一种双路独立光子矢量毫米波信号生成方法

本发明涉及一种双路独立光子矢量毫米波信号生成方法，属于通信领域。

背景技术：

1、光载无线rof(radio-over-fiber)技术兼具长传输距离和高移动性的双重优势，是未来宽带网络发展的必然趋势，而作为信息传输载体的矢量毫米波信号要求具备较大的带宽和较高的频谱效率，因此，如何在rof系统中生成低成本、高稳定、高频谱效率的矢量毫米波信号已成为当前的研究热点。基于光子辅助的毫米波信号生成技术普遍应用于rof系统，并且能够有效克服传统无线通信的电子器件瓶颈，而通过光载波抑制调制ocs(opticalcarrier suppression)和预编码等技术的应用，能够实现无数据失真的光子倍频。

2、随着用户需求的多样化发展，双路独立光子矢量毫米波信号生成方案能够同时生成不同频率和不同调制格式的传输信号，为未来的rof系统提供多频率多通道接入以满足不同类型的现代通信应用。在近年来众多rof系统的科学研究中，无线多输入多输出mimo(multiple-input multiple-output)技术被用来增加无线传输容量，以匹配超大的光纤传输容量，但为了同时生成用于无线mimo传输的多路无线毫米波信号，现有的多路独立mimo型rof系统通常需要采用光偏振复用和光偏振分集，极大地增加了rof系统的复杂度及传输成本。此外，现有的双路独立光子矢量毫米波信号生成方案需要采用两个光学带通滤波器obpfs(optical bandpass filters)和两个光电探测器pds(photodetectors)，以便在接收器侧对两个独立的矢量毫米波信号进行完全分离和检测。虽然obpf有可能完全消除符号间串扰，但在实际应用中，由于obpf缓慢滚降，部分残留的边带信号会影响系统性能，且同相/正交i/q(in-phase/quadrature)调制器需要的驱动射频信号频率较高，容易受到发射器组件的带宽限制，系统设计复杂且成本高。因此，如何低成本地实现高频段、高稳定性、高频谱效率的双路独立光子矢量毫米波信号的生成和接收已成为国内外研究者的重要研究方向。

技术实现思路

1、针对现有rof系统中双路独立光子矢量毫米波信号生成方案频谱效率低、系统设计复杂、难以满足多频率多通道灵活接入等问题，本发明的主要目的是提供一种双路独立光子矢量毫米波信号生成方法。该方法基于预编码和ocs调制技术，利用单个i/q调制器生成倍频且无相位畸变的双路独立光子矢量毫米波信号；并在接收端通过单端pd和后续的数字信号处理dsp(digital signal processing)直接分离和分别恢复两个独立的矢量毫米波信号，实现高频段、高频谱效率的双路独立光子矢量毫米波信号传输。在降低系统设计的复杂度和成本的同时，进一步提升系统传输误码率ber(bit error rate)性能。

2、本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

3、本发明公开的一种双路独立光子矢量毫米波信号生成方法，包括如下步骤：

4、步骤一、首先在发射端基于预编码技术，通过dsp产生两个独立的数字矢量基带信号s1和s2；然后经由上变频处理，得到上变频后的数字矢量射频信号s1*和s2*。

5、两组相同长度的伪随机二进制序列prbss(pseudo-random binary sequences)，表示为prbs1和prbs2，分别依次进行正交幅度调制qam(quadrature amplitudemodulation)映射、过采样、预编码和低通滤波，生成两个独立的数字矢量基带信号s1和s2；

6、利用频率为fs1的数字本振源和匹配的数字混频器，将数字矢量基带信号s1进行上变频处理，得到上变频后的数字矢量射频信号s1*；与此同时，利用频率为fs2的数字本振源和匹配的数字混频器，将数字矢量基带信号s2同步进行上变频处理，得到上变频后的数字矢量射频信号s2*。

7、步骤二、将数字矢量射频信号s1*和s2*输入同一数模转换器，并将数模转换器的两个输出信号分别作为i/q调制器的同相i(in-phase)路和正交相q(quadrature-phase)路的预编码射频驱动信号；

8、步骤三、单模激光器产生中心频率为fc的连续光载波，并输入i/q调制器；在i/q调制器中，步骤二中生成的预编码射频驱动信号并行地驱动两个工作于最小输出功率点的马赫曾德尔调制器mzm(mach-zehnder modulator)，实现ocs调制；i/q调制器输出包含fc-fs1，fc+fs1，fc-fs2和fc+fs2四个频率分量的载波信号以及被明显抑制的中心光载波信号；

9、首先单独调整i/q调制器中的两个mzms的直流偏置电压至最小输出功率点，实现ocs调制；然后调整i/q调制器中的相位调制器pm(phase modulator)的直流偏置，产生π/2的相位延迟，经由步骤二产生的两个预编码射频驱动信号驱动后，i/q调制器最终输出包含fc-fs1，fc+fs1，fc-fs2和fc+fs2四个频率分量的载波信号以及被明显抑制的中心光载波信号。

10、步骤四、步骤三生成的包含四个频率分量的载波信号经单模光纤传输后，输入同一个光电检测器拍频，产生的四个独立的光子矢量毫米波信号，频率分别为fs2-fs1，2fs1，fs1+fs2和2fs2。

11、步骤五、通过无线传输及接收端dsp，对步骤四产生的四个独立的光子矢量毫米波信号进行滤波处理，得到频率为2fs1和2fs2的双路独立光子矢量毫米波信号。

12、还包括步骤六，接收端接收步骤五生成的双路独立光子矢量毫米波信号，通过dsp分离并分别恢复原始二进制信息序列，保留频率为2fs1与2fs2的倍频分量，滤除频率位于fs2-fs1与fs1+fs2的无用分量，恢复出来的二进制信息序列分别与步骤一中生成的prbs1和prbs2进行对比，计算ber，检验生成的双路独立光子矢量毫米波信号。

13、接收端分离并分别恢复原始二进制信息序列的dsp方法为：依次进行重采样、归一化、定时恢复、级联多模算法、频率偏移估计、载波相位估计和ber计算，实现双路独立光子矢量毫米波信号的分离与分别恢复，得到原始二进制信息序列。

14、有益效果：

15、1、本发明公开的一种双路独立光子矢量毫米波信号生成方法，在发射端利用预编码和ocs调制技术实现双路独立光子矢量毫米波信号的生成，通过调节i/q调制器中并行mzms的偏置电压，实现所需信号的无失真倍频，与传统生成方法相比，生成相同频率矢量毫米波信号时所需的射频驱动信号频率仅为传统方法中所需射频驱动信号的一半，能够有效降低发射器组件的带宽要求；

16、2、本发明公开的一种双路独立光子矢量毫米波信号生成方法，在发射端利用预编码和ocs调制技术实现双路独立光子矢量毫米波信号的生成，通过设置i/q调制器中并行mzms及pm的偏置电压，能够同时生成不同频率、不同调制格式的双路独立光子矢量毫米波信号，为rof系统提供多频率多通道接入，以满足不同类型的现代通信应用，能有效提升rof系统的灵活性；

17、3、本发明公开的一种双路独立光子矢量毫米波信号生成方法，在发射端利用预编码和ocs调制技术实现双路独立光子矢量毫米波信号的生成，在接收端舍弃基于obpf的复杂设计，利用单端pd和离线dsp实现双路独立光子矢量毫米波信号的高效分离与分别恢复，同时消除残留边带信号对系统性能的影响，有效降低了系统的复杂度及成本，进一步提升了系统传输ber性能。