比进行调整。