一种时频动态变化的多频多概率光载毫米波产生方法与流程

本发明涉及一种光载毫米波产生方法，特别是一种时频动态变化的多频多概率光载毫米波产生方法。

背景技术：

近年来，随着网络的飞速发展，人们对网络带宽的需求与日俱增，通信网络需要更大的带宽和和更好的频谱效率，从而对多速率多载频的需求越来越大。宽带化和无线化是如今通信的研究热点。随着光纤研究制造技术日益成熟，具有通信容量大、传输距离远且损耗低等优点的光纤通信脱颖而出，逐渐成熟并且得到了广泛的应用。与此同时，无线通信的灵活性和可移动性也倍受用户青睐，而日益成熟的光纤通信很好的解决了无线通信中带宽受限的问题，于是光纤通信和无线通信的相互交融，开启了光载无线通信技术(rof，radio-over-fiber)的发展之路。而在即将到来的第五代移动通信(5g)时代，rof技术由于其大容量、低成本、低能耗等特点，将成为5g的传输核心技术。光载射频系统简单的说就是利用光纤通信容量大、传输距离远、损耗低的优势，在中心站将基带信号调制到激光上，再将调制后的带有信号的光波通过光纤链路实行传输，基站接收到光信号后，进行光电转换将光信号转化为电信号，再通过天线发射供用户使用。通过rof能实现微波信号大带宽低失真的传输，对比同轴电缆，光载射频技术很好的解决了传输速率低、带宽受限等问题，极具研究价值。

rof的核心技术之一就是光生毫米波技术，传统的光生毫米波技术有采用调制器进行边带调制、利用循环频移器产生多载波以及使用脉冲光与光子晶体光纤进行参量过程等，但是这些技术都有共同的缺点，就是产生的多载波都是固定的，不能随着时间频率动态变化，导致系统不够灵活地产生动态变化的电毫米波。这就使得不能很好的满足不同用户之间对带宽不同的需求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种时频动态变化的多频多概率光载毫米波产生方法，使系统的频带利用率和功率效益得到提升。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种时频动态变化的多频多概率光载毫米波产生方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：准备好光载毫米波产生系统；

步骤二：生成光多载波，利用晶振作为时钟源，射频输出可调节的本振信号，与脉冲光源发射出的脉冲光信号在循环频移器中进行调制；

步骤三：将光多载波进行分组；

步骤四：对分组后的光多载波分别进行不同的概率映射。

进一步地，所述步骤一的光载毫米波产生系统包含脉冲光源、可调节射频源、循环移频器、频谱处理、多概率映射编码、动态光开光选择和光电转换。

进一步地，所述光载毫米波产生系统的工作流程为脉冲光源发射出的脉冲光与射频源发射出指定频率的射频信号在循环移频器中经过调制后产生频率差为射频频率的光多载波，然后通过频谱处理得到多组频率差不同的光多载波，对这些多载波组进行不同的概率映射，从而使系统在发射功率不变的条件下获得更好的频谱效率和抗噪性能，最后通过光开关选择后进行光电转换将光多载波转换为电毫米波输出。

进一步地，所述步骤二具体为频率为f0的连续光经过耦合器后进入i/q调制器，射频的频率为fs，在调制器的i路和q路上分别输入vmsin(2πfst)和vmcos(2πfst)的时钟信号，通过调制后，调制器输出的光场中会增加一个调制参数为cos(2πfst)+jsin(2πfst)＝exp(j2πfst)的调制信号，于是会相应的产生一个频移为f1＝f0+fs的载波，该载波通过edfa放大后通过耦合器再次进入i/q调制器中，产生第二个频率为f2＝f1+fs的载波。如此，在频移系统中经过多次循环可以产生频率分别为f0、f1、f2…fn的多个载波，其间隔都为fs。我们也可以利用带通滤波器来控制子载波的数目，从而得到数目和频率锁定的光多载波。

进一步地，所述步骤三具体为利用lcos滤波器在多载波中任意筛选出两个子载波，由于任意相同两个子载波间的频率都为fs，则筛选后的两个子载波之间的频率差可以为fs、2fs…nfs，从而得到多组多载波组。

进一步地，所述步骤四具体为

脉冲光源发射出的高斯光束符合高斯分布，其服从高斯分布的概率密度分布公式其中x为星座点到原点的距离，μ是服从高斯分布的随机变量的均值，σ为随机变量的标准差，改变式中的μ值则可以改变高斯分布的形状，得到不同的高斯分布；

μ值设定的方法为对其传输的符号串抽取子符号块组成子符号串，然后对子符号串进行概率设置，通过时间与频率对子符号块设置不同的概率值μ，使得每个符号块的μ值都不同；

因为在多载波分组环节，每组多载波的子载波频率间隔不同，会导致通过光电转换得到的电毫米波的频率也不相同，而在映射编码环节又采用了多概率的方法，于是最后通过光电转换得到的则是一种时频变化的多频多概率电毫米波。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明通过循环频移器和多概率映射编码，产生时频动态变化的多频多概率光载毫米波。通过循环频移器和精细频谱处理，能得到多组频率差不同的光多载波，其频谱利用率较高且频率稳定。而对分组后的光多载波进行多概率映射，能得到非均匀分布的星座图，调整其概率分布参数，可以在发射功率不变的情况下获得更好的频谱效率和更棒的抗噪性能。

附图说明

图1是本发明的光载毫米波产生系统的示意图。

图2是本发明的循环频移器产生光多载波的框图。

图3是本发明的lcos滤波器在多载波分组示意图。

图4是本发明的多载波分组多概率映射示意图。

图5是接收端接收到的星座图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

在传统的星座映射中，星座图中以相同比特数表示的各个符号点都是用相同的概率发射出的，由于不同位置的星座点具有不同的欧氏距离，所以发射它们所需要的能量也不同，越靠近内圈的点所需要的能量越小。如果通过对不同位置点的映射概率进行优化，使得发射能量较低的内圈点能得到更高的概率进行映射，而发射能量较高外圈点则以较低的概率映射，就可以有效地降低整个系统的发射功率。这种技术称为概率成型技术(ps，probabilisticshaping)。

本专利提出的时频变化的多频率多概率光载毫米波产生方法，是一种时间、频率、速率多维度动态变化的rof系统，通过对不同时间、不同频率间隔的光载波赋予不同的概率分布，实现频率自适应、速率动态变化的rof系统。它具有灵活度高、频谱利用率高且成本低等优点，能充分的适用于即将到来的5g时代，也能适用于未来超5g的发展。

本发明的一种时频动态变化的多频多概率光载毫米波产生方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：准备好光载毫米波产生系统；主要包含脉冲光源、可调节射频源、循环移频器、频谱处理、多概率映射编码、动态光开光选择以及光电转换这些模块。

其工作流程大致如下：

脉冲光源发射出的脉冲光与射频源发射出指定频率的射频信号在循环移频器中经过调制后产生频率差为射频频率的光多载波，然后通过频谱处理得到多组频率差不同的光多载波，对这些多载波组进行不同的概率映射，从而使系统在发射功率不变的条件下获得更好的频谱效率和抗噪性能。最后通过光开关选择后进行光电转换将光多载波转换为电毫米波输出。

步骤二：生成光多载波，利用晶振作为时钟源，射频输出可调节的本振信号，与脉冲光源发射出的脉冲光信号在循环频移器中进行调制；

如图2所示，频率为f0的连续光经过耦合器后进入i/q调制器，射频的频率为fs，在调制器的i路和q路上分别输入vmsin(2πfst)和vmcos(2πfst)的时钟信号，通过调制后，调制器输出的光场中会增加一个调制参数为cos(2πfst)+jsin(2πfst)＝exp(j2πfst)的调制信号，于是会相应的产生一个频移为f1＝f0+fs的载波，该载波通过edfa放大后通过耦合器再次进入i/q调制器中，产生第二个频率为f2＝f1+fs的载波。如此，在频移系统中经过多次循环可以产生频率分别为f0、f1、f2…fn的多个载波，其间隔都为fs。我们也可以利用带通滤波器来控制子载波的数目，从而得到数目和频率锁定的光多载波。

步骤三：将光多载波进行分组；

通过循环频移器可以得到指定数目的多载波，并且其子载波之间的频率都是锁定的。本专利中利用lcos滤波器实现对多载波的分组。如图4所示，利用lcos滤波器在多载波中任意筛选出两个子载波，由于任意相同两个子载波间的频率都为fs，则筛选后的两个子载波之间的频率差可以为fs、2fs…nfs，从而得到多组多载波组。

步骤四：对分组后的光多载波分别进行不同的概率映射。

通过循环频移器获得的光多载波通过lcos光滤波器进行分组，可以得到载波间的频率差为fs、2fs…nfs的多组多载波。而多概率映射编码则是对这些多载波组分别进行不同的概率映射。

以16qam为例，因为脉冲光源发射出的高斯光束符合高斯分布，其服从高斯分布的概率密度分布公式其中x为星座点到原点的距离，μ是服从高斯分布的随机变量的均值，σ为随机变量的标准差，高斯分布的图像关于μ对称，并且在μ处取最大值，在正(负)无穷远处取值为0，在μ±σ处有拐点。改变式中的μ值则可以改变高斯分布的形状，得到不同的高斯分布。

本发明对μ值设定的方法如下：对其传输的符号串抽取子符号块组成子符号串，然后对子符号串进行概率设置，通过时间与频率对子符号块设置不同的概率值μ，使得每个符号块的μ值都不同。如图4所示，对不同的子载波组a-d进行多概率分布调度，得到的星座映射如a-d所示，可以看到星座映射是非均匀分布的，当能量较低的信号点比能量较高的信号点发送频率更高时，则可以在发射功率不变的情况下获得更好的频谱效率。

因为在多载波分组环节，每组多载波的子载波频率间隔不同，会导致通过光电转换得到的电毫米波的频率也不相同，而在映射编码环节又采用了多概率的方法，于是最后通过光电转换得到的则是一种时频变化的多频多概率电毫米波。

图5是接收到的两种星座图，其中图a为常规的16qam信号的星座图，而图b是多概率映射后的16qam星座图，这证明了本专利提出的系统的可行性，能实现在发射功率不变的情况下，提高频谱的效率。

本发明通过循环频移器和多概率映射编码，产生时频动态变化的多频多概率光载毫米波。通过循环频移器和精细频谱处理，能得到多组频率差不同的光多载波，其频谱利用率较高且频率稳定。而对分组后的光多载波进行多概率映射，能得到非均匀分布的星座图，调整其概率分布参数，可以在发射功率不变的情况下获得更好的频谱效率和更棒的抗噪性能。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。