一种补偿系统后置的频率传输系统和方法_2

文档序号:9263253阅读:来源:国知局
调制器实现此功能,不在本发明的讨论之列。
[0034] 本发明所述的各链路所传输的微波信号具有相同的传输频率(awJ。可选的,参 考频率源输出的参考信号可输入至多个频率振荡器,生成不同或相同频率的相位锁定于参 考频率源相位的微波信号,再经过光调制模块调制到光信号传输至接收端,各链路传输的 微波信号可由此获得不同的传输频率。
[0035] 本发明所述的光稱合器用于将两路光信号合成一路光信号通过光纤传输。可选 的,可以采用波分复用器等方法实现此功能,不在本发明的讨论之列。
[0036] 图3为本发明的接收补偿装置的结构示意图。
[0037] 本发明的接收补偿装置200处于频率信号传输系统的各链路末端。主要具有下述 作用:(1)接收来自发射端的光信号,解调得到其调制的频率信号(此时已包含链路相位噪 声),将其作为第一辅助补偿信号;(2)利用频率振荡器生成微波信号加载至光信号,经上述 光纤链路传输并解调,得到第二辅助补偿信号(与第一辅助补偿信号含有相同的相位噪声); (3)基于前二者生成相位补偿信号,反馈控制上述频率振荡器输出信号的相位,复现相位锁 定于发射端参考频率源的频率信号,并转换成相应频率供用户使用。
[0038] 如图3所示,接收补偿装置包括辅助补偿部和补偿部。由辅助补偿部生成第二辅 助补偿信号,解调来自发射装置的光信号得到第一辅助补偿信号,将该第一辅助补偿信号 和该第二辅助补偿信号一同输入至补偿部,由补偿部生成相位锁定于发射端参考频率源的 频率信号,并转换成相应频率供用户使用。
[0039] 辅助补偿部包括光纤环形器201、光调制模块202、波分复用器203、第一探测器 204和第二探测器205。
[0040] 补偿部包括比相单元206、混频器207、频率振荡器208、反馈电路209和变频器 210。
[0041] 发射装置输出的光信号所加载的频率信号%经过光纤链路的传输,引入一定相位 噪声,由辅助补偿部接收,经环形器201输入至波分复用器203。
[0042] 由补偿部的频率振荡器208产生第三微波信号
[0043]
[0044] 其中,A3表示第三微波信号的振幅;表示第三微波信号的相位,可由反馈补偿 信号V6控制,以满足特定的条件(见下文);为使得第二辅助补偿信号包含与第一辅助补偿 信号相同的相位噪声,第三微波信号的频率设定为第一辅助补偿信号频率的一半,即 (详细说明见下文)。
[0045] 光调制模块202将第三微波信号经振幅(强度)调制加载到光信号上,经环形器 201输入上述光纤链路传输至发射装置,再经发射装置沿原路传回接收补偿装置200,经环 形器201输入至波分复用器203.
[0046] 上述两路光信号经波分复用器203分离,分别经过第一探测器204和第二探测器 205进行解调,得到第一辅助补偿信号和第二辅助补偿信号,输入补偿部。该第一辅助补偿 信号和第二辅助补偿信号的形式为 :
[0047] V2=A2cos (a co〇t+a rRf+ n)
[0048]
[0049] 其中,A2表不第一辅助补偿信号的振幅;4>p为光纤链路引入的相位噪声,该相 位噪声受到光纤链路所处环境温度变化,光纤所受机械应力的变化等因素影响。A4表示 第二辅助补偿信号的振幅;由于第三微波信号的频率为第一辅助补偿信号频率的一半 (i%),经相同的光纤链路传输至发射端引入的相位噪声也应为第一辅助补偿信号携带 相位噪声的一半(小/2),再经原路传回,所得的第二辅助补偿信号中的相位噪声则包含两 倍的光纤链路中的相位噪声,即小p。
[0050] 另外,光调制模块202输出的光信号波长对应于光纤通信窗口波段,且由于要与 来自发射装置的光信号经同一光纤链路传至接收补偿装置200,为便于分离两光信号,其波 长应不相同,但应尽量接近。
[0051] 本发明的比相单元206用于将上述给出的信号V2和V4进行比相处理。该比相处 理是指通过电路运算,得到一个包含几个信号相位之间特定数学关系的电信号。
[0052] 图4为本发明的接收补偿装置200中比相单元的一种结构示意图。
[0053] 图4中的?代表混频器400,它使得两个输入信号做乘法运算,即使得两个信号的 频率和相位做加法运算。
[0054] 参照图4,混频器400对第一辅助补偿信号和第二辅助补偿信号进行混频和低通 滤波得到第五微波信号
[0055]
[0056] 其中,A5表不第五微波信号的振幅。
[0057] 图5显示了本发明的接收补偿装置200中比相单元206的另一种结构示意图。
[0058] 为了避免图4中的比相单元206混频后的信号中包含频率为|叫丨的谐波成分,t匕 相单元206可采用如图5所示的方案,包括频率振荡器501、混频器502、503和504。参照 图5,频率振荡器501生成较低频率的第七微波信号
[0059]V7 -A7?cos(coxt+ x)
[0060] 其中,a7表示第七微波信号的振幅,该微波信号的频率为叫叫, 叫〈号叫|L叫矣咢叫,n、m是正整数;相位为Ui为任意数。将第七微波信号分别与 第一辅助补偿信号、第二辅助补偿信号经混频器502和504混频,然后经过低通滤波,得到 第八微波信号和第九微波信号
[0061]V8=A8cos(aw〇t_wjt+a小 ref+ 小p_小)
[0062]
[0063] 再将第八微波信号和第九微波信号经混频器503混频,然后进行低通滤波得到第 十微波信号
[0064]
[0065] 由此得到的第十微波信号与图4中由混频器得到的第五微波信号具有相同的频 率和相位。
[0066]应说明的是,图4和图5所示的比相单元的工作方法仅仅是示例性的,不构成对本 发明的限制。
[0067] 然后,将第三微波信号和第五微波信号经过混频器混频和低通滤波后得到第六反 馈补偿信号
[0068] V6=A6cos (aref-2〇)
[0069] 该反馈补偿信号经过反馈电路209输入至频率振荡器208,用来反馈补偿频率振 荡器208的输出相位(K,使其相位小〇满足关系式:
[0070]
[0071] 上式中,当系统锁定时,C为某一确定不变的数。
[0072] 例如,通过伺服反馈电路209,令V6=0,从而得到
[0073]
[0074] n为某一确定不变的整数。
[0075] 由此,频率振荡器208输出的第三微波信号的相位锁定于发射端参考信号的 相位<Kef。
[0076] 本发明中,只要实现接收端微波信号相位相对于发射端参考频率源相位锁定即 可,并不严格要求其相位完全相等。因此,为了表述方便,在本发明的优选实施方式中可以 略去固定的相位差项C,这样接收端的频率信号(第三微波信号)为
[0077]
[0078] 由上式可见,接收补偿装置的补偿部得到了与发射端参考频率源品质相同的频率 信号,从而实现了很干净(噪声很低)的频率信号传输通道。
[0079] 本发明所述的光调制模块用于将第三微波信号经振幅(强度)调制,加载到光信号 上,实现微波信号的电光转换。可选的,可以采用特定波长的光源和调制器实现此功能,不 在本发明的讨论之列。
[0080] 可选的,如图4所示,补偿部还包括连接至频率振荡器208输出端的变频器210,可 将第三微波信号转换至相应频率,供接收端的用户使用。
[0081] 如上所述,本发明的接收补偿装置200用于接收来自发射装置100的带有光纤链 路相位噪声的频率信号,将该频率信号作为第一辅助补偿信号,并利用频率振荡器208生 成微波信号,加载至光信号上经上述光纤链路传输,得到与第一辅助补偿信号含有相同相 位噪声的第二辅助补偿信号,基于第一辅助补偿信号和第二辅助补偿信号生成相位补偿信 号,反馈控制频率振荡器208输出信号的相位,复现相位锁定于频率发射源的频率信号,使 得在接收端得到了与参考频率源品质相同的频率信号,并可转换成相应频率供用户使用。
[0082] 下面结合附图介绍本发明的频率信号传输系统的具体应用示例,其中图6为该系 统中发射装置的结构图,图7为该系统中接收补偿装置的结构图。
[0083] 如图6所示,以由发射装置将参考频率源生成的参考信号向一个接收端用户传递 传输频率为2.0GHz的频率信号为例,但不限制于此,包含中继端或不包含中继端的串联、 并联连接方式及串联、并联同时存在的混接方式的情形类似,其他传输频率的情形类似。
[0084] 本示例中的发射装置600,用于产生频率为2. 0GHz且相位锁定于参考频率源的频 率信号,并将其调制到光信号上以通过光纤传输至接收端;将来自接收端的光信号原路传 回接收端。
[0085] 发射装置600包括:压控频率振荡器601;微波功率分配器602;微波频率除法器 603 ;除法因子20,将2. 0GHz信号的频率除至100MHz;混频器604 ;伺服电路(Servo)605 ; 微波功率放大器606 ;波长为X1的激光器607 ;光学放大器608 ;光纤稱合器(FC) 609,将 两路光纤中的光信号f禹合至同一光纤中;光纤环行器610,由端口 1入射的光只能由端口 2 输出,由端口 2入射的光只能由端口 3输出。
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