[发明专利]基于光真延时的对射频信号整形的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及基于光真延时的对射频信号整形的系统和方法。

背景技术

量子光学中，角动量作为一个基本物理量可以分为自旋角动量（SAM）和轨道角动量（OAM）。1992年，Allen提出螺旋形相位波束的方位角项包含有垂直于光的传播方向的OAM态分量。螺旋形波振面的光束已经经过了数十年的研究，至今OAM的应用主要涉及光域处理、光学捕获、光镊、光涡旋等领域。无限的OAM本征态可以使得一个单一的光子承载无限量的信息,所以其为光通信提供了广阔的前景。

2004年，在自由空间信息传送与通信中使用OAM的概念被首次提出，同时也成为一个研究热点。2011年，一种在自由空间光通信中利用光涡旋进行复用解复用的大容量通信方式被提出。

近期，一种利用OAM复用实现T比特自由空间数据传输的方案被提出，并表明OAM对于增加自由空间通信容量可能是一个有用的自由度。其工作的关键技术是通过四块昂贵的反射式向列型液晶空间光调制器来实现螺旋形波前和平面波前的转换。光波的电磁场基本物理性质可以转移到射频信号上，而对应产生的电磁涡旋也具有良好的应用前景。电磁涡旋可模拟实现，其中OAM是通过电相移器形成螺旋形相位分布的圆形天线阵列产生的。该技术虽然产生了OAM态的RF信号即电磁涡旋，但类似电相移器的电气元件的指向精度有误差，并且在较大的传输带宽下因电相移器指向不准而导致性能急剧恶化，所以会限制频谱带宽和相移分辨率。

发明内容

为了克服电相移器的分辨率误差以及对带宽的限制，本发明公开了基于光真延时（Optical True Time Delay，简称OTTD）来产生和消除射频信号的OAM的方法和系统。用射频信号调制特定波长的光波，调制后的相同波长的光波经过OTTD单元产生符合OAM态要求的螺旋形相位，然后由天线发送；在无线空间中传输的具有所述相位的射频信号具有OAM，不同的OAM彼此正交；天线接收具有OAM态的射频信号，接收后的射频信号被调制成具有螺旋形相位的光波，由OTTD单元对所述光波做相位补偿后使相同波长的相位相同，解调所述光波恢复射频信号。本发明同时公开了支持相同频率上多个射频信号的OAM的复用和解复用的方法和系统。所述OAM态垂直于射频信号在自由空间的传播方向。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于光真延时的对射频信号整形的发送系统，所述发送系统包括：光源，用于产生特定波长的光波；电光调制器（EOM），所述电光调制器用第一射频信号调制所述光源产生的光波；分光器（Optical Spliter）和光真延时链路，所述分光器把经电光调制器调制后的光波送至所述光真延时链路，相同波长的所述光波通过所述光真延时链路后的时延差呈符合对应OAM的要求；光电探测器（PD），所述光电探测器把通过所述光真延时链路的所述光波解调恢复为第二射频信号；天线，以及用于发送第二射频信号的天线。

进一步的，由于具有不同轨道量子数的OAM态的射频信号具有正交性，并且具有上述正交性的射频信号在空间内长距离传输的物理可行性已经被试验证实，所以根据本发明可实现基于OTTD的频率复用系统。

在前述公布的发送系统基础上，所述频率复用系统可具有多个光源、多个EOM、光放大器以及耦合器等。所述频率复用系统的每个光源发出波长不同的光波，每个电光调制器用频率相同携带信息不同的RF信号调制对应的光源发出的光，其中每种波长对应一种OAM态的轨道量子数，所述耦合器把各路光波耦合成一路并经光放大器放大后送给分光器，再经过光真延时链路和光电探测器，最后被天线发送。

根据本发明的第二方面，提供了一种基于光真延时的接收具有OAM态的射频信号的接收系统，所述接收系统包括：天线，用于接收射频信号，接收后的射频信号是第二射频信号；光源，用于产生特定波长的光波；电光调制器（EOM），把所述第二射频信号调制成光波信号；光真延时链路和第一耦合器（first Combiner），所述光真延时链路用于补偿通过所述光真延时链路的光波的相位差，所述第一耦合器耦合经过所述光真延时链路的光波；光电探测器（PD），所述光电探测器解调所述耦合器输出的光波，将其恢复为第一射频信号。