一种自调制多载波光纤无线通信系统的制作方法

本实用新型涉及光纤无线通信技术领域，尤其涉及的是一种自调制多载波光纤无线通信系统。

背景技术：

未来，第五代移动通信技术（5G）将实现商用，而毫米波技术更是5G的关键。但是，毫米波信号不能在空气中进行长距离的传输，只通过使用无线接入技术，毫米波通信难以实现良好的通信效果。为了解决这个问题，提出了RoF（Radio over Fiber，光纤无线）技术，它结合了光接入技术和无线接入技术的优点，即光纤通信巨大的带宽优势和移动通信的灵活接入，为用户提供了解决高带宽、大容量以及移动性等问题的理想方案，这也使RoF技术将成为宽带无线接入最有前景的技术。

在现有技术的RoF系统中，产生光载毫米波的技术主要有三种：自调制技术、光外差调制技术和外部调制技术。光外差调制技术的缺点在于需要采用了两个半导体激光器，存在随机相位噪声，将对系统造成很大的影响。外部调制技术经常需要利用到至少两个调制器，一个调制器用于将基带信号调制到光载波上，另一个调制器用于抑制例如光载波信号或其他边带信号，以实现光载波抑制或单边带调制等技术，如此一来，就会使得中心站的成本增加。相比之下，自调制技术是所有光载毫米波信号产生方法中最容易、最简单、成本最低的方法。但是，由于传统的自调制技术的调制带宽有限，无法提高通信的数据量，极大影响通信效率。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种自调制多载波光纤无线通信系统，能够提高调制带宽从而提高通信的数据量，优化通信效率。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种自调制多载波光纤无线通信系统，包括多个二进制数字基带信号源、多个中心站端正弦载波信号源、多个中心站端混频器、一个功率合成器、一个半导体激光器和一个光电探测器；

一个所述中心站端混频器的输入端分别与一个所述二进制数字基带信号源的输出端和一个所述中心站端正弦载波信号源的输出端相连，各个所述中心站端混频器的输出端分别与所述功率合成器的输入端相连，所述功率合成器的输出端与所述半导体激光器的输入端相连，所述半导体激光器的输出端与所述光电探测器相连。

与现有技术现比，本技术方案的有益效果是：把多载波信号调制到光载波上得到光载毫米波信号,从而实现自调制，具有实现复杂度低的优点，降低了实现成本；同时，将多个相互对应的二进制数字基带信号和正弦载波信号进行混频，再通过功率合成后得到多载波信号，通过多载波的方式同时传输多路信号，扩大了通信的容量，从而提高通信的数据量，优化通信效率。

进一步地，还包括一个光带通滤波器，所述半导体激光器的输出端通过所述光带通滤波器与所述光电探测器的输入端相连。

采用上述方案的有益效果是：对光载毫米波信号进行滤波处理，去除其它分量，得到只含正一阶频率分量和光载波分量的光载毫米波信号，能够有效地为后续的拍频做准备；而根据正一阶频率分量的光载毫米波信号和光载波分量的光载毫米波信号的频率差，得到频率为该频率差的毫米波信号，则可以减少干扰信号的产生。

进一步地，还包括第一无线传输模块，所述第一无线传输模块包括一个电带通滤波器、一个功率放大器和一个天线；

在所述第一无线传输模块中，所述电带通滤波器的输入端与所述光电探测器的输出端相连，所述电带通滤波器的输出端与所述功率放大器的输入端相连，所述功率放大器的输出端与所述天线相连。

采用上述方案的有益效果是：一方面，拍频的过程中会引入干扰信号，通过电带通滤波器过滤拍频得到毫米波信号可有效去掉因拍频而引入的干扰信号，仅保留多载波信号；另一方面，直接对多载波信号进行功率放大然后发射出去，终端可接受到多载波信号，不同终端可根据实际情况对多载波信号进行解调。

进一步地，还包括第二无线传输模块，所述第二无线传输模块包括一个功率分配器、多个电带通滤波器、多个功率放大器和多个天线；

在所述第二无线传输模块中，所述功率分配器的输入端与所述光电探测器的输出端相连，所述功率分配器的输出端分别与各个所述电带通滤波器的输入端相连，所述电带通滤波器的输出端与所述功率放大器的输入端相连，所述功率放大器的输出端与所述天线相连；

所述功率分配器的输出端设置有多路，每路对应一个所述电带通滤波器、一个所述功率放大器和一个所述天线。

采用上述方案的有益效果是：与直接对多载波信号进行功率放大然后发射出去不同，分别对各路相同的多载波信号进行带通滤波处理得到多路单载波信号，再将各个单载波信号进行功率放大然后发射出去，可根据终端的实际情况在基站就解调，减轻终端的负载。

进一步地，还包括误码率测试模块，所述误码率测试模块包括一个电带通滤波器、一个功率分配器、多个基站端正弦载波信号源、多个基站端混频器、多个电低通滤波器和多个误码率测试仪；

在所述误码率测试模块中，所述电带通滤波器的输入端与所述光电探测器的输出端相连，所述电带通滤波器的输出端与所述功率分配器的输入端相连，所述功率分配器的输出端分别与各个所述基站端混频器的输入端相连，所述基站端混频器的输入端还与所述基站端混频器的输出端相连，所述基站端混频器的输出端与所述电低通滤波器的输入端相连，所述电低通滤波器的输出端与所述误码率测试仪相连；

所述功率分配器的输出端设置有多路，每路对应一个所述基站端正弦载波信号源、一个所述基站端混频器、一个所述电低通滤波器和一个所述误码率测试仪。

采用上述方案的有益效果是：把混频后的多载波信号还原出二进制数字基带信号，再进行误码率测试，能够方便地评估通信质量。

附图说明

图1是本实用新型一种自调制多载波光纤无线通信系统的示意图。

图2是本实用新型一种自调制多载波光纤无线通信系统的第一无线传输模块的示意图。

图3是本实用新型一种自调制多载波光纤无线通信系统的第二无线传输模块的示意图。

图4是本实用新型一种自调制多载波光纤无线通信系统的误码率测试模块的示意图。

图5是本实用新型一种自调制多载波光纤无线通信系统中经过电带通滤波器后的频谱图。

图6是本实用新型一种自调制多载波光纤无线通信系统中载波为30GHz的通道的眼图。

图7是本实用新型一种自调制多载波光纤无线通信系统中载波为35GHz的通道的眼图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1至图7，图1是本实用新型一种自调制多载波光纤无线通信系统的示意图；图2是本实用新型一种自调制多载波光纤无线通信系统的第一无线传输模块的示意图；图3是本实用新型一种自调制多载波光纤无线通信系统的第二无线传输模块的示意图；图4是本实用新型一种自调制多载波光纤无线通信系统的误码率测试模块的示意图；图5是本实用新型一种自调制多载波光纤无线通信系统中经过电带通滤波器后的频谱图；图6是本实用新型一种自调制多载波光纤无线通信系统中载波为30GHz的通道的眼图；图7是本实用新型一种自调制多载波光纤无线通信系统中载波为35GHz的通道的眼图。

如图1所示，一种自调制多载波光纤无线通信系统中，包括：

多个二进制数字基带信号源11，用于产生多个互不相同的二进制数字基带信号；

多个中心站端正弦载波信号源12，用于产生多个互不相同的正弦载波信号，其中，一个二进制数字基带信号对应一个正弦载波信号；

多个中心站端混频器13，用于将相互对应的二进制数字基带信号和正弦载波信号进行混频，得到多路单载波信号；

一个功率合成器14，用于将多路单载波信号进行功率合成，得到多载波信号；

一个半导体激光器15，用于把多载波信号调制到光载波上，得到光载毫米波信号；

一个光电探测器21，用于对光载毫米波信号进行拍频，得到毫米波信号。

具体地，所述半导体激光器15得到的光载毫米波信号为含有各阶频率分量和光载波分量的光载毫米波信号；

所述系统还包括光带通滤波器16，所述光带通滤波器16用于对含有各阶频率分量和光载波分量的光载毫米波信号进行滤波处理，得到只含正一阶频率分量和光载波分量的光载毫米波信号；

所述光电探测器21光载毫米波信号进行拍频具体为：根据正一阶频率分量的光载毫米波信号和光载波分量的光载毫米波信号的频率差，得到频率为该频率差的毫米波信号。

其中，多个二进制数字基带信号源11的工作参数各不相同，多个中心站端正弦载波信号源12的工作参数各不相同，以获取多路混频后的互不相同的信号，最终获得多载波信号。

需要说明的是，正弦载波信号为没有携带信号的载波信号，而二进制数字基带信号则为信息。相互对应的二进制数字基带信号和正弦载波信号进行混频后，得到的是携带信息的多路单载波信号，而对这多路单载波信号进行功率合成，得到的是携带信息的多载波信号。把多载波信号调制到光载波上，得到的是携带信息的光载毫米波信号，拍频得到的是携带信息的毫米波信号。

在本技术方案中，一个所述中心站端混频器13的输入端分别与一个所述二进制数字基带信号源11的输出端和一个所述中心站端正弦载波信号源12的输出端相连，各个所述中心站端混频器13的输出端分别与所述功率合成器14的输入端相连，所述功率合成器14的输出端与所述半导体激光器15的输入端相连，所述半导体激光器15的输出端与所述光电探测器21相连。具体地，所述半导体激光器15的输出端通过所述光带通滤波器16与所述光电探测器21的输入端相连。

把多载波信号调制到光载波上得到光载毫米波信号,从而实现自调制，具有实现复杂度低的优点，降低了实现成本；同时，将多个相互对应的二进制数字基带信号和正弦载波信号进行混频，再通过功率合成后得到多载波信号，通过多载波的方式同时传输多路信号，扩大了通信的容量，从而提高通信的数据量，优化通信效率。

一种自调制多载波光纤无线通信系统，还包括第一无线传输模块22，如图2所示，所述第一无线传输模块22包括：

一个电带通滤波器25，用于对拍频得到毫米波信号进行带通滤波，得到带通滤波后的多载波信号；

一个功率放大器26，用于对多载波信号进行功率放大；

一个天线，用于发射功率放大后的多载波信号。

在所述第一无线传输模块22中，所述电带通滤波器25的输入端与所述光电探测器21的输出端相连，所述电带通滤波器25的输出端与所述功率放大器26的输入端相连，所述功率放大器26的输出端与所述天线相连。

一方面，拍频的过程中会引入干扰信号，过滤拍频得到毫米波信号可有效减少因拍频而引入的干扰信号，仅保留多载波信号；另一方面，直接对多载波信号进行功率放大然后发射出去，终端可接受到多载波信号，不同终端可根据实际情况对多载波信号进行解调。

一种自调制多载波光纤无线通信系统，还包括第二无线传输模块23，如图3所示，所述第二无线传输模块23包括：

一个功率分配器27，用于对拍频得到的毫米波信号进行功率分配，得到多路相同的多载波信号；

多个电带通滤波器25，分别对各路相同的多载波信号进行带通滤波处理，得到多路中心频率各不相同的单载波信号；

多个功率放大器26，用于将各个单载波信号进行功率放大；

多个天线，用于发射功率放大后的各个单载波信号。

其中，多个电带通滤波器25的工作参数各不相同，以得到多路中心频率各不相同的单载波信号。

在所述第二无线传输模块23中，所述功率分配器27的输入端与所述光电探测器21的输出端相连，所述功率分配器27的输出端分别与各个所述电带通滤波器25的输入端相连，所述电带通滤波器25的输出端与所述功率放大器26的输入端相连，所述功率放大器26的输出端与所述天线相连；所述功率分配器27的输出端设置有多路，每路对应一个所述电带通滤波器25、一个所述功率放大器26和一个所述天线。

与直接对多载波信号进行功率放大然后发射出去不同，分别对各路相同的多载波信号进行带通滤波处理得到多路单载波信号，再将各个单载波信号进行功率放大然后发射出去，可根据终端的实际情况在基站2就解调，减轻终端的负载。

一种自调制多载波光纤无线通信系统，还包括误码率测试模块24，如图4所示，所述误码率测试模块24包括：

一个电带通滤波器25，用于对拍频得到毫米波信号进行带通滤波，得到带通滤波后的多载波信号；

一个功率分配器27，用于对滤波后的多载波信号进行功率分配，得到多路相同的多载波信号；

多个基站端正弦载波信号源28，用于产生多路互不相同的正弦载波信号；

多个基站端混频器29，用于分别对各路多载波信号和与各路多载波信号对应的正弦载波信号进行混频，将各路多载波信号所对应的频谱分量搬移到低频域，得到多路混频后的多载波信号；

多个电低通滤波器30，用于分别对各路混频后的多载波信号进行低通滤波处理，解调出多个互不相同的二进制数字基带信号；

多个误码率测试仪31，用于根据解调出的多个二进制数字基带信号进行误码率测试。

在所述误码率测试模块24中，所述电带通滤波器25的输入端与所述光电探测器21的输出端相连，所述电带通滤波器25的输出端与所述功率分配器27的输入端相连，所述功率分配器27的输出端分别与各个所述基站端混频器29的输入端相连，所述基站端混频器29的输入端还与所述基站端混频器29的输出端相连，所述基站端混频器29的输出端与所述电低通滤波器30的输入端相连，所述电低通滤波器30的输出端与所述误码率测试仪31相连；所述功率分配器27的输出端设置有多路，每路对应一个所述基站端正弦载波信号源28、一个所述基站端混频器29、一个所述电低通滤波器30和一个所述误码率测试仪31。

其中，多个基站端正弦载波信号源28的工作参数各不相同，多个基站端混频器29的工作参数各不相同，以得到互不相同的多载波信号，进而得到多个互不相同的二进制数字基带信号。

把混频后的多载波信号还原出二进制数字基带信号，再进行误码率测试，能够方便地评估通信质量。

下面结合各个部件的功能和工作原理对本技术方案进行详细说明。

一种自调制多载波光纤无线通信系统，包括中心站1和基站2。

在中心站1中，将多个伪随机序列产生的二进制数字基带信号分别和多个不同的正弦载波信号进行混频，再把这多路单载波信号功率合成，利用相加后的信号驱动半导体激光器15，从而实现将多路毫米波信号同时加载到光载波上。半导体激光器15将会产生双边带的光载毫米波信号，即半导体激光器15输入的是含有各阶频率分量和光载波分量的光载毫米波信号。半导体激光器15输入的光载毫米波信号经过一个光带通滤波器16进行滤波处理后，剩下只含正一阶频率分量和光载波分量的光载毫米波信号。滤波后的光载毫米波信号将通过光纤链路传送到基站2。

在基站2中，再对接收到的光载毫米波通过光电探测器21进行拍频，把光载毫米波信号转换为毫米波信号。基站2包括第一无线传输模块22、第二无线传输模块23和误码率测试模块24。

中心站1包括：

多个二进制数字基带信号源11，用于产生多个二进制数字基带信号；

多个中心站端正弦载波信号源12，用于产生多个正弦载波信号；

多个中心站端混频器13，用于将相互对应的二进制数字基带信号和正弦载波信号进行混频；

一个功率合成器14，用于将多路单载波信号进行功率合成；

一个半导体激光器15，用于把多载波信号调制到光载波上，得到光载毫米波信号；

一个光带通滤波器16，用于对含有各阶频率分量和光载波分量的光载毫米波信号进行滤波处理，得到只含正一阶频率分量和光载波分量的光载毫米波信号。

具体地，所述半导体激光器15还包括一激光内部工作电源，所述激光内部工作电源的输入端与所述功率合成器的输出端相连，所述激光内部工作电源的输出端与所述半导体激光器的输入端相连。

把多载波信号调制到光载波上，得到光载毫米波信号具体包括：根据多载波信号的电流幅值控制输出激光的功率。

其中，功率合成器输出的多载波信号为电信号，激光内部工作电源根据多载波信号的电流幅值控制输出激光的功率，从而实现自调制功能。

中心站1的工作过程包括：通过多个中心站端混频器13，将多路二进制数字基带信号分别和不同的正弦载波信号进行混频。混频后，通过一个功率合成器14将多路信号进行相加。相加后的信号输入到一个半导体激光器15，半导体激光器15进行自调制并输出含有多个载波的光载毫米波信号。信号经过光带通滤波器16后，对含有各阶频率分量和光载波分量的光载毫米波信号进行滤波处理，得到只含正一阶频率分量和光载波分量的光载毫米波信号，通过光纤链路传送到基站2。中心站1和基站2之间通过光纤链路实现通信，即光带通滤波器16的输出端通过光纤链路与光电探测器21的输入端相连。

基站2首先要通过光电探测器21对光载毫米波信号进行拍频，得到毫米波信号，然后再通过第一无线传输模块22或者第二无线传输模块23进行无线发射，或者通过误码率测试仪31对毫米波信号进行误码率测试。

第一无线传输模块22包括：

一个电带通滤波器25，用于对拍频得到毫米波信号进行带通滤波，得到带通滤波后的多载波信号；

一个功率放大器26，用于对多载波信号进行功率放大；

一个天线，用于发射功率放大后的多载波信号。

第二无线传输模块23包括：

一个功率分配器27，用于对拍频得到的毫米波信号进行功率分配，得到多路相同的多载波信号；

多个电带通滤波器25，分别对各路相同的多载波信号进行带通滤波处理，得到多路中心频率各不相同的单载波信号；

多个功率放大器26，用于将各个单载波信号进行功率放大；

多个天线，用于发射功率放大后的各个单载波信号。

误码率测试模块24包括：

一个电带通滤波器25，用于对拍频得到毫米波信号进行带通滤波，得到带通滤波后的多载波信号；

多个功率分配器27，用于对滤波后的多载波信号进行功率分配，得到多路相同的多载波信号；

多个基站端正弦载波信号源28，用于产生多路互不相同的正弦载波信号；

多个基站端混频器29，用于分别对各路多载波信号和与各路多载波信号对应的正弦载波信号进行混频，将各路多载波信号所对应的频谱分量搬移到低频域，得到多路混频后的多载波信号；

多个电低通滤波器30，用于分别对各路混频后的多载波信号进行低通滤波处理，解调出多个二进制数字基带信号；

多个误码率测试仪31，用于根据解调出的多个二进制数字基带信号进行误码率测试。

需要说明的是，基站2里可以只设置第一无线传输模块22、第二无线传输模块23和误码率测试模块24中的一个，也可设置有这三个模块中的任意两个或者三个，以满足不同的应用场景。

下面通过实施例对本技术方案进行说明。

多个二进制数字基带信号源11，由伪随机序列产生N个二进制数字基带信号。在本实施例中，二进制数字基带信号源11设置为两个，两个二进制数字基带信号源11的比特率均为2.5GHz。当然，两个二进制数字基带信号源11也可以为更高的比特率。

多个中心站端正弦载波信号源12，产生多个不同的正弦载波信号。在本实施例中，中心站端正弦载波信号源12设置为两个，频率分别为30GHz和35GHz。当然，也可以为更高或更低的频率。

多个中心站端混频器13，用于对各路的二进制数字基带信号和其对应的正弦载波信号进行混频。在本实施例中，中心站端混频器13设置有两个。

功率合成器14，用于将各路混频后的信号进行相加，输出一个含有多个载波的信号。在本实施例中，功率合成器14为两路输入一路输出。

半导体激光器15，用于把多载波信号调制到光载波上，得到光载毫米波信号。在本实施例中，半导体激光器15的光载波中心频率为193.1THz。

光带通滤波器16，用于过滤半导体激光器15产生的信号，使其剩下正一阶频率分量和光载波分量的光载毫米波信号。在本实施例中，光带通滤波器16采用的中心频率为193.1175THz，带宽为40GHz，经过光带通滤波器16后，剩下含有30GHz的光载波分量和35GHz的正一阶频率分量的光载毫米波信号。

光电探测器21，用于拍频进行光电转换，将接收到的光载毫米波信号转换成毫米波信号。

电带通滤波器25，用于过滤拍频得到的毫米波信号，使其剩下只含载波的毫米波信号。在本实施例中，电带通滤波器25的中心频率为32.5GHz，带宽为10GHz，经过电带通滤波器25后的频谱如图5所示，可看到载波分别为30GHz和35GHz的毫米波信号。

功率放大器26，用于将发射前的多载波信号进行功率放大。

天线，用于将经过功率放大器26放大后的多载波信号发射出去。

功率分配器27，用于将毫米波信号分成多路相同的信号输出。在本实施例中，功率分配器27为一路输入两路输出。

基站端正弦载波信号源28，用于产生多个不同的解调用的正弦载波信号，其频率和多个中心站端正弦载波信号源12一一对应且相同。在本实施例中，基站端正弦载波信号源28设置为两个，频率分别为30GHz和35GHz，也可以为更高的且和中心站1正弦载波信号源对应的频率。

基站端混频器29，用于将光电转换后的毫米波信号和其对应的正弦载波信号进行混频，使其下变频后输出。在本实施例中，基站端混频器29设置有两个。

多个电低通滤波器30，用于过滤混频后的信号，使其只剩下二进制数字基带信号，即经过电低通滤波器30后，可以将信号解调出来。在本实施例中，即电低通滤波器30设置有两个，其截止频率为2.5GHz。

误码率测试仪31，用于分析每一路恢复出来的二进制数字基带信号的误码率，从而检验系统性能。在本实施例中，误码率测试仪31设置为两个，分别测试载波为30GHz和35GHz的两路载波通信的误码率。

在中心站1和基站2之间的光纤长度为50km的情况下，误码率测试仪31的结果显示不同载波的两路信号误码率均在10的-28次方左右，载波为30GHz和35GHz的两路信号的眼图分别如图6和图7所示。从误码率和眼图可以看出，整个光通信系统的性能良好。

综上所述，本实用新型提供了一种自调制多载波光纤无线通信系统，通过把多载波信号调制到光载波上得到光载毫米波信号,从而实现自调制，具有实现复杂度低的优点，降低了实现成本；同时，将多个相互对应的二进制数字基带信号和正弦载波信号进行混频，再通过功率合成后得到多载波信号，通过多载波的方式同时传输多路信号，扩大了通信的容量，从而提高通信的数据量，优化通信效率。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。