[发明专利]一种基于全光相位共轭的光载毫米波矢量信号高稳定分发系统

说明书

本发明一种基于全光微波相位共轭的光载毫米波矢量信号高稳定分发系统，是基于全光微波相位共轭被动补偿原理和无预编码光载毫米波矢量信号生成技术，提出了一种高频段、大带宽和高频率稳定度的矢量毫米波信号远距离分发方案。一方面，相比于使用载波恢复算法或传统补偿方式，该方案既能够适用于更高的频段和更大的带宽，又具有更高的响应速度，另一方面，无预编码矢量信号生成技术的使用，在保证满足相位信息正常传递的同时，还可以避免长距离传输时色散带来的通信质量恶化，满足系统多站点远距离环形拓扑组网的需求。本发明能够在全光被动相位补偿的同时传输无预编码矢量信号，弥补了传统方案在矢量信息承载、远距离拓扑组网方面的不足。

技术领域：

本发明提出了一种基于全光相位共轭被动补偿的光载毫米波矢量信号高稳定分发系统，涉及光载无线通信系统矢量毫米波信号生成和传输研究领域。

背景技术：

为满足移动用户日益增长的数据带宽和速率需求，基于万物互联的5G技术提供了更高的频段和更大的带宽，然而，对于5G标准选定的FR2频段(24.25GHz～52.6GHz)，由于处于毫米波段，信号在空气中传播时会存在很大的衰减。光载无线通信系统基于光纤损耗低、重量轻、抗电磁干扰等优势，很大程度解决了上述问题，被视为是5G通信系统里中央办公室到远端基站天线间射频传输可行的解决方案，实现了射频信号的生成、传输和分配。然而光纤周围环境的变化会导致射频信号相位特性的改变。这包括环境温度变化和机械扰动，导致射频信号传输时延发生变化，从而导致射频信号的相位漂移。

基于载波恢复技术的改进光纤无线系统可以解决射频信号相位漂移对系统的影响，但是受限于混频电器件的带宽、非线性等限制，能够恢复的范围有限。另外，载波恢复算法也难以满足处理大带宽信号时的算力需求，不具有普遍适用性。主动补偿方案和被动补偿方案由于能够实现高度稳定的射频传输而受到广泛关注。与算法解相比，它们根据传输过程中相位抖动的机理进行补偿，具有更好的适应性和补偿效果。主动补偿通常使用补偿器反馈控制来补偿检测信号的相位，但是主动补偿方案通常受限于补偿电器件的带宽和频段的限制；而基于相位共轭的被动补偿则受到了更多的关注，因为它不仅摆脱了复杂的反馈电路，而且具有更快的响应速度，可以实现快速、无休止的补偿。但由于相位共轭需要用到大量的非线性器件，因此会带来本振泄露和谐波杂散等问题，导致频率稳定度的恶化，影响系统的传输性能。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术的不足之处，提出一种基于全光相位共轭被动补偿的光载毫米波矢量信号高稳定分发系统，如图1所示。

在图1所示的系统方案中主要由本地站和远端站两部分组成，本地站包括光双音信号生成部分、无预编码的光载毫米波矢量信号生成部分和全光微波相位共轭部分，双音信号生成由连续激光器101、电光调制器102构成；无预编码的矢量信号生成部分由双平行电光调制器107构成；全光微波相位共轭部分则由环形器106、双平行电光调制器107和光滤波器108构成；远端站包括微波光子混频部分，即包括光耦合器104，光电探测器109，带通滤波器110，电光调制器111，光电探测器112和带通滤波器113。本地站和远端站之间通过单模光纤103、光耦合器104和单模光纤105连接起来。连续激光器101产生的光载波进入电光调制器102调制为光双音信号，用以探测长光纤的相位延迟变化，经过单模光纤103和单模光纤105传回本地，并在本地与单边带矢量毫米波信号在双平行电光调制器107和光滤波器108中进行全光微波相位共轭。相位共轭信号经环形器106、单模光纤105、光耦合器104反向传输到远端站后，在光电探测器109和带通滤波器110中光电转换，之后输入电光调制器111调制前向信号，再通过光电探测器112，带通滤波器113，以完成微波光子混频，从而可以消除光纤引起的相位抖动。

根据本发明的一个方面，提供了一种矢量毫米波信号高频率稳定度传输方案，其特征在于，包括：

在基于全光相位共轭被动补偿的光载毫米波矢量信号高稳定分发系统中，

步骤一，生成光双音信号探测光纤中的延时抖动：

本地站射频时钟信号可表示为：