一种光信号发射端及毫米波光载无线通信系统的制作方法

本实用新型涉及毫米波生成技术领域，特别是涉及一种光信号发射端及毫米波光载无线通信系统。

背景技术：

随着5G时代里通信服务的爆炸式增长，毫米波因其可以提供巨大的频带宽度及能够最大化地减小与现有无线通信服务之间的干扰得到了人们越来越多的重视与研究。毫米波光载无线通信系统使用光学的方法来产生高频毫米波，且由于用于传输光信号的光纤的损耗很小，该系统能够将光信号传输到很远的地方，在接收端使用光电探测器对光信号拍频就能得到毫米波。

现有技术中光信号发射端通常是先将激光器生成的原始光波经过外部调制器调制后得到多个相干光载波，然后通过WSS(波长选择开关)选出需要的两个光载波，其中一路光载波不经过任何处理，得到未调制的光信号，另一路光载波输入基带数据调制器中用以调制基带数据，得到已调制的光信号，但光波在经过调制器调制后，光信号的功率会下降明显，则基带数据调制器最终输出的光载波是经过外部调制器及基带数据调制器两个调制器调制后得到的光载波，与另一路只经过外部调制器调制的光载波的功率差较大，使得两路光载波最终拍频后得到的毫米波的质量变差。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种光信号发射端，一方面，与波长选择开关相比，光分功器的价格较为便宜，成本低，另一方面，光分功器能够按照预设比例对激光器输出的原始光波进行分功，从而直接为一个光路中的基带数据调制器提供一个较大功率的光波用于基带数据调制，并且也兼顾了另一光路中调制器和滤波器的插入损耗，较为平衡的为后面两路中的调制器提供光波，使得光耦合器耦合的两个光信号的功率较为均衡，减小了光功率比，从而提高了毫米波的质量；本实用新型的另一目的是提供一种包括上述光信号发射端的毫米波光载无线通信系统，具有如上述有益效果。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种光信号发射端，包括激光器、光分功器、本振信号生成模块、光载波调制器、带通滤波器、基带数据生成模块、基带数据调制器及光耦合器，其中：

所述激光器与所述光分功器的输入端连接，所述光分功器的第一输出端与所述光载波调制器连接，所述光分功器的第二输出端与所述基带数据调制器连接，所述光分功器用于将所述激光器输出的原始光波按照预设比例分功，得到第一原始光波和第二原始光波，并将所述第一原始光波输出至所述光载波调制器，将所述第二原始光波输出至所述基带数据调制器；

所述光载波调制器还分别与所述本振信号输出模块及所述带通滤波器连接，所述光载波调制器用于依据所述第一原始光波对所述本振信号输出模块输出的本振信号进行调制，得到多个光载波；所述带通滤波器用于对所述多个光载波进行滤波，得到未调制的第一光载波；

所述基带数据调制器还与所述基带数据生成模块连接，用于依据所述第二原始光波对所述基带数据生成模块输出的基带数据进行调制，得到已调制的第二光载波；

所述光耦合器分别与所述带通滤波器及所述基带数据调制器连接，用于对所述第一光载波及所述第二光载波进行光耦合得到光信号，以拍频得到毫米波。

优选地，所述光载波调制器为连接的第一铌酸锂马赫曾德尔调制器和第二铌酸锂马赫曾德尔调制器。

优选地，所述本振信号生成模块包括：

用于生成原始本振信号的本地振荡器；

输入端与所述本地振荡器连接、输出端与第一电分功器的输入端连接的电放大器，用于对所述原始本振信号进行放大，得到放大后的本振信号；

所述第一电分功器的第一输出端与所述第二电分功器的输入端连接，所述第一电分功器的第二输出端与所述第三电分功器的输入端连接，所述第二电分功器的第一输出端直接与所述第一铌酸锂马赫曾德尔调制器连接，所述第二电分功器的第二输出端通过第一电相位偏移器与所述第一铌酸锂马赫曾德尔调制器连接；所述第三电分功器的第一输出端直接与所述第二铌酸锂马赫曾德尔调制器连接，所述第三电分功器的第二输出端通过第二电相位偏移器与所述第二铌酸锂马赫曾德尔调制器连接；

所述第一电分功器用于对所述放大后的本振信号进行电分功，得到第一本振信号和第二本振信号，所述第二电分功器用于对所述第一本振信号进行电分功，得到第三本振信号及第四本振信号，并将所述第三本振信号直接输出至所述第一铌酸锂马赫曾德尔调制器，将所述第四本振信号经过所述第一电相位偏移器相位偏移后输出至所述第一铌酸锂马赫曾德尔调制器，所述第三电分功器用于对所述第二本振信号进行电分功，得到第五本振信号和第六本振信号，并将所述第五本振信号直接输出至第二铌酸锂马赫曾德尔调制器，将所述第六本振信号经过所述第二电相位偏移器相位偏移后输出至所述第二铌酸锂马赫曾德尔调制器。

优选地，所述基带数据调制器为I-Q正交调制器。

优选地，所述基带数据生成模块包括：

用于生成伪随机非归零码的脉冲发生器；

与所述脉冲发生器连接的正交幅度调制映射器，用于对所述伪随机非归零码进行正交幅度调制处理，得到实部和虚部信号；

与所述正交幅度调制映射器连接的正交频分复用OFDM调制器，用于对所述实部和虚部信号进行串并转化和快速傅里叶变换处理，得到实部和虚部的OFDM信号；

分别与所述OFDM调制器及所述I-Q正交调制器连接的第一低通滤波器ELPF，用于对所述实部的OFDM信号进行低通滤波处理，得到第一基带数据，并将所述第一基带数据发送至所述I-Q正交调制器；

分别与所述OFDM调制器及所述I-Q正交调制器连接的第二ELPF，用于对所述虚部的OFDM信号进行低通滤波处理，得到第二基带数据，并将所述第二基带数据发送至所述I-Q正交调制器。

优选地，所述光分功器的分工比为90％:10％，其中，所述第一原始光波与所述第二原始光波的功率比为9：1。

优选地，该系统还包括：

与所述光耦合器连接的掺铒光纤放大器，用于对所述光信号进行放大处理。

优选地，所述第一光载波及所述第二光载波的频率间隔为60GHz。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种毫米波光载无线通信系统，包括如上述所述的光信号发射端，所述光信号发射端用于生成光信号，所述毫米波光载无线通信系统还包括用于对所述光信号进行传输的光纤及对所述光信号进行拍频得到毫米波的光电探测器。

本实用新型提供了一种光信号发射端及毫米波光载无线通信系统，包括激光器、光分功器、本振信号生成模块、光载波调制器、带通滤波器、基带数据生成模块、基带数据调制器及光耦合器，其中，激光器与光分功器的输入端连接，光分功器的第一输出端与光载波调制器连接，光分功器的第二输出端与基带数据调制器连接；光载波调制器还分别与本振信号输出模块及带通滤波器连接；基带数据调制器还与基带数据生成模块连接；光耦合器分别与带通滤波器及基带数据调制器连接。

可见，本实用新型在激光器的输出端设置了光分功器，一方面，与波长选择开关相比，光分功器的价格较为便宜，成本低，另一方面，光分功器能够按照预设比例对激光器输出的原始光波进行分功，从而直接为一个光路中的基带数据调制器提供一个较大功率的光波用于基带数据调制，并且也兼顾了另一光路中调制器和滤波器的插入损耗，较为平衡的为后面两路中的调制器提供光波，使得光耦合器耦合的两个光信号的功率较为均衡，减小了光功率比，从而提高了毫米波的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种光信号发射端的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种具体地光信号发射端的结构示意图；

图3为本实用新型提供的光信号发射端工作时图2中A点的频谱图；

图4为本实用新型提供的光信号发射端工作时图2中B点的频谱图；

图5为本实用新型提供的光信号发射端工作时图2中C点的频谱图；

图6为本实用新型提供的光信号发射端工作时图2中D点的频谱图；

图7为本实用新型提供的一种毫米波光载无线通信系统的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种光信号发射端，一方面，与波长选择开关相比，光分功器的价格较为便宜，成本低，另一方面，光分功器能够按照预设比例对激光器输出的原始光波进行分功，从而直接为一个光路中的基带数据调制器提供一个较大功率的光波用于基带数据调制，并且也兼顾了另一光路中调制器和滤波器的插入损耗，较为平衡的为后面两路中的调制器提供光波，使得光耦合器耦合的两个光信号的功率较为均衡，减小了光功率比，从而提高了毫米波的质量；本实用新型的另一核心是提供一种包括上述光信号发射端的毫米波光载无线通信系统，具有如上述有益效果。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1和图2，其中，图1为本实用新型提供的一种光信号发射端的结构示意图，图2为本实用新型提供的一种具体地光信号发射端的结构示意图。该系统包括激光器1、光分功器2、本振信号生成模块4、光载波调制器3、带通滤波器5、基带数据生成模块7、基带数据调制器6及光耦合器8，其中：

激光器1与光分功器2的输入端连接，光分功器2的第一输出端与光载波调制器3连接，光分功器2的第二输出端与基带数据调制器6连接，光分功器2用于将激光器1输出的原始光波按照预设比例分功，得到第一原始光波和第二原始光波，并将第一原始光波输出至光载波调制器3，将第二原始光波输出至基带数据调制器6；

具体地，激光器1输出原始光波至光分功器2，光分功器2在接收到原始光波后，按照预先设置的分功比对原始光波进行分功，假设这里的分功比为N：1，其中，N为任意正实数，则第一原始光波的功率占有原始光波的功率的N/N+1，第二原始光波的功率占据原始光波的功率的1/N+1。

作为一种优选地实施例，光分功器2的分工比为90％:10％，其中，第一原始光波与第二原始光波的功率比为9：1。

当然，这里的光分功器2的分功比还可以为其他比值，本实用新型在此不做特别的限定，根据实际情况来定。

可以理解的是，本申请中，光载波调制器3和基带数据调制器6分别占据一路，鉴于每个调制器在对光波进行调制时均会造成调制器输出的光载波的功率的下降，本申请将光分功器2直接设置在调制器前面，对激光器1输出的原始光波分功，输出一个与现有技术相比功率较大的光波至基带数据调制器6，预设比例能够使得光载波调制器3输出的光载波和基带数据调制器6输出的光载波两者的功率比变小，在耦合为光信号进行拍频后能够得到质量较高的毫米波。

另外，与现有技术中的WSS相比，光分功器2的价格较低，且分功比可根据实际情况可调。

光载波调制器3还分别与本振信号输出模块及带通滤波器5连接，光载波调制器3用于依据第一原始光波对本振信号输出模块输出的本振信号进行调制，得到多个光载波；带通滤波器5用于对多个光载波进行滤波，得到未调制的第一光载波；

具体地，本振信号输出模块将其输出的本振信号驱动在光载波调制器3上，得到多个光载波，带通滤波器5对多个光载波进行滤波，得到用户所需的干净的、未经任何处理的光载波，也即未调制的第一光载波。

需要说明的是，这里的未调制的及下面提到的已调制的是指有没有对基带数据进行调制，如果没有，则称为未调制的，否则，称为已调制的。

作为一种优选地实施例，第一光载波及第二光载波的频率间隔为60GHz。

考虑到现有技术中60GHz的毫米波被较多的应用在高速无线通信领域，因此，这里的第一光载波的频率可以为60GHz(相对于193.1THz)，当然，这里还可以根据实际需要选用其他频率的第一光载波，本实用新型在此不做特别的限定。

作为一种优选地实施例，本振信号生成模块4包括：

用于生成原始本振信号的本地振荡器LO；

输入端与本地振荡器LO连接、输出端与第一电分功器ES1的输入端连接的电放大器EA，用于对原始本振信号进行放大，得到放大后的本振信号；

第一电分功器ES1的第一输出端与第二电分功器ES2的输入端连接，第一电分功器ES1的第二输出端与第三电分功器ES3的输入端连接，第二电分功器ES2的第一输出端直接与第一铌酸锂马赫曾德尔调制器连接，第二电分功器ES2的第二输出端通过第一电相位偏移器EPS1与第一铌酸锂马赫曾德尔调制器连接；第三电分功器ES3的第一输出端直接与第二铌酸锂马赫曾德尔调制器连接，第三电分功器ES3的第二输出端通过第二电相位偏移器EPS2与第二铌酸锂马赫曾德尔调制器连接；

第一电分功器ES1用于对放大后的本振信号进行电分功，得到第一本振信号和第二本振信号，第二电分功器ES2用于对第一本振信号进行电分功，得到第三本振信号及第四本振信号，并将第三本振信号直接输出至第一铌酸锂马赫曾德尔调制器，将第四本振信号经过第一电相位偏移器EPS1相位偏移后输出至第一铌酸锂马赫曾德尔调制器，第三电分功器ES3用于对第二本振信号进行电分功，得到第五本振信号和第六本振信号，并将第五本振信号直接输出至第二铌酸锂马赫曾德尔调制器，将第六本振信号经过第二电相位偏移器EPS2相位偏移后输出至第二铌酸锂马赫曾德尔调制器。

上述为本实用新型提供的一种具体地本振信号生成模块4，当然，这里还可以选用其他类型的本振信号生成模块4，根据实际情况来定。

基带数据调制器6还与基带数据生成模块7连接，用于依据第二原始光波对基带数据生成模块7输出的基带数据进行调制，得到已调制的第二光载波；

具体地，基带数据调制器6依据第二原始光波对基带数据生成模块7输出的基带数据进行调制，将基带数据从电域调制到光域，得到经过调制后的光载波，也即第二光载波。

作为一种优选地实施例，光载波调制器3为连接的第一铌酸锂马赫曾德尔调制器和第二铌酸锂马赫曾德尔调制器。

具体地，这里的光载波调制器3可以选用级联型铌酸锂马赫增德尔调制器来产生相干光载波。使用级联型铌酸锂马赫增德尔调制器的好处有：①结构简单，当将调制器均偏置在最大传输点时，还能进一步简化调制器驱动电压源的配置；②级联型铌酸锂马赫增德尔调制器产生的倍频数可以达到4倍，并且复杂度也不高，使得系统在系统复杂度以及倍频数之间找到了一个不错的平衡点。

作为一种优选地实施例，基带数据调制器6为I-Q正交调制器。

当然，这里的基带数据调制器6还可以为其他类型的调制器，本实用新型在此不做特别的限定。

作为一种优选地实施例，基带数据生成模块7包括：

用于生成伪随机非归零码的脉冲发生器71；

与脉冲发生器71连接的正交幅度调制映射器72，用于对伪随机非归零码进行正交幅度调制处理，得到实部和虚部信号；

与正交幅度调制映射器72连接的正交频分复用OFDM调制器73，用于对实部和虚部信号进行串并转化和快速傅里叶变换处理，得到实部和虚部的OFDM信号；

分别与OFDM调制器73及I-Q正交调制器连接的第一低通滤波器ELPF74，用于对实部的OFDM信号进行低通滤波处理，得到第一基带数据，并将第一基带数据发送至I-Q正交调制器；

分别与OFDM调制器及I-Q正交调制器连接的第二ELPF75，用于对虚部的OFDM信号进行低通滤波处理，得到第二基带数据，并将第二基带数据发送至I-Q正交调制器。

当然，这里的基带数据生成模块7还可以为其他类型的基带数据生成模块7，本实用新型在此不做特别的限定。

光耦合器8分别与带通滤波器5及基带数据调制器6连接，用于对第一光载波及第二光载波进行光耦合得到光信号，以拍频得到毫米波。

在接收到第一光载波及第二光载波后，光耦合器8将第一光载波和第二光载波进行耦合，得到光信号，经过光纤传输后，对光信号进行拍频即可得到毫米波。

作为一种优选地实施例，该系统还包括：

与光耦合器8连接的掺铒光纤放大器9，用于对光信号进行放大处理。

需要说明的是，光信号通常经过光纤传输至接收端，用户在接收端通过光电探测器对光信号进行拍频即可得到毫米波，而光纤传输具有损耗，用掺铒光纤放大器就是为了放大光信号，这样经过光纤传输后在接收端光信号的功率才不会下降的很低，之后才能拍频得到一个质量较好的毫米波。

请参照图3-6，其中，图3为本实用新型提供的光信号发射端工作时图2中A点的频谱图，图4为本实用新型提供的光信号发射端工作时图2中B点的频谱图，图5为本实用新型提供的光信号发射端工作时图2中C点的频谱图，图6为本实用新型提供的光信号发射端工作时图2中D点的频谱图。

具体地，电放大器EA对本振信号进行放大，通过电分功器及电相位偏移器驱动在LiNbO₃-MZM 1和LiNbO₃-MZM 2上，两个调制器都偏置在最大传输点，以简化了调制器驱动电压源的配置。在上光支路中，LiNbO3-MZM 2的输出端有很多谐波，如图3所示，±60GHz处为±4阶谐波，然后经过滤波后，得到图4。在下方的光支路中，经过I-Q正交调制器条之后，中心光载波携带了基带数据，如图5所示。最后耦合形成为图6。通过光电探测器将图6中光信号进行拍频，就会得到60GHz的毫米波。

另外，可以将光分功器2的分功比设置为90％：10％，也就是上面的路径占有的功率为激光器1输出功率的90％，下面的路径占有的功率为激光器1输出功率的10％，这样设置分功比的原因是：一方面，直接分一个功率较大的光波用于I-Q正交调制器的调制，另一方面，上面的路径中的光信号经过级联型调制器及光矩形带通滤波器，插入损耗也是比较大的，因此，也需要功率较大的输入光波。

综上所述，该结构的设置兼顾了上下路径差损都比较大的缺点，使得拍频信号的功率差不是很大，降低了光功率比，提高了拍频毫米波的质量，并且没有使用复杂的滤波器件，成本得到了降低。

本实用新型提供了一种光信号发射端，包括激光器、光分功器、本振信号生成模块、光载波调制器、带通滤波器、基带数据生成模块、基带数据调制器及光耦合器，其中，激光器与光分功器的输入端连接，光分功器的第一输出端与光载波调制器连接，光分功器的第二输出端与基带数据调制器连接；光载波调制器还分别与本振信号输出模块及带通滤波器连接；基带数据调制器还与基带数据生成模块连接；光耦合器分别与带通滤波器及基带数据调制器连接。

可见，本实用新型在激光器的输出端设置了光分功器，一方面，与波长选择开关相比，光分功器的价格较为便宜，成本低，另一方面，光分功器能够按照预设比例对激光器输出的原始光波进行分功，从而直接为一个光路中的基带数据调制器提供一个较大功率的光波用于基带数据调制，并且也兼顾了另一光路中调制器和滤波器的插入损耗，较为平衡的为后面两路中的调制器提供光波，使得光耦合器耦合的两个光信号的功率较为均衡，减小了光功率比，从而提高了毫米波的质量。

请参照图7，图7为本实用新型提供的一种毫米波光载无线通信系统的结构示意图，该系统包括如上述的光信号发射端A，光信号发射端A用于生成光信号，毫米波光载无线通信系统还包括用于对光信号进行传输的光纤B及对光信号进行拍频得到毫米波的光电探测器C。

对于这里的毫米波光载无线通信系统的介绍请参照上述实施例，本实用新型在此不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。