专利名称：一种应用rof及光纤光栅传感的地铁车地通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤无线通信、微波光子技术、传感技术和激光器技术，适用于车地通 信系统、微波光子、光纤传感以及光纤通信等领域。
背景技术：
ROF(Radio Over Fiber)技术是用光纤通信代替传统无线通信中从中心站(CS， Central Station)到基站(BS，Base Station)的一段微波传输，中心站通过光纤与多个功 能简单的基站相连。所有的处理功能，包括调制解调、编解码、路由等在中心站完成，基站的 主要功能是实现光信号和微波信号的转换。在中心站，基带电信号经过电调制器调制到毫 米波发生器产生的毫米波上，再送入光调制器，将该复合电信号调制到从毫米波发生器处 得到的可再用光载波上，以适用于光纤信道传输。以上这些都在中心站完成。微波、毫米波 信号(RF信号)发生技术是ROF技术的关键技术，目前已有的RF信号发生技术包括直接调 制、外调制和光外差方法等，其中光外差法以其优异的性能成为产生光载RF信号的有效方 法。此方法产生一个携带基带信号信息的RF信号，以及两个不携带基带信号信息的边带信 号。光纤光栅传感技术是一种利用光纤光栅(Fiber Bragg Grating)传感器进行传 感的的技术。基于光纤光栅传感器的传感过程是通过外界物理参量对光纤光栅布拉格 (Bragg)波长的调制(如波长发生漂移)来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器， 可制成用于检测应力、应变、温度、压力、振动、位移、加速度、倾角等多种参量的光纤传感器 和光纤传感网。SSG-DBR 激光器(superstructure-grating distributed Bragg reflector lasers)是一种通过偏置电流变化调谐的宽带激光器，可调谐范围可达到103nm，峰值间隔 约为lOnm，其输出为宽带激光。车地通信系统是指通过无线通信技术将列车运行过程中车载系统监测的事件和 关键数据实时传送到地面的监控中心，供地面进行相应的处理，在地面实时监视列车当前 的运行位置，及时发现事故隐患，保证行车安全，并且为列车中的乘客提供通信服务。目前应用在车地通信中的无线数据通信方式主要有卫星GPS通讯，GPRS通信，短 信息，GSM-R通讯系统。在这四种方式中，GPS通讯需要较高的设备成本，GPRS需要占用用 户的通信带宽，短信息有较高的传输时延，而GSM-R需要专用网络，在网络之外的用户无法 使用，无形中降低了资源的利用。
发明内容
本发明所要解决的是现有技术存在的问题，提出一种应用ROF及光纤光栅传感的 地铁车地通信系统。本发明为解决其技术问题所采用的技术方案一种应用ROF及光纤光栅传感的地铁车地通信系统，该地铁车地通信系统包括，地铁车地通信系统的地面通信部分和地铁车地通信系统的列车通信部分。地铁车地通信系统的地面通信部分包括双波长光源，光强度调制器，光电探测 器，掺饵光纤放大器，双工器，第一、第二发射天线。构成地铁车地通信系统的地面通信部分的器件之间的连接双波长光源连接光强度调制器的一端，光强度调制器的另一端连接光电探测器的 输入端。光电探测器的输出连接掺饵光纤放大器的输入端，掺饵光纤放大器的输出连接双 工器的输入端，双工器的第一输出端连接第一发射天线，双工器的第二输出端连接第二发 射天线。构成地铁车地通信系统的列车通信部分包括接收天线，本地振荡器，混频器，信 号处理器，SSG-DBR激光器，光纤光栅传感器组，光环行器，光电转换器，第三发射天线。构成地铁车地通信系统的列车通信部分的器件之间的连接混频器的一个输入端连接接收天线，混频器的另一个输入端连接本地振荡器的输 出端，混频器的输出端连接信号处理器的输入端。信号处理器的输出端连接SSG-DBR激光器的调谐电流输入端，SSG-DBR激光器的 输出连接光环型器的第一端口，光环行器的第二端口连接光纤光栅传感器组的一端，光环 型器的第三端口连接光电转换器的输入端，光电转换器的输出端连接第三发射天线。其中光纤光栅传感器组由FBGpFBG2……FBGltl中的任意几个串联连接形成，FBG1, FBG2……FBGltl的中心波长均不相同。本发明的有益效果具体如下光纤光栅制作工艺成熟，成本很低，使用光纤光栅传感系统检测列车各节车厢，不 需对车厢进行改造，只需将写入光纤光栅的光纤铺设在不易触碰的地方即可。相比较其他 传感系统来说，使用光纤光栅传感系统可以在不改变当前地铁系统的前提下增加传感部 分，且不会对原来的系统造成影响。ROF技术具有超大的传输带宽，是一种射频拉远技术。基站的简单化，使得花费较 小的设备成本，为用户提供大容量、高质量的通信业务成为可能。本发明在使用RF信号为 乘客提供通信业务的同时，还利用了光外差技术中产生的一个不携带基带信息的边带，通 过对此边带降频、处理，使之成为SSG-DBR激光器的调谐源，其输出的宽带激光为传感系统 中的不同光纤光栅提供不同的波长，将原来不被利用的频率资源利用起来，增加了资源利 用率。地面通信部分的监测站无需专门建造，将接收、监测仪器直接集合到ROF技术的 中心站，使得中心站既可以对通信信号进行处理，又可以接收列车通信部分的传感反馈信 号，对列车车厢状况进行监测。从而不需额外建造车地通信系统中的地面站，方便城市规划 及增加了城市土地资源的利用率。
图1为地铁车地通信系统的地面通信部分；图2为地铁车地通信系统的列车通信部分。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。如图1，一种应用ROF及光纤光栅传感的地铁车地通信系统的地铁车地通信系统的地面通信部分，其中各部分之间的连接为双波长光源10连接光强度调制器11的一端，光强度调制器11的另一端连接光电探测器12的输入端。光电探测器12的输出连接掺饵光纤放大器20的输入端，掺饵光纤放大器20的输出连接双工器21的输入端，双工器的第一输出端211连接第一发射天线50，双工器的第二 输出端212连接第二发射天线51。如图2，一种应用ROF及光纤光栅传感的地铁车地通信系统的地铁车地通信系统 的列车通信部分，其中各部分之间的连接为混频器31的一个输入端连接接收天线52，混频器31的另一个输入端连接本地振 荡器30的输出端，混频器31的输出端连接信号处理器32的输入端。信号处理器32的输出端连接SSG-DBR激光器40的调谐电流输入端，SSG-DBR激 光器40的输出连接光环型器的第一端口 601，光环行器的第二端口 602连接光纤光栅传感 器组80的一端。光环型器的第三端口 603连接光电转换器41的输入端，光电转换器41的输出端 连接第三发射天线53。光纤光栅传感器组80由FBGJCKFBGJ1……FBG1079中的任意几个串联连接形成， 其中FBGJO、FBG271……FBG1Q79的中心波长均不相同，这由SSG-DBR激光器40输出波长确 定，间隔为IOnm左右。其中=FBG1的中心波长 λ i = 1491. 7nm ；FBG2 的中心波长 λ 2 = 1551. 6nm ；FBG10 的中心波长 λ 10 = 1595. 2nm。在地铁车厢内部不易触碰的表面铺设一根光纤，根据列车车厢的数目选择在光纤 中写入FBGJO、FBG271……FBG1Q79中的任意几个连接形成光纤光栅传感器组80，每个车厢 中至少有FBGJiKFBGJl……FBG1(179中的一个，用来监测此车厢的状况。每个车厢中也可有FBGJO、FBG271……FBG1079中的几个，以此增加传感系统的精确度。利用ROF光差法中产生的RF信号为乘客提供通信业务，产生的边带信号之一与本 地振荡源差频后产生的中频信号(IF信号)处理后用于SSG-DBR激光器的调制信号，产生 的宽带激光作为光纤光栅传感系统的光源。本发明的各个器件均为市售器件。一种应用ROF及光纤光栅传感的地铁车地通信系统的工作原理如下双波长光源10产生的两束频率间隔为60GHz光波，其中的一束经强度调制器11 被频率为1. 5GHz的基带信号调制后，产生双边带信号。未调制的光波和被调制光波在光 电探测器12处差频产生一个携带基带信号信息的60GHz的RF信号和两个频率分别为 58. 5GHz和61. 5GHz的边带信号，经过掺饵光纤放大器20放大后，双工器21将60GHz的RF 信号与61. 5GHz的边带信号分离开来，其中60GHz的RF信号通过与双工器的第一输出端211连接的发射天线50发射出去，为乘客提供高质量的通信服务。61. 5GHz的边带信号则通过与双工器的第二输出端212连接的发射天线51发射 出去，由接收天线52接收，与本地振荡器30提供的频率为60GHz本地高频振荡信号在混频 器31中差频，混频器31输出的低频电压信号通过信号处理器32转变为电流信号输入到 SSG-DBR激光器40的调谐电流输入端，使之输出宽带激光。宽带激光通过光环型器的第一端口 601进入光环型器60中，然后通过光环型器的第二端口 602进入到光纤光栅传感器组80，经过FBGJCKFBGJ1……FBG1(179反射后，通过光 环型器的第二端口 602返回到光环型器60中，从光环型器60的第三端口 603输出到光电 转换器41中，经过处理变成无线信号通过第三发射天线53返回到地面中心站，通过光纤光 栅的反向波长的变化监测各节车厢的情况。
权利要求
一种应用ROF及光纤光栅传感的地铁车地通信系统，其特征为该地铁车地通信系统包括，地铁车地通信系统的地面通信部分和地铁车地通信系统的列车通信部分；构成地铁车地通信系统的地面通信部分的器件之间的连接双波长光源(10)连接光强度调制器(11)的一端，光强度调制器(11)的另一端连接光电探测器(12)的输入端；光电探测器(12)的输出连接掺饵光纤放大器(20)的输入端，掺饵光纤放大器(20)的输出连接双工器(21)的输入端，双工器的第一输出端(211)连接第一发射天线(50)，双工器的第二输出端(212)连接第二发射天线(51)；构成地铁车地通信系统的列车通信部分的器件之间的连接混频器(31)的一个输入端连接接收天线(52)，混频器(31)的另一个输入端连接本地振荡器(30)的输出端，混频器(31)的输出端连接信号处理器(32)的输入端；信号处理器(32)的输出端连接SSG-DBR激光器(40)的调谐电流输入端，SSG-DBR激光器(40)的输出连接光环型器的第一端口(601)，光环行器的第二端口(602)连接光纤光栅传感器组(80)的一端；光环型器的第三端口(603)连接光电转换器(41)的输入端，光电转换器(41)的输出端连接第三发射天线(53)。
2.根据权利要求1所述的一种应用ROF及光纤光栅传感的地铁车地通信系统，其特征 为所述的光纤光栅传感器组(80)由FBGi(70)、FBG2(71)……FBG1CI(79)中的任意几个串联 连接形成，其中FBG1 (70)、FBG2 (71)……FBG10(79)的中心波长均不相同。
全文摘要
本发明公开一种应用ROF及光纤光栅传感的地铁车地通信系统，涉及光纤无线通信、传感技术。地面通信部分的双波长光源(10)输出经光强度调制器(11)、光电探测器(12)、掺饵光纤放大器(20)、双工器(21)调制、放大、转换、分离后，分别由第一、二发射天线(50、51)发射。列车通信部分的接收天线(52)接收的信号与本地振荡器(30)本振信号在混频器(31)中混频输出后，经信号处理器(32)处理连接SSG-DBR激光器(40)之后，经光环型器(60)分别连接光纤光栅传感器组(80)及与第三发射天线(53)连接的光电转换器(41)。将ROF系统的中心站与车地通信系统的地面站组合，提高土地的利用率。
文档编号H04B10/12GK101807956SQ200910244029
公开日2010年8月18日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者宁提纲, 李卓轩, 祁春慧, 裴丽, 赵瑞峰, 郑斯文, 高嵩 申请人:北京交通大学