[发明专利]一种16倍频毫米波信号的光学产生方法与装置

说明书

本发明公开了一种16倍频毫米波信号的光学产生方法与装置，装置包括：连续激光器、第一偏振控制器、偏振分束器、第一光分路器、第一马赫‑曾德尔调制器、第二马赫‑曾德尔调制器、合路器、偏振光束合路器、光学耦合器、第二偏振控制器、第一偏振器、第三偏振控制器、第二偏振器、发光二极管、光电二极管。本发明使产生高频/极高频信号所需要的设备频率指标大大降低，并且该方法不需要高功率光放大器，不需要电的放大器，进而降低了系统成本，简化了系统结构，也不需要滤波器等波长选择器件，降低了对器件匹配性的要求。

技术领域

本发明属于光生毫米波技术领域，更具体的说是涉及一种16倍频毫米波信号的光学产生方法与装置。

背景技术

自上世纪八十年代诞生到2020年，移动通信技术将大体经历5代的发展历程。到2014年底，第四代移动通信技术(4G)网络己经覆盖超过340个城市。4G能够以超过100Mbps的速率传输数据、高质量的图像、音频以及视频等，速率比家用宽带ADSL(ADSL，AsymmetricDigital Subscriber Line)高约25倍，能够满足大部分用户对无线服务的要求。在更新换代的过程中，人们对通信技术的要求越来越严苛，这些都对移动通信系统的通信容量、传输速率提出了高要求，进而促进了第五代移动通信技术(5G)技术的产生与发展。理论上讲，5G的网速将达到4G的10到100倍，但是由于无线频谱资源的有限性及无线频段的日益拥挤，为扩充无线通信的容量，就要求提高系统工作频率，向更高的微波/毫米波频段扩展。但也正因为毫米波的频率比较高，因此在空气中传播时受大气的吸收以及水分尘雾等多种因素影响而严重衰减，传播损耗非常大，导致信号传输的范围很小，无线信道很短仅适合短距离传播，这种局限性使高频毫米波通信系统中的基站覆盖范围受到严重限制。传统的毫米波通信系统结构为多基站分布式覆盖，即在系统中布置大量的微小基站。但由于基站中的上下变频技术所需的器件十分昂贵，数目较多的基站会带来高昂的成本。为了解决远距离传输毫米波信号和高成本多基站分布覆盖的问题，光纤传输与无线传输逐渐走向融合并形成一门新兴学科技术——微波光子技术。微波光子技术之一允许微波/毫米波信号在光纤中进行传输，这样的传输链路称作光纤无线(Radio-over-Fiber，ROF)链路。由于光纤传输具有抗干扰性强、高带宽及传输损耗小等特点，ROF链路非常适合用于高频微波/毫米波信号的远距离传输。

RoF通信系统中，最重要的问题是怎样生成高质量光载毫米波。传统毫米波的产生方式比较直接，主要是用电域倍频器将低频信号进行多次倍频从而产生高频毫米波。然而实现这个过程还要利用辅助锁相环等其他器件，整个倍频结构较为复杂，成本也十分昂贵，限制了该方案的大规模实际应用。相对电学方法，光学方法更容易获得高带宽、高速的微波/毫米波信号。

常用的光生毫米波信号方法有直接调制法、外调制法和光学外差法等。与直接调制技术相比，基于外部调制的方法具有更高的调制带宽，可调谐性强、稳定性高、频率响应度高；与光外差调制方法相比，无需使用相位相关性很强的激光源。此外，外部调制方法生成的光载毫米波拍频后生成的毫米波信号频谱纯度很高，非常有利于远距离光纤传输。

在ROF系统中，由于铌酸锂调制器具有良好的频率响应以及稳定性，可以直接将射频信号调制到光载波上，从而得到广泛使用。铌酸锂调制器又分为相位调制器和强度调制器。通过将铌酸锂强度调制器偏置到不同的传输点，可以实现双边带调制，单边带调制，载波抑制调制以及抑制奇数阶边带调制等。此后利用光纤光栅、光滤波器以及光交织滤波器等，产生高倍频的毫米波信号。但是由于光滤波器件一般具有波长依赖性，对于器件的匹配性要求较高，另外由于滤波器的自身局限性，滤波会降低整个系统的传输质量，因此如何降低滤波带来的损失成了一个问题。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种16倍频毫米波信号的光学产生方法与装置，使产生高频/极高频信号所需要的设备频率指标大大降低，并且该方法不需要高功率光放大器，不需要电的放大器，进而降低了系统成本，简化了系统结构，也不需要滤波器等波长选择器件，降低了对器件匹配性的要求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：