专利名称：光载边比自适应的光纤无线单边带调制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及到光纤通信、长周期光纤光栅、微波光子技术领域，具体地讲就是光载边比自适应的光纤无线单边带调制系统。
背景技术：
随着人们对信息需求的日益增长，无线频谱资源已经不能满足人们的需求。光纤无线通信技术(Radio Over Fiber, R0F) —经提出，就立刻引起人们的兴趣,开展了广泛而深入的研究。光纤无线通信又称毫米波通信或微波光子，是一门新兴学科，研究范围广泛，包括微波/毫米波信号的光学生成方法、微波/毫米波频率的光传输技术、微波/毫米波频率的调制技术等。在光纤无线通信系统当中，一般采用强度调制/直接检测的方案，强度调制器一般采用银酸锂外调制器，实现光双边带(Optical Double Sideband, 0DSB)调制。光双边带调制时，由于光纤色散的影响，经过光检测器输出的电信号功率随光纤长度呈现周期性振荡衰落。常用解决方案可以使用光纤色散补偿方法对色散进行补偿，或者采用载波相移双边带调制，或者使用混合偏振调制等方法。但这些方法由于需要在中心站和每个基站之间设置相应的色散补偿器件，因此造价高昂，而且系统过于复杂，不利于维护。光单边带(Optical Single Sideband, 0SSB)调制可以消除光双边带调制的一些缺点，能够有效解决光纤色散带来的周期性震荡衰落问题。在光单边带调制系统当中，把载波功率和一阶边带功率之比定义为光载边比(Optical Carrier-to-Sideband Ratio,0CSR)，OCSR对系统性能有着重要的影响。研究表明，降低OCSR能够显著提高系统性能，当OCSR等于OdB时，系统性能处于最优状态。采用光纤光栅可以降低0CSR，如文献《三角形谱啁啾光纤光栅的制备及其在光纤无线单边带调制系统中的应用》，该方案采用三角形谱啁啾光纤光栅降低OSSB调制的0CSR，但这种方案具有很强的后向反射，需要光隔离器对后向反身寸光进行隔离。文献〈〈Overwritten fiber Bragg grating and its applicationin an optical single with carrier modulation radio over fiber system〉〉米用重复写入的光纤光栅来降低0CSR，但该方案需要光载波及一阶边带和重复写入光栅的两个谐振波长严格对准，如果稍有偏差，会造成OCSR迅速变大，从而严重影响系统性能。此夕卜，上述方案尽管能降低0CSR，但都不能使得OSCR降低到OdB，而且OCSR的大小不能调节，一旦系统状态发生改变，会造成OCSR变大，从而恶化系统性能。文献《performanceanalysis of an optical single sideband modulation approach with tunable opticalcarrier-to-sideband ratio》提出了一种OCSR可调的光单边带调制系统。该方案采用保偏光纤光栅为核心器件，通过调节偏振控制器的角度，从而可以连续调节系统的OCSR的大小。但是保偏光纤光栅价格昂贵，制作困难，而且偏振光纤光栅的传输特性随保偏光纤本身的非圆对称性、温度、应力等环境因素影响变化大。此外，该方案需要手动调节保偏控制器，不能精确地对OCSR进行调节。而且当系统参数改变时，OCSR不能自动适应系统参数的改变，自动化程度低。综上所述，目前光纤无线单边带调制系统所面临的主要问题是:一是系统性价比低、关键器件制作困难、容易受环境因素影响；二是OCSR不能精确调节；三是OCSR不能自适应系统参数变化。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提出了光载边比自适应的光纤无线单边带调制系统。其核心器件是动态偏振控制器、偏振分束器、偏振合束器和两个普通的长周期光纤光栅，分别为第一长周期光纤光栅和第二长周期光纤光栅。其基本原理是双电极马赫增德尔调制器输出的光单边带信号，经过动态偏振控制器后输出为线偏振光，该线偏振光与第一长周期光纤光栅和第二长周期光纤光栅的偏振主轴有一个夹角〃，此线偏振光经偏振分束器、第一长周期光纤光栅、第二长周期光纤光栅、偏振合束器后,偏振合束器输出的光单边带信号的OCSR与夹角β有关，因此控制动态偏振控制器输出线偏振光的方向，就可以调节OCSR0偏振合束器输出的光信号经过光交织器后把载波和一阶边带信号分开，分别经过光检测器，把载波信号和一阶边带信号的功率转换为电信号，这两个电信号经过电流比较器后，反馈回动态偏振控制器。如果电流比较器的输出值不为0，也就意味着偏振合束器输出的光单边带信号的OCSR不等于OdB，那么就驱动动态偏振控制器改变其输出线偏振光的方向，从而改变夹角〃，这样就可以调节0CSR，直到偏振合束器输出的OCSR为OdB。该发明采用了动态反馈机制，不仅可以精确调节系统的0CSR，而且当系统参数改变时，利用该反馈机制，可以自适应系统参数的改变，使得OCSR始终保持在OdB，维持系统性能始终处于最优状态。本发明的技术方案为:
光载边比自适应的光纤无线单边带调制系统，该系统包括:连续波激光器、双电极马赫增德尔调制器、正弦波本地振荡器、90度功分器、偏置稳压源、动态偏振控制器、偏振分束器、第一长周期光纤光栅、第二长周期光纤光栅、偏振合束器、Y分器、光纤、第一光检测器、光交织器、第二光检测器、第三光检测器、电流比较器；
具体连接方式为:
连续波激光器的光输出端接双电极马赫曾德尔调制器的光输入端口，正弦波本地振荡器的电输出端口接90度功分器的电输入端口，90度功分器的90度电输出端口接双电极马赫曾德尔调制器的第一电驱动端口，90功分器的O度电输出端口接双电极马赫曾德尔调制器的第二电驱动端口，偏置稳压源的电输出端口接双电极马赫曾德尔调制器的电压偏置端Π ；
双电极马赫增德尔调制器的光输出端口接动态偏振控制器的光输入端口，动态偏振控制器的光输出端口接偏振分束器的光输入端口，偏振分束器的第一光输出端口接第一长周期光纤光栅的光输入端口，第一长周期光纤光栅的光输出端口接偏振合束器第一光输入端口，偏振分束器的第二光输出端口接第二长周期光纤光栅的光输入端口，第二长周期光纤光栅的光输出端口接偏振合束器的第二光输入端口；
偏振合束器的光输出端口接Y分器的光输入端口，Y分器的第一光输出端口接光纤的光输入端口，光纤的光输出端口接第一光检测器的光输入端口 ；
Y分器的第二光输出端口接光交织器的光输入端口，光交织器的第一光输出端口接第二光检测器的光输入端口，第二光检测器的电输出端口接电流比较器的第一电输入端口 ； 光交织器的第二光输出端口接第三光检测器的光输入端口，第三光检测器的电输出端口接电流比较器的第二电输入端口；
电流比较器的电输出端口接动态偏振控制器的电输入端口。本发明的有意效果具体如下:
本发明不涉及复杂且昂贵的设备，采用商用的标准光通信器材，充分利用了长周期光纤光栅廉价、制作简单、后向反射极少的特点，使得该发明性价比高，结构简单，此外由于使用了反馈机制，能够对OCSR的大小进行精确调节，并且能够自适应系统参数的改变，使OCSR保持在OdB，从而使得系统性能处于最优状态。
图1光载边比自适应的光纤无线单边带调制系统示意图。图2第一长周期光纤光栅传输谱。图3第二长周期光纤光栅传输谱。图4调制指数为0.3时双极性马赫增德尔输出的单边带信号光谱。图5调制指数为0.3时偏振合束器输出的单边带信号光谱。图6调制指数为0.5时双极性马赫增德尔输出的单边带信号光谱。图7调制指数为0.5时偏振合束器输出的单边带信号光谱。图8调制指数为0.7时双极性马赫增德尔输出的单边带信号光谱。图9调制指数为0.7时偏振合束器输出的单边带信号光谱。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。实施例一
光载边比自适应的光纤无线单边带调制系统，如图1所示，该系统包括:连续波激光器1、双电极马赫增德尔调制器2、正弦波本地振荡器3、90度功分器4、偏置稳压源5、动态偏振控制器6、偏振分束器7、第一长周期光纤光栅81、第二长周期光纤光栅82、偏振合束器9、Y分器10、光纤11、第一光检测器121、光交织器13、第二光检测器122、第三光检测器123、电流比较器14;具体连接方式为:
连续波激光器I的光输出端接双电极马赫曾德尔调制器2的光输入端口，正弦波本地振荡器3的电输出端口接90度功分器4的电输入端口，90度功分器4的90度电输出端口41接双电极马赫曾德尔调制器2的第一电驱动端口 21，90功分器4的O度电输出端口 42接双电极马赫曾德尔调制器2的第二电驱动端口 22，偏置稳压源5的电输出端口接双电极马赫曾德尔调制器2的电压偏置端口 23 ；
双电极马赫增德尔调制器2的光输出端口接动态偏振控制器6的光输入端口，动态偏振控制器6的光输出端口接偏振分束器7的光输入端口，偏振分束器7的第一光输出端口71接第一长周期光纤光栅81的光输入端口，第一长周期光纤光栅81的光输出端口接偏振合束器9第一光输入端口 91,偏振分束器7的第二光输出端口 72接第二长周期光纤光栅82的光输入端口，第二长周期光纤光栅82的光输出端口接偏振合束器9的第二光输入端口92 ；偏振合束器9的光输出端口接Y分器10的光输入端口，Y分器10的第一光输出端口101接光纤11的光输入端口，光纤11的光输出端口接第一光检测器121的光输入端口 ；
Y分器10的第二光输出端口 102接光交织器13的光输入端口，光交织器13的第一光输出端口 131接第二光检测器122的光输入端口，第二光检测器122的电输出端口接电流比较器14的第一电输入端口 141 ；
光交织器13的第二光输出端口 132接第三光检测器123的光输入端口，第三光检测器123的电输出端口接电流比较器14的第二电输入端口 142 ；
电流比较器14的电输出端口接动态偏振控制器6的电输入端口。第一长周期光纤光栅81和第二长周期光纤光栅82的传输谱分别如图2和图3所示。其中心波长分别为1559.5備和1560.0/ ，相对应的中心频率分别为192.3693THz和192.3077THZ，其中心频率差为61.6GHz。设置连续波激光器I的输出光功率为IOdBm,输出波长为1559.5nm,与第一长周期光纤光栅81的中心波长对准。调节偏置稳压源5的输出电压为心/2，其中心=4V为双电极马赫增德尔调制器2的半波电压，使得双电极马赫增德尔调制器2偏置在正交传输点；
调节正弦波本地振荡器3的输出信号频率/=61.6GHz，该频率为第一长周期光纤光栅81与第二长周期光纤光栅82中心频率之差；` 调节正弦波本地振荡器3的输出信号峰峰值幅度Vp_p二2.52V，使调制系数使调制系数
m=rn￥^i%^Ww =0.3，此时双电极马赫增德尔调制器2输出的单边带信号光谱如图4所
示，由图4可知其OCSR=I0.32dB。经过光交织器13、第二光检测器122、第三光检测器123、电流比较器14组成的反馈单元处理后，偏振合束器9输出的单边带信号光谱如图5所示，由图5可知,其0CSR=0dB。此时动态偏振控制器6输出的线偏振光与第一长周期光纤光栅81、第二长周期光纤光栅82的偏振主轴夹角Θ为10.22度。从偏振合束器9输出的OCSR=OdB的单边带信号，由Y分器10的第一光输出端口101进入到光纤11，传输到基站后，使用第一光电检测器121检测，转换成电信号。实施例二
光载边比自适应的光纤无线单边带调制系统，如图1所示，该系统包括:连续波激光器1、双电极马赫增德尔调制器2、正弦波本地振荡器3、90度功分器4、偏置稳压源5、动态偏振控制器6、偏振分束器7、第一长周期光纤光栅81、第二长周期光纤光栅82、偏振合束器9、Y分器10、光纤11、第一光检测器121、光交织器13、第二光检测器122、第三光检测器123、电流比较器14;具体连接方式为:
连续波激光器I的光输出端接双电极马赫曾德尔调制器2的光输入端口，正弦波本地振荡器3的电输出端口接90度功分器4的电输入端口，90度功分器4的90度电输出端口41接双电极马赫曾德尔调制器2的第一电驱动端口 21，90功分器4的O度电输出端口 42接双电极马赫曾德尔调制器2的第二电驱动端口 22，偏置稳压源5的电输出端口接双电极马赫曾德尔调制器2的电压偏置端口 23 ；
双电极马赫增德尔调制器2的光输出端口接动态偏振控制器6的光输入端口，动态偏振控制器6的光输出端口接偏振分束器7的光输入端口，偏振分束器7的第一光输出端口71接第一长周期光纤光栅81的光输入端口，第一长周期光纤光栅81的光输出端口接偏振合束器9第一光输入端口 91,偏振分束器7的第二光输出端口 72接第二长周期光纤光栅82的光输入端口，第二长周期光纤光栅82的光输出端口接偏振合束器9的第二光输入端口92 ；
偏振合束器9的光输出端口接Y分器10的光输入端口，Y分器10的第一光输出端口101接光纤11的光输入端口，光纤11的光输出端口接第一光检测器121的光输入端口 ；
Y分器10的第二光输出端口 102接光交织器13的光输入端口，光交织器13的第一光输出端口 131接第二光检测器122的光输入端口，第二光检测器122的电输出端口接电流比较器14的第一电输入端口 141 ；
光交织器13的第二光输出端口 132接第三光检测器123的光输入端口，第三光检测器123的电输出端口接电流比较器14的第二电输入端口 142 ；
电流比较器14的电输出端口 接动态偏振控制器6的电输入端口。第一长周期光纤光栅81和第二长周期光纤光栅82的传输谱分别如图2和图3所示。其中心波长分别为1559.5備和1560.0/ ，相对应的中心频率分别为192.3693THz和192.3077THZ，其中心频率差为61.6GHz。设置连续波激光器I的输出光功率为IOdBm,输出波长为1559.5nm,与第一长周期光纤光栅81的中心波长对准。调节偏置稳压源5的输出电压为心/2，其中心=4V为双电极马赫增德尔调制器2的半波电压，使得双电极马赫增德尔调制器2偏置在正交传输点；
调节正弦波本地振荡器3的输出信号频率/=61.6GHz，该频率为第一长周期光纤光栅81与第二长周期光纤光栅82中心频率之差；
调节正弦波本地振荡器3的输出信号峰峰值幅度K^=LSV,使调制系数使调制系数
m:JLyi故=0.5，此时双电极马赫增德尔调制器2输出的单边带信号光谱如图6所
示，由图6可知其0CSR=5.44dB。经过光交织器13、第二光检测器122、第三光检测器123、电流比较器14组成的反馈单元处理后，偏振合束器9输出的单边带信号光谱如图7所示，由图7可知,其0CSR=0dB。此时动态偏振控制器6输出的线偏振光与第一长周期光纤光栅81、第二长周期光纤光栅82的偏振主轴夹角Θ为26.16度。从偏振合束器9输出的OCSR=OdB的单边带信号，由Y分器10的第一光输出端口101进入到光纤11，传输到基站后，使用第一光电检测器121检测，转换成电信号。实施例三
光载边比自适应的光纤无线单边带调制系统，如图1所示，该系统包括:连续波激光器1、双电极马赫增德尔调制器2、正弦波本地振荡器3、90度功分器4、偏置稳压源5、动态偏振控制器6、偏振分束器7、第一长周期光纤光栅81、第二长周期光纤光栅82、偏振合束器9、Y分器10、光纤11、第一光检测器121、光交织器13、第二光检测器122、第三光检测器123、电流比较器14;具体连接方式为:
连续波激光器I的光输出端接双电极马赫曾德尔调制器2的光输入端口，正弦波本地振荡器3的电输出端口接90度功分器4的电输入端口，90度功分器4的90度电输出端口41接双电极马赫曾德尔调制器2的第一电驱动端口 21，90功分器4的O度电输出端口 42接双电极马赫曾德尔调制器2的第二电驱动端口 22，偏置稳压源5的电输出端口接双电极马赫曾德尔调制器2的电压偏置端口 23 ；双电极马赫增德尔调制器2的光输出端口接动态偏振控制器6的光输入端口，动态偏振控制器6的光输出端口接偏振分束器7的光输入端口，偏振分束器7的第一光输出端口71接第一长周期光纤光栅81的光输入端口，第一长周期光纤光栅81的光输出端口接偏振合束器9第一光输入端口 91,偏振分束器7的第二光输出端口 72接第二长周期光纤光栅82的光输入端口，第二长周期光纤光栅82的光输出端口接偏振合束器9的第二光输入端口92 ；
偏振合束器9的光输出端口接Y分器10的光输入端口，Y分器10的第一光输出端口101接光纤11的光输入端口，光纤11的光输出端口接第一光检测器121的光输入端口 ；
Y分器10的第二光输出端口 102接光交织器13的光输入端口，光交织器13的第一光输出端口 131接第二光检测器122的光输入端口，第二光检测器122的电输出端口接电流比较器14的第一电输入端口 141 ；
光交织器13的第二光输出端口 132接第三光检测器123的光输入端口，第三光检测器123的电输出端口接电流比较器14的第二电输入端口 142 ；
电流比较器14的电输出端口接动态偏振控制器6的电输入端口。第一长周期光纤光栅81和第二长周期光纤光栅82的传输谱分别如图2和图3所示。其中心波长分别为1559.5備和1560.0/ ，相对应的中心频率分别为192.3693THz和192.3077THZ，其中心频率差为61.6GHz。设置连续波激光器I的输出光功率为IOdBm,输出波长为1559.5nm,与第一长周期光纤光栅81的中心波长对准。调节偏置稳压源5的输出电压为心/2，其中心=4V为双电极马赫增德尔调制器2的半波电压，使得双电极马赫增德尔调制器2偏置在正交传输点；
调节正弦波本地振荡器3的输出信号频率/=61.6GHz，该频率为第一长周期光纤光栅81与第二长周期光纤光栅82中心频率之差；
调节正弦波本地振荡器3的输出信号峰峰值幅度^”=3.24V，使调制系数使调制系数
m.二成"I伽r =0.7，此时双电极马赫增德尔调制器2输出的单边带信号光谱如图8所
示，由图8可知其0CSR=2.2dB。经过光交织器13、第二光检测器122、第三光检测器123、电流比较器14组成的反馈单元处 理后，偏振合束器9输出的单边带信号光谱如图9所示，由图9可知,其0CSR=0dB。此时动态偏振控制器6输出的线偏振光与第一长周期光纤光栅81、第二长周期光纤光栅82的偏振主轴夹角Θ为37.44度。从偏振合束器9输出的OCSR=OdB的单边带信号，由Y分器10的第一光输出端口101进入到光纤11，传输到基站后，使用第一光电检测器121检测，转换成电信号。
权利要求
1.光载边比自适应的光纤无线单边带调制系统，其特征在于:该系统包括:连续波激光器(I)、双电极马赫增德尔调制器(2)、正弦波本地振荡器(3)、90度功分器(4)、偏置稳压源(5)、动态偏振控制器(6)、偏振分束器(7)、第一长周期光纤光栅(81)、第二长周期光纤光栅(82)、偏振合束器(9)、Y分器(10)、光纤(11)、第一光检测器(121)、光交织器(13)、第二光检测器(122)、第三光检测器(123)、电流比较器(14); 具体连接方式为: 连续波激光器(I)的光输出端接双电极马赫曾德尔调制器(2)的光输入端口，正弦波本地振荡器(3)的电输出端口接90度功分器(4)的电输入端口，90度功分器(4)的90度电输出端口(41)接双电极马赫曾德尔调制器(2)的第一电驱动端口(21)，90功分器(4)的O度电输出端口(42)接双电极马赫曾德尔调制器(2)的第二电驱动端口(22)，偏置稳压源(5)的电输出端口接双电极马赫曾德尔调制器(2)的电压偏置端口(23)； 双电极马赫增德尔调制器(2)的光输出端口接动态偏振控制器(6)的光输入端口，动态偏振控制器(6)的光输出端口接偏振分束器(7)的光输入端口，偏振分束器(7)的第一光输出端口(71)接第一长周期光纤光栅(81)的光输入端口，第一长周期光纤光栅(81)的光输出端口接偏振合束器(9)第一光输入端口(91),偏振分束器(7)的第二光输出端口(72)接第二长周期光纤光栅(82)的光输入端口，第二长周期光纤光栅(82)的光输出端口接偏振合束器(9)的第二光输入端口(92); 偏振合束器(9)的光输出端口接Y分器(10)的光输入端口，Y分器(10)的第一光输出端口(101)接光纤(11)的光输入端口，光纤(11)的光输出端口接第一光检测器(121)的光输入端口 ； Y分器(10)的第二光输出端口( 102)接光交织器(13)的光输入端口，光交织器(13)的第一光输出端口( 131)接第二光检测器(122)的光输入端口，第二光检测器(122)的电输出端口接电流比较器(14)的第一电输入端口(141)； 光交织器(13)的第二光输出端口(132)接第三光检测器(123)的光输入端口，第三光检测器(123)的电输出端口接电流比较器(14)的第二电输入端口(142)； 电流比较器(14)的电输出端口接动态偏振控制器(6)的电输入端口。
2.根据权利要求1所述的光载边比自适应的光纤无线单边带调制系统，其特征在于:正弦波本地振荡器(3)输出的正弦波信号的频率为第一长周期光纤光栅(81)和第二长周期光纤光栅(82)的中心频率之差。
3.根据权利要求1所述的光载边比自适应的光纤无线单边带调制系统，其特征在于:连续波激光器(I)所输出的光波长可以与第一长周期光纤光栅(81)的中心波长对准，也可以与第二长周期光纤光栅(82)的中心波长对准。
全文摘要
光载边比自适应的光纤无线单边带调制系统，涉及到光纤通信、长周期光纤光栅、微波光子技术领域，该系统包括连续波激光器(1)、双电极马赫增德尔调制器(2)、正弦波本地振荡器(3)、90度功分器(4)、偏置稳压源(5)、动态偏振控制器(6)、偏振分束器(7)、第一长周期光纤光栅(81)、第二长周期光纤光栅(82)、偏振合束器(9)、Y分器(10)、光纤(11)、第一光检测器(121)、光交织器(13)、第二光检测器(122)、第三光检测器(123)、电流比较器(14)。以上各器件依次相连。该发明可以使得单边带调制信号的光载边比自适应系统参数的变化，始终保持在0dB，维持系统性能在最优状态。
文档编号H04B10/516GK103078682SQ20121058521
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者油海东, 陈龙猛, 李吉忠, 李琳, 马丽敏, 李爱涛 申请人:青岛农业大学