基于光相位调制器的双向有线无线混合光接入方法与系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于光相位调制器的双向有线无线混合光接入方法与系统。在中心站，通过光相位调制器和光带通滤波器产生包含光载波、±2阶及+3阶光边带的下行光信号；经下行传输链路传送至混合ONU，在混合ONU首先利用光纤布拉格光栅FBG和光环型器OC把光载波反射出用于承载上行信号；而FBG透射输出的光信号注入光电探测器，产生下行链路有线和无线接入信号；由FBG和OC提取出的光载波通过光强度调制器IM调制有线或无线接入上行信号，然后经上行光纤链路传输至中心站，在中心站基于直接探恢复出有线或无线接入上行信号，完成有线或无线接入信号在中心站和混合ONU间的全双工传输。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤通信和毫米波通信领域，尤其涉及利用光纤传输包含上行链路光载波、承载有线和无线接入业务光边带的光载毫米波信号，基于以光相位调制器的电光转换，及基于光电探测器PD的直接探测实现全双工有线和毫米波无线选择性接入。
技术介绍
随着人类社会信息化时代的到来，会议电视、视频点播、网络游戏、3-D和高清/超高清电视等全新超宽带多媒体业务的不断涌现以及当今飞速发展的电子商务和网络购物业务，使有线和无线接入网的通信容量需求迅猛增加；同时人们希望在任何时间、任何地点(包括：移动地点，如快速行驶的车辆上，和固定地点，如办公大楼等)都能与网络相连，也使得对网络接入方式的便捷性要求不断提高。目前光纤通信以光纤作为传输介质，具有传输距离长、容量大、抗电磁干扰、维护成本较低、业务透明化传输等优点，它虽能提供巨大的带宽，实现Gbit/s的有线接入速率，但其接入方式的灵活性受限，因为其缺乏移动性。而无线通信能够实现灵活方便的接入，但目前的窄带无线通信主要采用频谱拥塞的低频段微波信号，传输速率远低于光纤接入速率，且很难突破带宽和传输速率的瓶颈，无法满足这些新业务的带宽和速率需求。为了同时满足人们对通信业务持续增长的宽带需求和传输速率及接入灵活性的要求，在未来的宽带接入网络中光纤通信和无线通信技术都将发挥巨大的作用，二者优势互补、缺一不可。目前光载射频(RoF)技术利用微波光子学技术产生承载射频信号的光波，利用光纤实现毫米波信号的长距离传输。它的引入使光纤通信和无线通信在网络分布上表现出兼容性，即利用光纤分布网络传输光载毫米波信号。未来的宽带接入网络必将向着具有宽带传输优势的光纤通信与具有灵活方便接入优势的无线通信融合的方向发展。融合了光纤通信与无线通信的混合接入光网络，不仅能够利用光纤传输宽带有线接入信号，而且能够基于RoF技术传输光载毫米波信号，并且在混合接收端采用光电探测器完成承载有线和无线接入的光载毫米波信号的光电转换，同时实现宽带有线接入信号和无线接入信号的长距离、低损耗传输。在融合的混合接入光网络中，利用光纤实现宽带、高速率的数据传输，同时利用光电探测产生的有线和无线接入电信号，实现混合接收端的有线和毫米波无线选择性接入，增加接入方式的灵活性，满足通信新业务对接入网宽带、速率及接入方式的需求。目前，国内外很多研究机构在基于PON/RoF的混合有线/无线接入方面进行了广泛的研究。但现有基于PON/RoF的混合有线/无线接入网中至少还存在下述问题：只是把承载有线信号和无线信号的光波简单地叠加在一起，有线与无线信道仍是两个独立的信道，接入方式与接收数据是一一对应的，混合有线/无线接入网存在信道冗余问题，且设备与频谱的利用率较低，用户不能灵活地改变接入方式。目前借助基于PON的光纤接入网与基于RoF的无线接入网的融合，简化光谱结构，提高频谱利用效率，实现有线接入网与无线接入网的深层次融合和Gb/s的高速率数据有线和毫米波的无线选择性接入及全双工通信，成为亟待解决的关键问题。
技术实现思路
为了解决上述高速率有线或无线混合接入网的设备与频谱利用率低、信道冗余和接入方式不灵活的问题，实现有线接入网与无线接入网的深层次融合，本专利技术提供一种基于光相位调制器的双向有线无线混合光接入方法与系统。本专利技术提供一种基于光相位调制器的双向有线无线混合光接入方法，用于实现有线或无线选择性接入，在中心站的下行光信号发射模块中由连续激光器发出的光波注入到光相位调制器(PM)中，在射频BPSK信号的驱动下，产生多个光边带，通过调节驱动信号的幅度使±1阶光边带被抑制，利用光带通滤波器把光载波、±2阶及+3阶光边带滤出作为下行光信号；经下行光纤链路传输至混合ONU，混合ONU首先利用光纤布拉格光栅(FBG)和光环型器(OC)把光载波从下行光信号中提取出用于承载上行信号；而FBG透射输出的±2阶和+3阶光边带被注入到光电探测器(PD)中进行光电转换，产生下行链路有线接入和无线接入信号，由FBG和OC提取出的光载波通过光强度调制器(IM)调制有线或无线接入的上行信号，然后经上行光纤链路传输至中心站，在中心站的上行光信号接收模块中，利用PD实现光电转换，恢复出有线或无线接入的上行信号；上述过程实现了基于光纤传输的宽带信号在中心站和混合ONU间的全双工传输和基于直接探测的有线和无线接入信号的光电转换，增加接入方式的灵活性，实现有线接入网与无线接入网的深层次融合。其中包括：在中心站的下行光信号发射模块中，由连续激光器输出的频率为f0的光波被注入到PM中，在频率为fRF的BPSK信号驱动下，产生频率为f0+nfRF的多个光边带，其中只有2n+1阶光边带携带相位信息，而2n阶光边带不携带任何相位信息，这里n为整数；通过调节PM的调制系数，使±1阶光边带被完全抑制，然后通过光带通滤波器将不携带相位信息的光载波、±2阶光边带和携带相位信息的+3阶光边带滤出，作为下行光信号；经单模光纤将下行光信号传输至混合ONU，首先利用布拉格波长等于光载波波长的FBG和OC将光载波与±2阶、+3阶光边带分离，其中由FBG反射并由OC输出的光载波，预留为上行链路的光载波，用于承载有线或无线接入的上行信号，而FBG透射输出的±2阶和+3阶光边带被PD光电转换，产生频率为fRF、承载下行BPSK信号的射频信号和频率为5fRF、承载下行BPSK信号的毫米波信号及频率为4fRF的不携带相位信息的毫米波本振信号；经电开关，探测到的电信号被分别路由到下行有线接入模块或下行无线信号发射模块；在下行有线接入模块中，利用中心频率为fRF、带宽为BPSK信号主瓣带宽的带通滤波器将频率为fRF的携带下行BPSK信号的射频信号滤出，经射频本振信号相干解调恢复出下行基带电信号，实现下行链路的有线接入。在下行无线信号发射模块中，利用中心频率为4.5fRF、带宽为1.5fRF的带通滤波器将频率为5fRF的携带下行BPSK信号的毫米波信号和频率为4fRF的不携带相位信息的毫米波本振信号滤出用于无线接入，馈送至天线，并发射至无线用户终端；在无线用户终端，下行链路无线接入信号由天线接收后直接进行功率探测，频率为5fRF的承载下行BPSK信号的毫米波信号与频率为4fRF的不携带相位信息的毫米波本振信号拍频后，下变换为频率为fRF的射频信号，之后与下行链路有线接入信号接收一样，经射频本振信号相干解调恢复出下行基带电信号，实现下行链路的无线接入；对于有线接入上行链路，在混合ONU，由FBG和OC提取出的光载波直接注入到IM中被二进制的有线接入上行信号OOK调制，产生有线接入上行光信号；对于无线接入上行链路，在无线用户终端，二进制的无线接入上行信号与从下行链路无线接入信号中提取的毫米波本振信号混频产生OOK调制毫米波信号，经天线发射至混合ONU；在混合ONU的无线接入上行信号接收模块中，利用功率探测器探测由天线接收到的射频信号的功率获得OOK调制的基带无线接入上行信号，再利用混合ONU的IM将基带的无线接入上行信号调制到预留的光载波上，产生无线接入上行光信号；产生的有线或无线接入上行光信号经上行光纤链路传输至中心站，在中心站的上行光信号接收模块中经PD直接探测后得到有线或无线接入上行电信号；上述上行链路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光相位调制器的双向有线无线混合光接入方法，用于实现有线或无线选择性接入，在中心站的下行光信号发射模块中由连续激光器发出的光波注入到光相位调制器PM中，在射频BPSK信号的驱动下，产生多个光边带，通过调节驱动信号的幅度使±1阶光边带被抑制，利用光带通滤波器把光载波、±2阶及+3阶光边带滤出作为下行光信号；经下行光纤链路传输至混合ONU，混合ONU首先利用光纤布拉格光栅FBG和光环型器OC把光载波从下行光信号中提取出用于承载上行信号；而FBG透射输出的±2阶和+3阶光边带被注入到光电探测器PD中进行光电转换，产生下行链路有线接入和无线接入信号，由FBG和OC提取出的光载波通过光强度调制器IM调制有线或无线接入的上行信号，然后经上行光纤链路传输至中心站，在中心站的上行光信号接收模块中，利用PD实现光电转换，恢复出有线或无线接入的上行信号；上述过程实现了基于光纤传输的宽带信号在中心站和混合ONU间的全双工传输和基于直接探测的有线和无线接入信号的光电转换，增加接入方式的灵活性，实现有线接入网与无线接入网的深层次融合，其特征在于，其包括下述步骤：在中心站的下行光信号发射模块中，由连续激光器输出的频率为f0的光波被注入到PM中，在频率为fRF的BPSK信号驱动下，产生频率为f0+nfRF的多个光边带，其中只有2n+1阶光边带携带相位信息，而2n阶光边带不携带任何相位信息，这里n为整数；通过调节PM的调制系数，使±1阶光边带被完全抑制，然后通过光带通滤波器将不携带相位信息的光载波、±2阶光边带和携带相位信息的+3阶光边带滤出，作为下行光信号；经单模光纤将下行光信号传输至混合ONU，首先利用布拉格波长等于光载波波长的FBG和OC将光载波与±2阶、+3阶光边带分离，其中由FBG反射并由OC输出的光载波，预留为上行链路的光载波，用于承载有线或无线接入的上行信号，而FBG透射输出的±2阶和+3阶光边带被PD光电转换，产生频率为fRF、承载下行BPSK信号的射频信号和频率为5fRF、承载下行BPSK信号的毫米波信号及频率为4fRF的不携带相位信息的毫米波本振信号；经电开关，探测到的电信号被分别路由到下行有线接入模块或下行无线信号发射模块；在下行有线接入模块中，利用中心频率为fRF、带宽为BPSK信号主瓣带宽的带通滤波器将频率为fRF的携带下行BPSK信号的射频信号滤出，经射频本振信号相干解调恢复出下行基带电信号，实现下行链路的有线接入；在下行无线信号发射模块中，利用中心频率为4.5fRF、带宽为1.5fRF的带通滤波器将频率为5fRF的携带下行BPSK信号的毫米波信号和频率为4fRF的不携带相位信息的毫米波本振信号滤出用于无线接入，馈送至天线，并发射至无线用户终端；在无线用户终端，下行链路无线接入信号由天线接收后直接进行功率探测，频率为5fRF的承载下行BPSK信号的毫米波信号与频率为4fRF的不携带相位信息的毫米波本振信号拍频后，下变换为频率为fRF的射频信号，之后与下行链路有线接入信号接收一样，经射频本振信号相干解调恢复出下行基带电信号，实现下行链路的无线接入；对于有线接入上行链路，在混合ONU，由FBG和OC提取出的光载波直接注入到IM中被二进制的有线接入上行信号OOK调制，产生有线接入上行光信号；对于无线接入上行链路，在无线用户终端，二进制的无线接入上行信号与从下行链路无线接入信号中提取的毫米波本振信号混频产生OOK调制毫米波信号，经天线发射至混合ONU；在混合ONU的无线接入上行信号接收模块中，利用功率探测器探测由天线接收到的射频信号的功率获得OOK调制的基带无线接入上行信号，再利用混合ONU的IM将基带的无线接入上行信号调制到预留的光载波上，产生无线接入上行光信号；产生的有线或无线接入上行光信号经上行光纤链路传输至中心站，在中心站的上行光信号接收模块中经PD直接探测后得到有线或无线接入上行电信号；上述上行链路和下行链路能够实现信号的全双工传输，构成了全双工链路。...

【技术特征摘要】
1.一种基于光相位调制器的双向有线无线混合光接入方法，用于实现有线或无线选择性接入，在中心站的下行光信号发射模块中由连续激光器发出的光波注入到光相位调制器PM中，在射频BPSK信号的驱动下，产生多个光边带，通过调节驱动信号的幅度使±1阶光边带被抑制，利用光带通滤波器把光载波、±2阶及+3阶光边带滤出作为下行光信号；经下行光纤链路传输至混合ONU，混合ONU首先利用光纤布拉格光栅FBG和光环型器OC把光载波从下行光信号中提取出用于承载上行信号；而FBG透射输出的±2阶和+3阶光边带被注入到光电探测器PD中进行光电转换，产生下行链路有线接入和无线接入信号，由FBG和OC提取出的光载波通过光强度调制器IM调制有线或无线接入的上行信号，然后经上行光纤链路传输至中心站，在中心站的上行光信号接收模块中，利用PD实现光电转换，恢复出有线或无线接入的上行信号；上述过程实现了基于光纤传输的宽带信号在中心站和混合ONU间的全双工传输和基于直接探测的有线和无线接入信号的光电转换，增加接入方式的灵活性，实现有线接入网与无线接入网的深层次融合，其特征在于，其包括下述步骤：在中心站的下行光信号发射模块中，由连续激光器输出的频率为f0的光波被注入到PM中，在频率为fRF的BPSK信号驱动下，产生频率为f0+nfRF的多个光边带，其中只有2n+1阶光边带携带相位信息，而2n阶光边带不携带任何相位信息，这里n为整数；通过调节PM的调制系数，使±1阶光边带被完全抑制，然后通过光带通滤波器将不携带相位信息的光载波、±2阶光边带和携带相位信息的+3阶光边带滤出，作为下行光信号；经单模光纤将下行光信号传输至混合ONU，首先利用布拉格波长等于光载波波长的FBG和OC将光载波与±2阶、+3阶光边带分离，其中由FBG反射并由OC输出的光载波，预留为上行链路的光载波，用于承载有线或无线接入的上行信号，而FBG透射输出的±2阶和+3阶光边带被PD光电转换，产生频率为fRF、承载下行BPSK信号的射频信号和频率为5fRF、承载下行BPSK信号的毫米波信号及频率为4fRF的不携带相位信息的毫米波本振信号；经电开关，探测到的电信号被分别路由到下行有线接入模块或下行无线信号发射模块；在下行有线接入模块中，利用中心频率为fRF、带宽为BPSK信号主瓣带宽的带通滤波器将频率为fRF的携带下行BPSK信号的射频信号滤出，经射频本振信号相干解调恢复出下行基带电信号，实现下行链路的有线接入；在下行无线信号发射模块中，利用中心频率为4.5fRF、带宽为1.5fRF的带通滤波器将频率为5fRF的携带下行BPSK信号的毫米波信号和频率为4fRF的不携带相位信息的毫米波本振信号滤出用于无线接入，馈送至天线，并发射至无线用户终端；在无线用户终端，下行链路无线接入信号由天线接收后直接进行功率探测，频率为5fRF的承载下行BPSK信号的毫米波信号与频率为4fRF的不携带相位信息的毫米波本振信号拍频后，下变换为频率为fRF的射频信号，之后与下行链路有线接入信号接收一样，经射频本振信号相干解调恢复出下行基带电信号，实现下行链路的无线接入；对于有线接入上行链路，在混合ONU，由FBG和OC提取出的光载波直接注入到IM中被二进制的有线接入上行信号OOK调制，产生有线接入上行光信号；对于无线接入上行链路，在无线用户终端，二进制的无线接入上行信号与从下行链路无线接入信号中提取的毫米波本振信号混频产生OOK调制毫米波信号，经天线发射至混合ONU；在混合ONU的无线接入上行信号接收模块中，利用功率探测器探测由天线接收到的射频信号的功率获得OOK调制的基带无线接入上行信号，再利用混合ONU的IM将基带的无线接入上行信号调制到预留的光载波上，产生无线接入上行光信号；产生的有线或无线接入上行光信号经上行光纤链路传输至中心站，在中心站的上行光信号接收模块中经PD直接探测后得到有线或无线接入上行电信号；上述上行链路和下行链路能够实现信号的全双工传输，构成了全双工链路。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述中心站的下行光信号发射模块：连续激光器输出的光波经PM、在频率为fRF的射频BPSK信号驱动下实现电光调制，产生多个光边带；各光边带的幅度取决于光电场幅度、射频信号的幅度和边带阶数，相位由射频BPSK信号的相位和边带阶数决定；对于BPSK信号，相位或π，根据BPSK相位周期性，奇数阶光边带的相位为当时，当时，等价于π，即奇数阶光边带携带完整的BPSK信号相位信息；而偶数阶光边带的相位为无论或π，都等价于0，即偶数阶光边带不携带BPSK信号的相位信息；通过调节射频BPSK信号的幅度，使PM的调制系数m＝3.83，由于贝塞尔函数展开式中的J±1(3.83)＝0，所以承载相位信息的±1阶光边带被完全抑制，这时产生主要包含不携带相位信息的光载波和±2阶光边带及承载下行BPSK信号的±3阶光边带的光信号，然后通过光带通滤波器抑制-3阶和其它高阶光边带，把不携带相位信息的光载波和±2阶光边带及承载下行BPSK信号的+3阶光边带滤出，组成下行光信号。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述混合ONU中及以下的有线和无线接入下行链路：首先利用布拉格波长等于光载波波长的FBG和OC提取出所接收的下行光信号中的频率为f0的光载波，用于承载有线或无线接入的上行信号；而FBG透射输出的不携带相位信息的频率分...

【专利技术属性】
技术研发人员：马健新，张瑞姣，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11