[发明专利]一种基于相干光频梳的光载射频波束赋形系统

说明书

本发明公开了一种基于相干光频梳的光载射频波束形成系统，通过相干光频梳信号作为光载射频载波信号，结合现有的光载无线通信技术（ROF），来实现信号的远距离传输，并在射频前段通过密集波分复用结合光学阵列真延时技术，实现高精度移相功能，并最终实现数模混合波束赋形的系统。该系统可用于射频通信系统中，连接毫米波通信基站的基站单元和射频波束赋形单元，与现有的毫米波波束赋形发信机相比，大大降低了射频单元的链路体积和成本，提高了集成度、可扩展性和可靠性，在微波光子和光载射频领域具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种基于相干光频梳的光载射频波束形成系统，主要涉及微波光子和通信领域，具体来说涉及一种通过相干光频梳光源作为光载射频载波信号实现信号远距离传输，并在射频前段通过密集波分复用结合光学阵列真延时技术，实现高精度移相功能，并最终实现数模混合波束赋形的系统。

背景技术

为了增加无线传输的传输速率和覆盖范围，第五代移动通信系统（5thgeneration mobile networks，简称5G）离正式商用越来越接近。5G在传输速率上应当实现比4G快十倍以上，即5G的传输速率可实现1Gb/s。现在常用的5GHz以下的频段已经非常拥挤，毫米波由于其波长短、频带宽，可以有效地解决高速宽带无线接入面临的许多问题，受到了移动通信运营商的极大关注。因为毫米波的波长比较短，所以可以在基站应用大量的天线，使得基于大规模多入多出（Massive MIMO）系统的波束赋形和空间复用技术变得更加灵活。在现有的Massive MIMO系统中，一般常用的是单纯基于数字的波束赋形系统中，射频链的数量和天线数目相同。但是，当天线数目很大的时候，实际中利用相同数量的射频链路是不太实际的。

解决这个问题的方法是利用数模混合波束赋形。所谓数模混合波束赋形，是指在传统的数字域波束赋形基础上，在靠近天线系统的前端，在射频信号上增加一级模拟赋形，即利用低成本的移相器来控制每个天线发射信号的相位，也就是说每个波束赋形系数拥有恒定的模。相对于全数字赋形而言，数模混合波束赋形是性能与复杂度的一种折中方案，在高频段大带宽或天线数量很大的系统中具有较高的实用前景。

在现有的混合波束技术中，模拟波束赋形的实现方式一般是每一个天线单元连接一个收发模块以及移相器，来实现多个通道的相位独立控制，但这种设计由于有源射频通道器件数目多，存在硬件复杂度高，校准复杂，散热困难，成本高等问题，并且随着天线单元数目的增多，复杂程度问题越发显著。基于现有的相干光和波分复用技术，如果可以在基于不同频率的多个相干信号上实现相位的精确控制，则可以大大节省波束赋形系统的成本和体积。

发明内容

本发明目的是为了结合现有的ROF技术、相干光频梳和阵列光学真延时技术，实现可用于模拟或混合波束赋形发信机的一种低成本、小体积的基于相干光频梳的光载射频波束赋形系统。

为了达到上述目的，本发明提出了一种基于相干光频梳的光载射频波束赋形系统，该系统包含了光频梳发射模块和光频梳接收模块；其中光频梳发射模块包含了连续光光源、频梳产生单元、光滤波器、射频调制单元、光放大器，用于产生相干的光频梳信号并加载射频通信信号，该光频梳发射模块通过光纤与光频梳接收单元相连，并通过光纤实现光载波信号的长距离传输；光频梳接收模块包含了光滤波器、波分复用单元、阵列光延时单元、阵列光探测器；用于对接收到的光载波信号分频，并在不同频率的光信号上加载不同延时，然后转换回射频载波信号；该射频载波信号可以传送给射频前端及天线单元，并通过阵列天线实现波束赋形功能。