用于降低相邻信道泄漏比的系统和方法与流程

本申请要求于2016年12月1日提交的题为“systemsandmethodsforreducingadjacentchannelleakageratio”的美国专利申请no.15/366,125的优先权，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

本发明涉及网络通信领域，并且特别地涉及用于降低多信道通信网络中的相邻信道泄漏比的系统和方法。

背景技术

对于将模拟信号直接发射至天线的下一代无线系统，模拟光纤无线电(analogradiooverfiber，arof)越来越多地被视为常规数字光传输例如通用公共无线电接口(commonpublicradiointerface，cpri)的可行替选方案。天线顶部处的简单光学探测器将模拟光信号转换成模拟电信号，以利用无线电频率(radiofrequency，rf)功率放大器(poweramplifier，pa)进行放大并且发射到自由空间中，从而降低了在天线顶部处需要数字至模拟转换电路的复杂性。然而，该方法在线性度、噪声和串扰方面对光链路提出了严格的要求。取决于系统线性度、噪声和串扰的组合的一个这样的重要系统参数是相邻信道泄漏比(adjacentchannelleakageratio，aclr)。aclr被3gpp国际委员会定义为相邻信道中的集成功率与关注信道中的集成功率之比。

提供了该背景信息以揭示申请人认为可能与本发明相关的信息。不一定意在承认也不应当被解释成：前述信息中的任何信息构成相对于本发明的现有技术。

技术实现要素：

本发明的实施方式的目的是提供用于降低多信道通信网络中的相邻信道泄漏比的方法和设备。

根据本发明的实施方式，提供了一种模拟光纤无线电(analogradiooverfiber，arof)波分复用(wavelengthdivisionmultiplexing，wdm)系统。arofwdm系统包括多个发射器、复用器、解复用器、多个接收器和控制器。每个发射器用于接收无线电频率输入信号并且用于将无线电频率输入信号调制到光信号上以获得调制光信号。复用器用于接收来自多个发射器的每个调制光信号并且用于将调制光信号组合成组合光信号以通过光纤发送一段距离。复用器具有多个通带，其中，每个通带具有中心波长。解复用器用于接收组合光信号并且用于将组合光信号再分离成各个调制光信号。每个接收器用于接收来自解复用器的调制光信号中之一并且用于将所接收的调制光信号转换成无线电频率输出信号。控制器用于：针对每个发射器对该发射器和复用器中的一者相对于另一者进行解谐，使得由该发射器发射的调制光信号的波长比复用器的多个通带中的相应通带的中心波长长。

根据本发明的实施方式，还提供了一种用于降低由模拟光纤无线电(analogradiooverfiber，arof)波分复用(wavelengthdivisionmultiplexing，wdm)系统提供的无线电频率信号的相邻信道泄漏比(adjacentchannelleakageratio，aclr)的方法。arofwdm系统包括：多个发射器；具有多个通带的复用器，其中，每个通带具有中心波长；解复用器；多个接收器；以及可操作地耦接至多个发射器的控制器。该方法包括：控制器针对每个发射器对该发射器和复用器中的一者相对于另一者进行解谐，使得由该发射器发射的调制光信号的波长比复用器的多个通带中的相应通带的中心波长长。

附图说明

根据结合附图的以下详细描述，本发明的另外的特征和优点将变得明显，在附图中：

图1示出了模拟光纤无线电(analogradiooverfiber，arof)波分复用(wavelengthdivisionmultiplexing，wdm)系统的示例的高级功能性框图；

图2示意性地示出了由arofwdm系统中的每个发射器生成的光信号的频谱分布；

图3示意性地示出了调制模拟无线电频率(radiofrequency，rf)信号的频谱分布；

图4示出了根据本发明的实施方式的改善由arofwdm系统提供的无线电频率信号的aclr的方法的示例的流程图；

图5示意性地示出了在发射器已经被解谐的情况下的两个光信号的频谱分布；

图6示出了观察到的作为在接收器处接收的功率的函数的aclr的曲线图；

图7示出了与信道13的接收光功率、背反射光功率和测量的aclr叠加的复用器和解复用器信道的频谱分布的曲线图；

图8示出了与信道7的接收光功率、背反射光功率和测量的aclr叠加的复用器和解复用器信道的频谱分布的曲线图；

图9示出了与信道28的接收光功率、背反射光功率和测量的aclr叠加的复用器和解复用器信道的频谱分布的曲线图；以及

图10是可以用于实现本文中公开的装置和方法的计算系统的框图。

要注意的是，贯穿所有附图，相同的特征由相同的附图标记来标识。

具体实施方式

本发明的实施方式涉及用于降低多信道通信网络中的相邻信道泄漏比的系统和方法。

图1示出了模拟光纤无线电(analogradiooverfiber，arof)波分复用(wavelength-divisionmultiplexing，wdm)系统100的示例的高级功能性框图。arofwdm系统100包括多个发射器(tx)110、复用器(mux)120、解复用器(demux)130和多个接收器140。无线电频率(rfin,x)可以输入到发射器(txx)110中。每个txx110将接收到的rfin,x转换成针对该txx110而具有不同波长λx的光信号。光信号经由光纤发送至复用器120，复用器120将信号组合成单个光纤。组合的信号经由相对长的光纤(通常为许多千米的距离)被发送一段距离而到达解复用器130，解复用器130基于信号的波长λx将信号分离，并且将分离后的信号经由若干光纤发送至相应的接收器(rxx)140。每个rxx140将其信号转换成rfout,x。发射器(tx)110可以包括直接调制激光器(directlymodulatedlaser，dml)二极管。复用器120和解复用器130可以包括阵列波导光栅(arrayedwaveguidegrating，awg)装置。接收器(rx)140可以包括光电二极管。收发器(tx/rx)可以用于任何tx110或rx140。

可以对诸如tx110、复用器120和/或解复用器130的arofwdm系统100的部件在波长方面进行调谐。为此，部件可以与电连接至控制器的加热/冷却元件耦接。如本领域中已知的，tx110的热调谐可以通过由耦接至tx110的热电冷却器增加或去除热量来进行。可以通过调谐激光器腔的折射率或形成激光腔的波长选择性反射元件的折射率或上述两者来调谐tx110。通常将对每个txx进行调谐以发射期望波长λx处的光信号。在一些实施方式中，可以通过使用耦接至复用器120或解复用器130的加热/冷却元件对复用器120和解复用器130进行调谐。接收器(rx)140可以包括光电二极管。

光纤通信通常在与若干“电信窗口”之一对应的波长区域中操作。光信号的波长范围可以覆盖由国际电信联盟电信标准化部(internationaltelecommunicationunion-telecommunicationstandardizationsector，itu-t)推荐的c频带和l频带或任何其他所需的波长范围和波长间隔。c频带描述了利用1.5um附近(1530-1565nm)的波长的一个被广泛使用的窗口。石英光纤的光学损耗在该区域最低。

图2示意性地示出了arofwdm系统100中的复用器120上的端口的通带200的频谱分布。每个通带具有中心波长λx。通常，中心波长λx与itu信道对应。只要波长λx被充分间隔开，则光信号在复用器120处被组合时不会相互干扰，使得信号可以在解复用器130处被分离。在arofwdm系统的典型使用中，每个tx110被调谐以发射具有等于其相应通带的中心波长的波长的光信号。该调谐提供了最佳光功率。光功率越高，则光信号在无需放大(以及因此增加的沿复用器120与解复用器130之间的路径的放大器的成本)的情况下可以在光纤中行进得越长。

图3示意性地示出了调制模拟无线电频率(radiofrequency，rf)信号300的频谱分布。区域310和320是调制模拟rf信号300的失真区域，所述失真区域包括aclr的一部分。相邻信道泄漏可能由许多不利影响引起，所述不利影响可以包括例如背反射(即，由于瑞利散射)、四波混频、自相位调制(self-phasemodulation，spm)和受激布里渊散射(stimulatedbrillouinscattering，sbs)。这些影响中的每一个可以发生在arofwdm系统100中的tx110与rx140之间的光纤段中，从而引起模拟rf信号的失真。

如上所述，促使aclr劣化的一个噪声源是来自光学器件(tx110、复用器120、解复用器130、rx140)和光纤的光功率的背反射。被背向反射的光进入激光器(即，一种类型的tx110)并且通过使激光器不稳定而增加噪声并且因此使信号质量劣化。在arofwdm系统中，背反射的来源包括复用器120、解复用器130和光纤。背反射的不利影响可以通过在每个光链路中使用高隔离性光隔离器来减轻。然而，这对于大型网络部署规模将是昂贵的。

如下将讨论的，通过将tx110光学频率解谐(即降低)成远离复用器120/解复用器130(诸如awg)大约25ghz至30ghz(即，对激光波长进行解谐使得其比在复用器120中的相应通带的中心波长长相对小的量)，aclr可以被改善大约3db至5db。

图4示出了根据本发明的实施方式的降低由arofwdm系统提供的无线电频率的aclr的方法(400)的示例的流程图。如上所述，在arofwdm系统100中，每个tx110与复用器120的端口的通带对应。复用器120中的每个通带具有与光信道对应的中心波长(410)。电连接至arofwdm系统100的控制器对每个txx110进行解谐，使得从经解谐的txx110发射的光信号的波长λ'x比复用器120中的相应通带的中心波长λx长(420)。替选地，复用器120(以及可能的解复用器130)可以相对于每个txx110被解谐，使得复用器120(和解复用器130)中的每个通带的中心波长比从相应的txx发射的光信号的波长短。调谐和解谐可以经由电连接至tx110(或者用于替选的解谐步骤的复用器120/解复用器130)中的热加热/冷却部件的控制器来热电地执行。可以向方法(400)添加其他步骤，包括：监测rfout,x信号中的aclr；以及对解复用器例如awg解复用器进行解谐，以匹配对复用器例如awg复用器的解谐。

如下将讨论的，步骤(420)中的解谐包括：控制器降低由每个txx110发送的光信号的光学频率，使得每个txx110产生比与预定最佳中心波长λx对应的光学频率(即，与复用器120中的相应通带的中心波长λx对应的光学频率)低25ghz至30ghz之间的光学频率处的光信号。将光学频率降低25ghz至30ghz相当于将传输波长增加大约0.2nm至0.24nm。

图5示意性地示出了在各个tx110已经被解谐以在波长λ'x和λ'x+1处发射的情况下的两个通带的频谱分布。通过对tx110进行解谐，可以减少aclr。如上所述，每个txx110可以被解谐以降低大约25ghz至30ghz，这与相应通带中心波长λx增加0.2nm至0.24nm对应。该水平在下面被示出为足以将aclr降低3db至5db。

为了证明aclr降低，使用与图1中的arofwdm系统100类似的arofwdm系统来建立实验。在实验中，使用的rf信号是2.1ghz的rf载波处的模拟20mhzlte信号。生成了16个rf信号副本，其中，每个信号独立地调制每个直接调制激光器(directlymodulatedlaser，dml)(即，tx110)。16个dml的中心波长被调谐至从1549.32nm至1560.61nm的100ghzitu网格。所有的16个经调制的dml使用基于阵列波导的可商购复用器(即，复用器120)被复用并且在12kmsmf-28e光纤之后使用相同类型的解复用器(即，用作复用器120和解复用器130的相同类型的装置)被分用。复用器120和解复用器130具有25db的相邻信道串扰和30db的非相邻信道串扰。每个dml(即，tx110)发射每信道10至12dbm的光功率。在传输和分用之后，利用具有3.5ghz的3-db带宽的光学探测器探测每个光信号，并且利用rf频谱分析仪测量aclr。

为了将每个光学块的性能劣化的可能原因分离，在无任何wdm相邻者的情况下在信道7(1541.35nm)处执行针对单信道情况的详细表征。这提供了对每个块(即，光学复用器120、光学解复用器130和光纤)对整体性能造成的损失的洞察。dml(tx110)输出光功率为12dbm，并且光接收器(rx140)处的接收功率随光衰减器而变化。

图6示出了观察到的作为在接收器(rx140)处接收的功率的函数的aclr的曲线图。图6示出了当rx140处的接收功率增加时，初始地随着相对于相对强度噪声的信号功率增加，aclr增加。然而，在接收功率约为4.5dbm之后，随着接收功率增加，非线性失真和背反射呈现为主导相邻信道中的集成功率，导致aclr的饱和以及进一步的降低。awg复用器120/解复用器130分别产生约1.8db的aclr损失(即，不管awg是用作复用器120还是用作解复用器130)。组合在一起的复用器120和解复用器130二者产生3.6db的aclr损失。由于使用单个信道执行测量，因此该损失不归因于串扰。因此，损失看来是通过来自装置的反射所产生。

smf-28e光纤有三个卷轴，每个卷轴为6km。当每个另外的卷轴被插入链路时，其会产生其自身的插入损耗(即，0.2db/km×6km＝1.2db)并且增强光纤非线性效应。下面的表1示出：当光纤从12km增加至18km时，光rx140处的接收功率减少1.8db。然而，aclr劣化是12km的aclr劣化的两倍(即，相比于2.3db的4.1db)。因此，aclr的劣化不是线性的，并且不应当归因于简单的插入损耗。这表明：瑞利散射和受激布里渊散射(stimulatedbrillouinscattering，sbs)以及自相位调制(self-phasemodulation，spm)在光纤中的组合效应导致了另外的损失。

表1：光纤的aclr损失

单信道结果表明：在4.5dbm功率的最佳接收功率处，使aclr最大化。然而，利用链路中的复用器120、光纤和解复用器130，最佳aclr和最大接收功率并不相关。图7示出了与信道13(1546.35nm)的接收光功率(760)、背反射光功率(750)和测量的aclr(730和740)叠加的复用器120和解复用器130信道(分别为710和720)的频谱分布的曲线图。图7示出了当信号被调谐到复用器120/解复用器130的通带中心时实现了最大接收功率。然而，当信号被解谐成朝向通带的红色侧(即，波长增加)而远离中心时，产生最高达3db至5db的aclr的改善。这种改善可以归因于在图7中的750处的所测量和描绘的背反射的减少。图8和图9分别示出了与信道7(1541.35nm)和信道28(1558.17nm)的接收光功率(860；960)、背反射光功率(850；950)和测量的aclr(830；930)叠加的复用器120和解复用器130信道(分别为810和820；分别为910和920)的频谱分布或通带的曲线图。图8和图9二者还示出了利用解谐实现的3db的aclr改善。

图10是可以用于实现本文中公开的装置和方法的计算系统1000的框图。具体装置可以利用所示出的部件中的所有部件或仅部件的子集，并且集成水平可以随装置而变化。此外，装置可以包含部件的多个实例，诸如多个处理单元、多个处理器、多个存储器、多个发射器、多个接收器等。计算系统1000包括处理单元1002。处理单元1002包括中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)1014、存储器1008，并且还可以包括连接至总线1020的大容量存储装置1004、视频适配器1010和i/o接口1012。

总线1020可以是包括存储器总线或存储器控制器、外围总线或视频总线的若干总线架构中的任何类型的总线架构中的一种或更多种。cpu1014可以包括任何类型的电子数据处理器。存储器1008可以包括任何类型的非暂态系统存储器，诸如静态随机存取存储器(staticrandomaccessmemory，sram)、动态随机存取存储器(dynamicrandomaccessmemory，dram)、同步dram(synchronousdram，sdram)、只读存储器(read-onlymemory，rom)或它们的组合。存储器1008可以包括启动时使用的rom以及用于在执行程序时使用的程序和数据存储的dram。

大容量存储装置1004可以包括用于存储数据、程序和其他信息并且使数据、程序和其他信息经由总线1020可访问的任何类型的非暂态存储装置。大容量存储装置1004可以包括例如固态驱动器、硬盘驱动器、磁盘驱动器或光盘驱动器中的一个或更多个。

视频适配器1010和i/o接口1012提供将外部输入和输出装置耦接至处理单元1002的接口。如所示出的，输入和输出装置的示例包括耦接至视频适配器1010的显示器1018和耦接至i/o接口1012的鼠标/键盘/打印机1016。其他装置可以耦接至处理单元1002，并且可以利用另外的或更少的接口卡。例如，串行接口诸如通用串行总线(universalserialbus，usb)(未示出)可以用于向外部装置提供接口。

处理单元1002还可以包括一个或更多个网络接口1006，网络接口1006可以包括到接入节点或不同网络的有线链路诸如以太网线缆和/或无线链路。网络接口1006使得处理单元1002能够经由网络与远程单元通信。例如，网络接口1006可以经由一个或更多个发射器/发射天线以及一个或更多个接收器/接收天线来提供无线通信。处理单元1002可以耦接至局域网1022或广域网，以进行数据处理和与诸如其他处理单元、因特网或远程存储设施的远程装置进行通信。

除非另外定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。

通过前述实施方式的描述，可以仅通过使用硬件或者通过使用软件和必要的通用硬件平台来实现本发明。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式来体现。软件产品可以存储在非易失性或非暂态存储介质中，所述非易失性或非暂态存储介质可以是致密盘只读存储器(compactdiskread-onlymemory，cd-rom)、usb闪存盘或可移动硬盘。软件产品包括使得计算机装置(个人计算机、服务器或网络装置)能够执行本发明的实施方式中提供的方法的许多指令。例如，这样的执行可以与本文描述的逻辑操作的模拟对应。软件产品可以另外地或替选地包括使得计算机装置能够执行根据本发明的实施方式的用于配置或编程数字逻辑设备的操作的许多指令。

尽管已经参考本发明的具体特征和实施方式描述了本发明，但是显然的是，可以在不脱离本发明的情况下对本发明进行各种修改和组合。因此，说明书和附图应当仅被视为对由所附权利要求限定的本发明的说明，并且被认为涵盖落入本发明范围内的任何和所有修改、变型、组合或等同物。