基于相位因子優化的載波抑制模式光載無線矢量波系統技術方案

本發明專利技術屬于光載傳輸技術領域，具體為一種基于相位因子優化的載波抑制模式光載無線矢量波系統。該系統主要由一個激光器、一個馬赫增德爾強度調制器以及光電探測器組成，具有結構簡單和低成本的特點。系統中矢量信號通過光電檢測器會造成信號相位分布不均衡，在低信噪比情況下矢量信號的星座點之間會更靠近而增加信號錯誤率。本發明專利技術通過在發送端優化預編碼中的矢量信號相位因子，使得恢復后的矢量信號在相位分布上對稱，從而提高系統性能。這種優化方法在既不增加算法復雜度也不增加結構復雜度的情況下，能極大降低系統的誤碼率。該優化方案在不同倍頻數和不同調制格式的光載無線矢量波系統有廣闊的應用前景。

Carrier suppressed mode optical radio vector wave system based on phase factor optimization

The invention belongs to the field of light transmission technology, in particular to a carrier suppression mode optical carrier radio wave system based on phase factor optimization. The system is mainly composed of a laser, a Machka Del intensity modulator and a photoelectric detector. It has the characteristics of simple structure and low cost. In the system, the vector signal passing through the photoelectric detector will cause uneven phase distribution of the signal. Under the condition of low signal to noise ratio, the constellation of the vector signal will be closer, and the error rate of the signal will be increased. The invention optimizes the phase factor of the vector signal in the pre coding at the transmitting end so that the restored vector signal is symmetrical in phase distribution, thereby improving the system performance. This method can greatly reduce the BER of the system without increasing the complexity of the algorithm and increasing the complexity of the structure. The optimization scheme has broad application prospects in different frequency doubling and different modulation formats of the optical radio vector wave system.

【技術實現步驟摘要】
基于相位因子優化的載波抑制模式光載無線矢量波系統
本專利技術屬于光載傳輸
，具體涉及一種光載無線矢量波系統。
技術介紹
隨著接入互聯網絡的移動數據量爆炸式增長，超高速無線信號需求迫在眉睫。針對這一需求，如何產生超高速無線信號成為難題。高頻率無線波因為能夠提供足夠的傳輸帶寬成為解決問題的研究熱點。在產生高頻無線波方面電子器件帶寬有限，產生高頻較為困難，而光子輔助無線信號技術能克服電子器件的帶寬瓶頸，成為產生高頻率波的有效方法。光載無線信號被看成一種用于未來5G無線通信的可行技術。利用QPSK、8QAM、16QAM等高階矢量信號能極大提高系統容量和頻譜效率。目前主要的光載無線技術如下：技術一：直接強度調制技術。系統結構如圖1所示，數據和射頻在混頻器中混頻，然后在直接調制激光器中進行調制，最后通過光電檢測器拍頻出無線信號。這種方式受限于直接調制激光器帶寬，產生的無線信號頻率不高。技術二：光外差拍頻技術。系統結構如圖2所示，利用兩路不同源的光信號進行拍頻，其中一路攜帶矢量信號數據，兩路光在光電檢測器中拍頻得到高頻矢量無線信號。這種方式由于激光器溫度變化會帶來頻率變化，產生的無線信號頻率不穩定。技術三：利用單一光源輔助技術結合信號預編碼技術。該方案針對技術二中的不同光源會造成頻率漂移現象，利用同源的兩個光邊帶在光電檢測器中拍頻，得到頻率穩定的矢量無線信號。但是系統中矢量信號通過平方律的光電檢測器會造成信號相位分布不均衡的結果，在低信噪比的情況下矢量信號間的星座點會更靠近而增加信號的錯誤率。為了克服以上三種技術中存在的主要缺點，包括：直接激光調制器帶寬受限，不同源光信號互拍產生的無線信號頻率不穩定，以及在接收端矢量信號星座點相位分布不均衡。本專利技術提出了一種低成本、頻率高且穩定、接收端矢量信號相位均勻分布的基于相位因子優化的載波抑制方式產生的光載無線矢量波系統。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種成本低廉、產生無線波頻率高且穩定、系統的誤碼率低的光載無線矢量波系統。本專利技術提供的光載無線矢量波系統，是基于相位因子優化的載波抑制方式產生的光載無線矢量波系統。系統結構如圖4所示。包括的模塊和器件如下：發送端離線數字信號處理模塊，用于生成預編碼的攜帶發送數據的射頻驅動信號；一個數模轉換器模塊，用于完成相位因子優化后預編碼射頻驅動信號的數模轉換；一個電放大器，用于放大矢量射頻驅動電信號；一個單模激光器，用于產生單模連續波長光載波；一個單驅動馬赫增德爾調制器，用于將預編碼射頻驅動電信號調制到激光器輸出的光載波上，以提供兩條頻率間隔為射頻驅動頻率二倍的一階子載波；一個直流偏置電壓源，用于為單驅動馬赫增德爾調制器提供偏置電壓；一個單端光電二極管，用于實現光調制器生成的兩條一階子載波的外差拍頻，以生成無線矢量波信號；一個模數轉換器模塊，用于實現生成的電矢量波信號的模數轉換；接收端離線數字信號處理模塊，用于處理模數轉換后的矢量波信號，以恢復出原始的發送數據。該光載無線矢量波系統的具體實現流程如下：基于離線數字信號處理模塊生成射頻信號；利用偽隨機碼進行QAM調制，接著完成相位因子優化后的預編碼處理，并且通過數字上變頻到射頻上，隨后用數模轉換器發射信號并且利用電放大器進行放大處理。所述激光器用于提供連續光信號，然后該預編碼的矢量射頻信號經由一個馬赫增德爾強度調制器調制此連續波長的光波。強度調制的馬赫增德爾調制器工作在光載波抑制模式，其輸出是兩條頻率間隔為射頻驅動頻率兩倍的一階子載波，已調制信號光中心載波被抑制。利用攜帶信號的正負第一階邊帶在一個單端光電二極管內進行外差拍頻，生成載波頻率為射頻驅動頻率二倍的電無線矢量波信號。由于已根據調制器和光電檢測器的轉化規則在發送對矢量信號進行了預編碼，生成的電高頻矢量波信號攜帶有標準的矢量信號調制格式。生成的電高頻矢量波信號被模數轉換器模塊捕獲，隨后再經離線數字信號處理模塊處理后，可以從中恢復出原始的信號數據。在所述發送端，將正交幅度調制（QAM）信號進行預編碼，在預編碼的過程中調整相位因子值的大小。在載波抑制倍頻系統中，矢量信號的相位需要進行預編碼，其公式為：其中，和分別代表標準矢量信號星座點的幅度和相位，和分別代表經過相位因子優化后的預編碼矢量信號星座點的幅度和相位，為第一類一階貝塞爾函數的反函數，β代表馬赫增德爾調制器的驅動信號平均幅度與半波電壓之間的比值關系，α表示相位因子，在其它預編碼倍頻系統的QAM預編碼中α是個定值。例如二倍頻系統的QAM預編碼中α大小恒定為2。系統中矢量信號通過平方律的光電檢測器會造成信號相位分布不均衡的結果，在低信噪比的情況下矢量信號間的星座點會更靠近而增加信號的錯誤率。由上述本專利技術提供的技術方案可以看出，本專利技術通過優化預編碼方法中的相位因子，并且利用載波抑制手段實現射頻的頻率倍頻，可以具有以下優越性：（1）系統成本較低，僅使用了單個外部調制器；（2）利用載波抑制方式，能實現射頻信號的倍頻，靈活增大光載無線矢量波的頻率。同源的兩個光邊帶之間頻率鎖定，在光電檢測器中拍頻得到的無線矢量波頻率穩定；（3）優化預編碼中的矢量信號相位因子，可以使得恢復后的矢量信號在相位分布上對稱。這種優化方法在既不增加算法復雜度也不增加結構復雜度的情況下，能極大降低系統的誤碼率。本專利技術適用于大容量高速光載無線信號的產生和解調，可產生穩定的高頻矢量無線信號同時保持低成本。該技術方案可考慮用于不同倍頻數和不同調制格式的光載無線矢量波系統，在提高光載無線矢量波系統性能方面有廣闊的應用前景。附圖說明圖1直接強度調制技術系統圖。圖2光外差拍頻技術系統圖。圖3利用單一光源輔助技術結合信號預編碼技術系統圖。圖4本專利技術的基于相位因子優化的光載無線矢量波技術系統圖。圖5本專利技術的光載無線矢量波技術實施方案結構圖。圖6本專利技術的電矢量無線信號生成示意圖。圖7本專利技術系統中調制器載波抑制調制后的光譜圖。圖8本專利技術系統中相位因子為2的接收端星座圖。圖9本專利技術系統中優化相位因子時的不同因子對應的接收端星座圖。圖10本專利技術系統中三種不同相位因子情況下的系統誤碼率對應接收光功率曲線圖。圖11本專利技術系統中不同相位因子的系統誤碼曲線。具體實施方式下面將根據本專利技術提出的基于相位因子優化的載波抑制方式產生光載無線矢量波系統，完整地描述具體實施過程。以產生攜帶16GBaudQPSK信號的36GHz毫米波信號為例，說明這種光載無線矢量波信號的生成方案及其可行性。36GHz矢量毫米波信號的具體系統結構如5圖所示。首先，從外腔激光器發射出功率大小為14.5dBm，線寬小于100kHz，波長的1551.6nm的光信號。該外腔激光器是波長可調的，范圍覆蓋整個C波段，24小時內頻率漂移小于10MHz。隨后光信號通過保偏光纖注入馬赫增德爾調制器。該調制器的3dB帶寬為37GHz，半波電壓為2.7V，插入損耗為5dB，直流消光比超過30dB。調制器的直流偏置電壓設置在工作曲線最低點，保持調制器工作在載波抑制模式。射頻矢量信號通過離線生成，如圖6所示。用Matlab軟件將偽隨機碼進行QPSK調制，根據調制器工作在載波抑制方式和光電轉換器的工作規則，QPSK信號調制完成后需要進行預編碼。由于該系統利用正負1階邊帶拍頻實現兩倍頻射頻頻率，預編碼本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于相位因子優化的載波抑制模式光載無線矢量波系統，其特征在于，包括如下模塊和器件：發送端：離線數字信號處理模塊，用于生成預編碼的攜帶發送數據的射頻驅動信號；一個數模轉換器模塊，用于完成相位因子優化后預編碼射頻驅動信號的數模轉換；一個電放大器，用于放大矢量射頻驅動電信號；一個單模激光器，用于產生單模連續波長光載波；一個單驅動馬赫增德爾調制器，用于將預編碼射頻驅動電信號調制到激光器輸出的光載波上，以提供兩條頻率間隔為射頻驅動頻率二倍的一階子載波；一個直流偏置電壓源，用于為單驅動馬赫增德爾調制器提供偏置電壓；一個單端光電二極管，用于實現光調制器生成的兩條一階子載波的外差拍頻，以生成無線矢量波信號；一個模數轉換器模塊，用于實現生成的電矢量波信號的模數轉換；接收端，離線數字信號處理模塊，用于處理模數轉換后的矢量波信號，以恢復出原始的發送數據。

【技術特征摘要】
1.一種基于相位因子優化的載波抑制模式光載無線矢量波系統，其特征在于，包括如下模塊和器件：發送端：離線數字信號處理模塊，用于生成預編碼的攜帶發送數據的射頻驅動信號；一個數模轉換器模塊，用于完成相位因子優化后預編碼射頻驅動信號的數模轉換；一個電放大器，用于放大矢量射頻驅動電信號；一個單模激光器，用于產生單模連續波長光載波；一個單驅動馬赫增德爾調制器，用于將預編碼射頻驅動電信號調制到激光器輸出的光載波上，以提供兩條頻率間隔為射頻驅動頻率二倍的一階子載波；一個直流偏置電壓源，用于為單驅動馬赫增德爾調制器提供偏置電壓；一個單端光電二極管，用于實現光調制器生成的兩條一階子載波的外差拍頻，以生成無線矢量波信號；一個模數轉換器模塊，用于實現生成的電矢量波信號的模數轉換；接收端，離線數字信號處理模塊，用于處理模數轉換后的矢量波信號，以恢復出原始的發送數據。2.根據權利要求1所述的基于相位因子優化的載波抑制模式光載無線矢量波系統，其特征在于，該光載無線矢量波系統的具體實現流程如下：基于離線數字信號處理模塊生成射頻信號；利用偽隨機碼進行QAM調制，接著完成相位因子優化后的預編碼處理，并且通過數字上變頻到射頻上，隨后用數模轉換器發射信號并且利用電放大器進行放大處理；所述激光器...

【專利技術屬性】
技術研發人員：余建軍，肖江南，陳龍，
申請(專利權)人：復旦大學，
類型：發明
國別省市：上海,31