多通道光自相干相消系统的制作方法

本发明涉及光信号处理和集成光子学领域，尤其涉及一种多通道光自相干相消系统。

背景技术：

当今无线网络的快速发展带来的频谱资源稀缺的问题在现今的蜂窝网络基础架构上难以解决。为了满足用户对于高速率数据传输的需求，必须扩大现有基站的数量，这将大大增加现今通信网络的运营成本。全双工系统可以实现在同频同带上进行双向通信，是解决频谱资源短缺最有效途径之一。然而，由于全双工系统会受到自干扰信号的影响，会导致整个系统的信号干扰噪声比急剧下降。如果自干扰的问题得以解决，全双工系统相比于半双工系统能够提供更有效、更高的频率效率。

光自相干相消，相比于传统的电自相干相消具有更大带宽和更高频率的优势，能够实现几百兆赫兹的相消带宽。目前，世界各国的研究团队已经提出了很多实现光自相干相消的方案，其中大部分是基于直接调制激光器、外部调制激光器或各类强度调制器等器件实现。这些方法是基于离散的器件实现，且只能实现单通道相干相消，大大限制了其在无线通信中的应用。随着多频段、多功能5g无线通信网络及雷达的发展，多频段相干相消系统的研究成为必然趋势。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

针对于现有的技术问题，本发明提出一种多通道光自相干相消系统，该系统基于单片集成激光阵列设计，用于至少部分解决上述技术问题。

(二)技术方案

本发明提供一种多通道光自相干相消系统，包括：2n通道集成单片光模块，其中，n路通道用于将n路干扰信号加载到光载波上，另外n路通道用于将n路参考信号加载到光载波上，并将n路加载干扰信号的光载波及n路加载参考信号的光载波合束成一路信号，其中n为正整数；第二阵列波导光栅，用于将一路信号分束成n路加载干扰信号的光载波及n路加载参考信号的光载波；光衰减器，用于对n路加载参考信号的光载波进行幅度衰减；光延时线，用于对n路衰减后的加载参考信号的光载波进行相位延时；平衡探测器，用于根据n路幅度衰减及相位延时后的加载参考信号的光载波对n路加载干扰信号的光载波进行自相干相消；其中，每路加载参考信号至光载波的通道设有与之对应的光衰减器及光延时线。

可选地，2n集成单片光模块包括2n个直调激光器及第一阵列波导光栅，其中，n个直调激光器分别用于将n路干扰信号加载到光载波上，另外n个直调激光器分别用于将n路参考信号加载到光载波上；第一阵列波导光栅用于将n路加载干扰信号的光载波及n路加载参考信号的光载波合束成一路信号。

可选地，每个加载干扰信号至光载波的直调激光器设有与之对应的接收天线，用于接收干扰信号；

每个加载参考信号至光载波的直调激光器设有与之对应的发射天线及发射机，发射天线与接收天线一一对应，发射机用于产生参考信号及发射信号，发射天线用于将发射信号的一部分耦合到接收天线中用作干扰信号。

可选地，在每个直调激光器的输入端设有直流偏置器，用于耦合每个直调激光器的驱动电流与其对应的干扰信号或参考信号。

可选地，2n个直调激光器与第一阵列波导光栅集成在同一芯片上。

可选地，接收天线还用于接收有用信号，干扰信号混于有用信号中，每个发射机产生的发射信号的频率与对应的接收天线接收到的有用信号的频率相等。

可选地，第一阵列波导光栅与第二阵列波导光栅之间设有传输光纤，用于传输一路信号。

可选地，2n个直调激光器的波长间隔大于等于100ghz。

可选地，2n个直调激光器设有与之对应的至少一个温度控制器及至少一个热敏电阻。

可选地，发射天线、发射机、直流偏置器及直调激光器依次通过电缆连接，接收天线、直流偏置器及直调激光器依次通过电缆连接；2n通道集成单片光模块、传输光纤、第二阵列波导光栅、光延时线、光衰减器和平衡探测器依次通过光纤连接。

(三)有益效果

本发明提出一种多通道光自相干相消系统，有益效果为：该系统基于单片集成激光阵列，设计出多通道集成单片光模块，实现了多频段光自相干相消，单片集成激光阵列技术的应用，实现体积小、低功耗的多通道光直接调制功能。

附图说明

图1是本发明实施例双通道光自相干相消系统结构示意图。

图2是本发明实施例参考信号与干扰信号幅度相等时，延时量与相消深度之间的关系。

图3是本发明实施例参考信号与干扰信号幅度不相等时，延时量与相消深度之间的关系。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提出一种多通道光自相干相消系统，该系统基于单片集成激光阵列，设计出多通道集成单片光模块，通过对参考信号进行幅度调控和相位延时，在平衡探测器处实现干扰信号与参考信号的自相干相消，从而实现多频段光自相干相消，包括：

2n通道集成单片光模块，其中，n路通道用于将n路干扰信号加载到光载波上，另外n路通道用于将n路参考信号加载到光载波上，并将n路加载干扰信号的光载波及n路加载参考信号的光载波合束成一路信号，其中n为正整数。

具体的，该2n通道集成单片光模块由2n个直调激光器及第一阵列波导光栅，每一路通道上设有一个直调激光器，选择其中n个直调激光器用于加载干扰信号至光载波，则余下的n个直调激光器用于加载参考信号至光载波，即n路加载参考信号的光载波与n路加载干扰信号的光载波一一对应，在实现自相干相消时，平衡探测器根据一路加载参考信号的光载波对其对应的加载干扰信号的光载波进行自相干相消，从而可同时实现n个频率的光自相干相消，其中，2n个直调激光器与第一阵列波导光栅集成在同一芯片上，2n个直调激光器的波长间隔大于等于100ghz，且2n个直调激光器共用至少一个温度控制器及至少一个热敏电阻。为了便于远距离传输，需要将得到的n路加载参考信号的光载波与n路加载干扰信号合束成一路信号，因此，在2n个直调激光器输出端设置第一阵列波导光栅以合束信号。

第二阵列波导光栅，用于将合束的一路信号分束成n路加载干扰信号的光载波及n路加载参考信号的光载波，其中信号的远距离传输通过设置在第一阵列波导光栅与第二阵列波导光栅之间的传输光纤实现。

光衰减器，用于对n路加载参考信号的光载波进行幅度调控。在第二阵列波导光栅每个输出加载参考信号的光载波端口后设有一个光衰减器，对输出的加载参考信号的光载波进行幅度的调控。

光延时线，用于对n路衰减后的加载参考信号的光载波进行相位延时。在每个光衰减器后设置一个光延时线，对光衰减器输出的信号进行相位的延时。

平衡探测器，用于根据n路幅度衰减及相位延时后的加载参考信号的光载波对所述n路加载干扰信号的光载波进行自相干相消。平衡探测器接收一路幅度衰减及相位延时后的加载参考信号的光载波及一路加载干扰信号的光载波，经过光电转换和做差转换为电信号，从而实现对干扰信号的相干相消。其中，该平衡探测器接收的参考信号的频率与干扰信号的频率相等。

其中，每个加载干扰信号至光载波的直调激光器设有与之对应的接收天线，用于接收传输的有用信号，该有用信号中包括发射天线泄露的干扰信号，每个加载参考信号至光载波的直调激光器设有与之对应的发射天线及发射机，发射机与发射天线一一对应，发射天线与接收天线一一对应，该发射机用于产生发射信号，发射天线将发射信号一部分耦合到接收天线中，用作干扰信号，发射机经过抽头后一部分用作参考信号，每个发射机产生的发射信号的频率与对应的接收天线接收的有用信号的频率相等。

其中，在每个直调激光器输入端前设有直流偏置器，用于耦合每个直调激光器的驱动电流与其接收的干扰信号或参考信号。

其中，每路通道发射天线、发射机、直流偏置器及直调激光器依次通过高频电缆连接；接收天线、直流偏置器及直调激光器依次通过高频电缆连接；2n通道集成单片光模块、第一阵列波导光栅、传输光纤、第二阵列波导光栅、光衰减器、光延时线和平衡探测器采用光纤依次连接。

为了更详细的说明本发明，下面详述本发明的一个具体实施例。

取n＝2，即该系统为双通道光自相干相消系统，其结构如图1所示，包括：

四通道集成单片光模块，其由第一直调激光器5-1、第二直调激光器5-2、第三直调激光器5-3、第四直调激光器5-4及第一阵列波导光栅6-1集成在同一芯片上二构成。第一直调激光器5-1输入端设有第一直流偏置器4-1，第一直流偏置器4-1前设有第一接收天线1-1；第二直调激光器5-2输入端设有第二直流偏置器4-2，第二直流偏置器4-2前设有第一发射机3-1，第一发射机3-1上安装有第一发射天线2-1；第三直调激光器5-3输入端设有第三直流偏置器4-3，第三直流偏置器4-3前设有第二接收天线1-2；第四直流偏置器4-4前设有第二发射机3-2，第二发射机3-2上安装有第二发射天线2-2。第一直调激光器5-1及第三直调激光器5-3将两路干扰信号加载至分别加载至两路光载波，第二直流偏置器4-2及第四直流偏置器4-4将两路参考信号加载至分别加载至两路光载波。第一直调激光器5-1加载的干扰信号的频率与第二直调激光器5-2加载的参考信号的频率相等，第三直调激光器5-3加载的干扰信号的频率与第四直调激光器5-4加载的参考信号的频率相等。第一直调激光器5-1加载的干扰信号的频率与第三直调激光器5-3加载的干扰信号的频率可以是同一频率，也可以是不同频率。

第二阵列波导光栅6-2通过5km传输光纤7与第一阵列波导光栅6-1相连，将一阵列波导光栅6-1合束的信号远距离传输至第二阵列波导光栅6-2。

第二阵列波导光栅6-2将合束的信号分开，得到两路加载有参考信号的光载波及两路加载有干扰信号的光载波。将一路加载有参考信号的光载波依次输入至第一光衰减器8-1及第一光延时线9-1，依次进行幅度的衰减及相位的延时后输入第一平衡器10-1，将与该参考信号频率相同的一路加载有干扰信号的光载波直接输入第一平衡器10-1，实现对该干扰信号的相干相消。将另一路加载有参考信号的光载波依次输入至第二光衰减器8-2及第二光延时线9-2，依次进行幅度的衰减及相位的延时后输入第二平衡器10-2，将与该参考信号频率相同的一路加载有干扰信号的光载波直接输入第二平衡器10-2，实现对该干扰信号的相干相消。

其中，直调激光器波长间隔为400ghz，共用一个温度控制器和热敏电阻。

基于本发明实施例的双通道光自相干相消系统，得到频率为2.5ghz、5ghz、7.5ghz和10ghz时，延时量与相消深度之间的关系，当参考路信号和干扰路信号幅度完全相等的时，其结果如图2所示，当参考路信号和干扰路信号幅度不相等的时，其结果如图3所示。从图2可以看出，参考路信号和干扰路信号幅度完全相等的时自相干相消深度只与延时量有关。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。