[发明专利]采用半导体光放大器产生毫米波及其在光载微波通信系统中的应用方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于光纤无线通信技术领域，特别涉及毫米波的产生及光载微波(ROF)的光纤无线接入技术。 

背景技术

近年来，以互联网协议(IP)为基础的互联网业务，如远程教育、视频点播及高清晰电视等持续增长，不但对现有网络的带宽容量提出了越来越高的要求，而且也对现有网络组网灵活性提出了新的要求，尤其对宽带灵活的接入网技术提出更高的要求，因此光纤无线融合的宽带接入技术将是未来接入网的优选方案之一。光载微波(ROF，Radio over Fiber)系统是光纤无线融合的主要技术，其主要由中心站、光纤链路、基站和无线终端四个部分组成。在该系统中，用户终端可设置在家庭、小区、办公区和商场等。由于发射信号的载波频率为60GHz，大气衰减大，辐射范围只有数十米。因此设计光纤无线系统时，应该将核心部分转移到中心站，通过共享中心站来达到降低每个用户成本的目的。 

在中心站(CS)与基站(BS)之间的光纤链路可以传输三种类型的信号，分别是光载基带信号，光载中频信号以及光载射频信号。其中由于基带信号需要在BS有60GHz毫米波信号源，不利于基站的简化和低成本。对于传输射频信号，优点在于将微波信号源放置在CS，在基站只需要进行光探测和放大，降低了基站的复杂度，但是由于直接传输射频信号，带宽大，色散强，不利于复用，另外中心站的微波源成本也很高。传输中频信号，在中心站对微波源的要求降低，成本减小，然后中频信号带宽小，通过进行副载波复用，可以增加系统容量，但在基站需要进行毫米波的产生处理，因此如何使得基站的毫米波产生达到简化，降低成本，是目前研究的热点之一。 

毫米波是介于微波与光波之间的电磁波，相应的频段为30GHz～300GHz。毫米波的主要特点为波长短(频率高)，带宽宽，在空间中传播与大气环境关系密切，其优势在于有利于射频设备的微小型化和频谱资源十分丰富等。传播环境对毫米波的传播影响较大，目前毫米波 的应用较多集中在60GHz波段上。自2000年8月起，59～66GHz的频段已开放给公共使用，如超高速WLAN、无线家庭网络、宽带移动接入系统、卫星广播节目的传输系统、CATV无线传输系统及交通工具间的通信系统等。 

光纤具有高带宽，不受电磁干扰等优点。无线系统具有随时随地接入的优点，但是受目前低频载波低带宽低速率，易受干扰的弊病。在这样的背景下，光纤和无线的融合就成了研究的热点和趋势。为了提高带宽，则需要提高副载波频率-60GHz频段具有毫米波系统所共有的两个优点：一是频带宽，系统传送的信息速率可达到20～100Mbps量级，能建立3G移动通信系统、4G移动通信系统和802.11a WLAN容量大得多的通信系统，可以支持更多的业务；二是可以设计天线和设备更小更轻的系统，系统便于安装，便于车载，是移动多媒体网络的优选方案之一。将毫米波通信和光纤传输技术相融合形成的60GHz毫米波ROF传输系统，兼备了二者的优点-系统频带宽、天线设备尺寸小，频率重用率高和抗电磁干扰能力强。 

目前毫米波产生方法主要有采用光外差法、外部光学调制器法、双波长激光器法、采用高非线性色散位移光纤法和波分复用(WDM)法等，但这些方法存在一些不足，例如色散严重、成本较高、稳定性较差或信号光/泵浦光功率较大等。因此研究新的毫米波产生方法及其在ROF中的应用尤为重要。本发明试图提出新颖的毫米波的产生方法及其在ROF系统中的应用方法，采用半导体光放大器和WDM解复用器实现毫米波的产生方法具有创新性和创造性，在目前的技术方案中尚未见到相关的文献报道和专利申请。在文献[All-optical frequencydown-conversion based on cross-phase modulation in high nonlinearity dispersion-shifted fiber forWDM radio over fiber application，H.Yang，J.Sun，Q.Du，Optica Applicata，2009，39(1)：51-62]，作者提出了WDM光射频信号在高非线性色散位移光纤中实现交叉相位调制方法实现变频，但该系统结构复杂，成本较高。在采用SOA产生毫米波方法上，如2010年5月26日公开的，公布号为101713900A，名称为“一种采用SOA产生ROF系统毫米波的方法及装置”的中国发明专利公开说明书就公开了采用双光源实现的毫米波产生方法。尽管在该发明中，对采用SOA实现了ROF系统中的毫米波方法及装置，但成本较高，且频率使用率较低。 

发明内容