专利名称：基于ofdm技术的太赫兹光载无线通信系统装置及方法
技术领域：
本发明涉及能实现长距离传输高速率信号无线通信系统，具体是一种基于 OFDM(正交频分复用)技术的太赫兹光载无线通信系统装置及方法。
背景技术：
根据Edholm法则，无线通信的带宽需求每十八个月增长一倍。在过去的三十年中，无线通信的发展印证了这一规律。按照目前的无线传输能力，可以推断出十年后无线速率的需求将达到10(ibit/S以上。根据香农定理可知，取得如此高的无线传输速率，载波的频率要达到100G以上，从而进入了太赫兹频段(0. 1 IOTHz)。太赫兹通信技术将是未来无线通信的主要手段。由于太赫兹波信号在空气中传输距离短，且太赫兹电子器件发展还不成熟，直接的太赫兹无线通信难以成行。但是，太赫兹光载无线通信系统(Terahertz-Over-Fiber System,简称为TOF系统)可以很好的解决这一问题。TOF系统是在中心站中将太赫兹波和数据信号同时调制到光载波上，并通过光纤传输到基站，在基站中只需要进行光电转换和放大，将数据信号通过天线发送到用户端，因而基站的结构可变得简单。从而，TOF系统可以满足太赫兹波无线通信的要求。太赫兹波的产生是降低造价和提高TOF系统性能的关键技术之一。至今为止，已提出适用于通信的太赫兹波产生方法有三种全电子学倍频法，微波光子学方法和量子阱级联激光器。而对于TOF系统，微波光子学方法因其可以产生稳定的太赫兹波且结构简单被广泛采用。TOF系统的一大优点是可以通过光纤实现远程拉远后再进行无线传输，而光纤通信面临着色散(CD)和偏振模色散(PMD)两大问题。传统上，色散可以被色散补偿光纤 (DCF)补偿。由于偏振模色散(PMD)的具有动态性，所以至今没有有效的方法补偿。OFDM技术已在宽带数据通信和无线通信等领域中广泛应用。OFDM技术具有高的频谱效率、对时延扩张免疫、可以抗频率选择性衰落、信道均衡简单等特点。OFDM技术中的信道均衡可以运用到光纤通信。信道均衡加上信道编码可以帮助抑制色散(⑶)和偏振模色散(PMD)。OFDM的高频谱效率也可以提高信号带宽的利用率。因此，基于OFDM电信号调制的TOF系统可以有效的抑制色散(CD)和偏振模色散 (PMD)，同时可以提高信道带宽的利用率，实现稳定的、长距离的通信。
发明内容
本发明旨在提出一种基于OFDM技术的太赫兹光载通信系统的装置及方法，有效地解决光纤通信中的色散和偏振模色散方面所存在的问题，同时提高信道带宽的利用率， 实现稳定的、长距离的通信。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是基于OFDM技术的太赫兹光载无线通信系统装置，包括中心站、基站和用户单元，中心站通过单模光纤与基站连接，基站将中心站产生的OFDM太赫兹波信号通过高频天线发射，最后由用户单元进行无线接收。
所述中心站包括单模激光器、微波信号源、电倍频器、强度调制器、光滤波器、光纤放大器和电OFDM产生单元，单模激光器，强度调制器、光滤波器、光纤放大器依次连接，微波信号源通过电倍频器与强度调制器连接，电OFDM产生单元与光纤放大器连接。所述基站由光电探测器、电放大器和天线依次连接构成。所述用户单元包括天线、本振、混频器和电OFDM检测解调单元，天线、混频器、电 OFDM检测解调单元依次连接，本振与混频器连接。所述强度调制器采用的是马赫-曾德尔强度调制器。所述光滤波器采用光交错复用器。所述光电探测器采用UTC-PD探测器。基于OFDM技术的太赫兹光载无线通信系统装置的通信方法为1)中心站产生调制有电OFDM信号的一阶边带，通过光纤传输到基站；2)基站将调制有电OFDM信号的一阶边带光电转换成电信号通过天线辐射给用户单元；幻用户单元相干解调出原始OFDM信号，再输入到电OFDM检测解调单元完成通信。作为优选方案，微波信号源采用市售的美国安捷伦公司E8257D型号信号发生器。 由于马赫-曾德尔强度调制器(MZM)具有非线性的调制特性，进行模拟调制时会产生一系列谐波，因此本发明优选其作为强度调制器来实现光倍频。光滤波器可采用光交错复用器对光信号中心载波进行滤除。由于单一载流子渡越光电二极管(UTC-PD)的响应度较高，所以光电探测器选用UTC-PD。本发明的工作原理及过程是利用单模激光器产生一个连续光信号；同时，采用微波信号源产生一个低频微波信号，经过一个电信号倍频器在电域倍频后，产生高频微波信号，驱动强度调制器直接调制光信号 由微波源信号Ekf (t) = VefCOS (ω EFt+ θ )驱动马赫-曾德尔强度调制器MZM，将微波信号调制在光载波= Acos( ct)上，则输出的光信号可表示为
权利要求
1.一种基于OFDM技术的太赫兹光载无线通信系统装置，包括中心站、基站和用户单元，其特征在于，中心站通过单模光纤与基站连接，基站将中心站产生的OFDM太赫兹波信号通过高频天线发射，最后由用户单元进行无线接收。
2.根据权利要求1所述的基于OFDM技术的太赫兹光载无线通信系统装置，其特征在于，所述中心站包括单模激光器、微波信号源、电倍频器、强度调制器、光滤波器、光纤放大器和电OFDM产生单元，单模激光器，强度调制器、光滤波器、光纤放大器依次连接，微波信号源通过电倍频器与强度调制器连接，电OFDM产生单元与光纤放大器连接。
3.根据权利要求1所述的基于OFDM技术的太赫兹光载无线通信系统装置，其特征在于，所述基站由光电探测器、电放大器和天线依次连接构成。
4.根据权利要求1所述的基于OFDM技术的太赫兹光载无线通信系统装置，其特征在于，所述用户单元包括天线、本振、混频器和电OFDM检测解调单元，天线、混频器、电OFDM检测解调单元依次连接，本振与混频器连接。
5.根据权利要求2所述的基于OFDM技术的太赫兹光载无线通信系统装置，其特征在于，所述强度调制器采用的是马赫-曾德尔强度调制器。
6.根据权利要求2所述的基于OFDM技术的太赫兹光载无线通信系统装置，其特征在于，所述光滤波器采用光交错复用器。
7.根据权利要求3所述的基于OFDM技术的太赫兹光载无线通信系统装置，其特征在于，所述光电探测器采用UTC-PD探测器。
8.根据权利要求1所述的基于OFDM技术的太赫兹光载无线通信系统装置的通信方法， 其特征在于，该方法为1)中心站产生调制有电OFDM信号的一阶边带，通过光纤传输到基站；2)基站将调制有电OFDM信号的一阶边带光电转换成电信号通过天线辐射给用户单元；3)用户单元相干解调出原始OFDM信号，再输入到电OFDM检测解调单元完成通信。
全文摘要
本发明公开了一种基于OFDM技术的太赫兹光载无线通信系统装置及方法。基于OFDM技术的太赫兹光载无线通信系统装置包括中心站、基站和用户单元，中心站通过单模光纤与基站连接，基站将中心站产生的OFDM太赫兹波信号通过高频天线发射，最后由用户单元进行无线接收。本发明的装置及方法可以有效的解决光纤通信中的色散和偏振模色散方面所存在的问题，同时可以提高信道带宽的利用率，实现稳定的、长距离的通信。
文档编号H04B10/18GK102201869SQ20111013778
公开日2011年9月28日 申请日期2011年5月25日 优先权日2011年5月25日
发明者文双春, 李瑛 , 范滇元, 郑之伟, 陆顺斌 申请人:湖南大学