一种基于单发射机的FSO和太赫兹信号集成传输系统及方法与流程

本发明属于光纤-无线(radio-over-fiber,rof)通信系统，具体为一种基于单发射机的fso和太赫兹信号集成传输系统及方法。

背景技术：

1、近年来，自由空间光通信(fso)是卫星对地通信、卫星间通信和无线接入网研究的热点。它具有频谱资源丰富、不需要频谱授权、频谱效率高、光束角度窄、空间损耗低等优点。在点对点通信中，波束角度使fso几乎不受多路径效应的影响，从而使低复杂度的dsp算法可以用于恢复解调。然而，fso受大气天气的影响很大，在浓雾中衰减系数达到58～220db/km。另一方面，它的渗透能力非常差，几乎不能在任何建筑物周围传播。相比之下，太赫兹具有一定的穿透能力和良好的潜在速率。根据实际的实验测量，即使在雾和雨中，它也可以传输几公里，这是fso无法达到的。另一方面，太赫兹传输往往需要更高的功率，传输信道的变化比fso更不稳定。结合fso算法和太赫兹体系结构进行无线传输，可以有效地扩展下一代无线网络架构，在各种环境条件下获得更大的宽带无线传输能力。根据目前已有的报道，fso和太赫兹已经实现了集成传输，但它需要两套独立的太赫兹和fso设备。如果fso和太赫兹的硬件能够集成和共享，它将大大降低发射机的复杂性和重量。

技术实现思路

1、针对上述情况，本发明的目的是提供一种不需要同时采用两套发射设备，即太赫兹信号发射机和fso发射机，而是基于单发射机实现的自由空间光通信和太赫兹信号一体化传输系统，使用集成天线和硅透镜的单行载流子光电二极管，用来拍频产生太赫兹信号，同时利用硅透镜将单行载流子光电二极管泄露出的光信号汇聚，使自由空间光通信和太赫兹通信的硬件能够集成和共享，大幅度降低发射机的复杂性和重量。

2、技术方案：

3、第一方面、一种基于单发射机的fso和太赫兹信号集成传输系统，以信号传输方向为说明顺序，包括：

4、(1)信号发送端：

5、一个任意波形发生器(awg)，产生基带信号；

6、两个电放大器(ea)，进行传输损耗补偿；

7、两个个外腔激光器(ecl)，记为ecl1、ecl2，其中ecl1输出连续光波作为光源，并在其后进行调制，ecl2；

8、一个i/q调制器，用来对信号进行调制；

9、一个保偏掺铒光纤放大器(pm-edfa)，用来增强光信号；

10、一个保偏光耦合器(pm-oc)，用来将两束光信号进行合并；

11、一个集成天线和硅透镜的单行载流子光电二极管(utc-pd)，用来拍频产生太赫兹信号，同时利用硅透镜将单行载流子光电二极管泄露出来的光信号聚焦；

12、一个透镜(lens)，用来聚焦天线之间光信号与电信号功率。

13、(2)fso接收端

14、一个fso接收机，用于接收fso；

15、一个掺铒光纤放大器(edfa)，用来增强光纤传输后的信号；

16、一个集成相干光接收机(icr)，用于接收光信号；

17、一个示波器(osc)，捕捉放大后的信号，观察信号的时域和频域图。

18、(3)太赫兹接收端

19、一个接收天线，用于接收太赫兹信号；

20、一个低噪声放大器，用于增强太赫兹信号；

21、一个太赫兹混频器，用于将太赫兹信号下变频为中频信号；

22、一个示波器，用于捕捉放大后的信号，观察信号的时域和频域图。

23、第二方面、一种基于单发射机的fso和太赫兹信号集成传输方法使用集成天线和硅透镜的单行载流子光电二极管，同时产生太赫兹信号与光信号，使自由空间光通信和太赫兹通信的硬件能够集成和共享，具体步骤如下：

24、使用任意波形发生器产生基带信号，由两个并行电放大器进行传输损耗补偿；

25、使用外腔激光器作为光载波，用于信号的调制过程；

26、使用i/q调制器对基带信号进行i/q调制；

27、使用掺饵光纤放大器对产生的光信号进行放大，通过标准单模光纤进行传输；

28、使用第二外腔激光器产生本振光。

29、使用光耦合器将信号光与本振光合并为一束光；

30、使用集成天线和硅透镜单行载流子光电二极管对信号进行拍频，同时产生无线太赫兹信号与光信号；

31、使用透镜聚焦发射与接收信号的功率；

32、使用fso接收机接收光信号，通过单模光纤进行传输，再由光纤放大器进行增强，最后由集成相干光接收；

33、使用太赫兹接收机接收太赫兹信号，太赫兹信号通过太赫兹天线接收，首先经过低噪声放大器放大，随后经过太赫兹混频器将太赫兹信号下变频为中频信号，最后由示波器捕获信号。

34、有益效果：本发明利用基于单发射机的自由空间光通信和太赫兹信号一体化传输系统，它具有低复杂度，小重量，结构简单等特点。本系统主要使用集成天线单行载流子光电二极管能够同时产生光信号与电信号，大幅度降低了发射机的复杂度，简化了发射机结构，避免了结构复杂的太赫兹信号发射机和fso发射机的同时使用，降低了系统成本，该发明是未来卫星通信和6g无线回程中一种可靠的解决方案。

技术特征：

1.一种基于单发射机的fso和太赫兹信号集成传输系统，其特征在于，包括：信号发送端、fso接收端和太赫兹接收端；

2.根据权利要求1所述的一种基于单发射机的fso和太赫兹信号集成传输系统，其特征在于，所述太赫兹混频器由本地振荡器、倍频器、混频器、低噪声放大器组合集成。

3.一种基于单发射机的fso和太赫兹信号集成传输方法，其特征在于，采用权利要求1至2任一项所述集成传输系统实现，使用集成天线和硅透镜的单行载流子光电二极管，同时产生太赫兹信号与光信号，使自由空间光通信和太赫兹通信的硬件能够集成和共享，具体步骤如下：

4.根据权利要求3所述的一种基于单发射机的fso和太赫兹信号集成传输方法，其特征在于，硅透镜单行载流子光电二极管拍频产生无线太赫兹信号电信号，同时利用硅透镜将单行载流子光电二极管中逃逸出的光信号汇聚。

5.根据权利要求3所述的一种基于单发射机的fso和太赫兹信号集成传输方法，其特征在于，光纤放大器和光分别为掺铒光纤放大器和标准单模光纤。

6.根据权利要求3所述的一种基于单发射机的fso和太赫兹信号集成传输方法，其特征在于，所述激光器作为本振光源。

技术总结本发明公开了一种基于单发射机的FSO和太赫兹信号集成传输系统及方法，包括：发送端、太赫兹接收端和FSO接收端，发送端包括：用于产生基带信号的任意波形发生器、用于将基带信号调制到光载波上的IQ调制器；用于将两束光合为一束的光耦合器、用于传输光信号的光纤传输模块、用于同时产生FSO与太赫兹信号的集成天线和硅透镜单行载流子光电二极管和用于聚焦FSO与太赫兹信号的透镜；接收端包括：用于接收FSO的接收机；用于增强光纤传输后信号的掺铒光纤放大器；用于接收光信号的集成相干光接收机；太赫兹接收端主要包括低噪声放大器、太赫兹混频器、示波器；本发明实现单发射机的FSO与太赫兹的集成传输，大大降低发射机的复杂性和重量。技术研发人员：王浩受保护的技术使用者：无锡煌芯科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29