[發明專利]數據信號上變頻方法和裝置

有效

• 申請號: 201310432573.7
• 申請日: 2013-09-22
• 公開（公告）號: CN103595477A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 聞和;陳寬桐;鄭小平;張漢一;周炳琨
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04B10/2575
• 分類號: H04B10/2575;H04B10/2513
• 代理公司: 上海脫穎律師事務所 31259
• 代理人: 脫穎

技術領域

本發明涉及一種數據信號上變頻的裝置和方法，具體地說，涉及一種在通信系統中對任意待發射數據信號進行光纖傳輸與遠程上變頻的裝置和方法。?

背景技術

隨著信息通信需求的不斷激增，對無線通信裝置的要求是更大的容量（通過提高載波頻率、增加通信帶寬寬度實現）、更廣闊的覆蓋范圍（通過提高載波頻率、減小小區覆蓋范圍、增加小區數和結合光纖拉遠結構實現）和多種業務接入能力（通過多種制式的信號提供多種業務）。其中光纖拉遠結構是引入光纖傳輸鏈路，將待發射的無線信號通過光纖鏈路從中心站傳輸到遠端天線單元，在此，無線信號通過天線發送給移動臺或來自移動臺的無線信號被天線接收。由于光纖鏈路具有低損耗、寬帶寬、抗電磁干擾等優點，可在中心站和遠端天線單元之間提供數十GHz的帶寬和幾十km的傳輸距離，這是目前各種電纜線無法做到的。利用此結構，可以低成本方式實現大容量、超密集覆蓋，從而滿足對無線通信裝置的要求。其低成本表現為簡化了遠端天線單元的結構，只需要光電變換、信號放大、濾波等模擬信號處理即可，而復雜的數字信號處理可以置于中心站集中管理，為多個遠端天線單元所共享，從而降低了裝置的運維成本，這一優勢在遠端天線單元數量特別多的?微小區、微微小區結構中更為明顯。由于光纖拉遠結構可以低成本方式支持眾多的遠端天線單元，從而支持多個微小區，從而提高了覆蓋率和頻率資源利用率。?

在傳統光纖拉遠結構中，待發射數據信號通常先通過電混頻器變換到指定頻率的載波上，然后經過功率放大和電光調制轉移到光載波上，再經光纖傳輸到遠端天線單元，經光電探測、放大后發射。?

目前，光纖拉遠結構的實現方式主要有：1）射頻傳輸，2）中頻傳輸，3）基帶傳輸，這三種主要方式。如果所加的信號帶寬窄，且載波頻率低于激光器的共振頻率，則可以用信號直接調制激光器獲得調制的光強，當待發射數據信號帶寬寬且載波頻率較高時，需要使用外調制器。經過調制的射頻（中頻，基帶）信號經過光纖傳輸后，在遠端天線單元（又稱基站，天線直放站等，指簡化了信號處理的基站單元，主要進行射頻信號的收發、放大和濾波，除此外不做其他處理，以下叫法不盡相同）被光電探測器探測恢復得到信號。中頻和基帶信號傳輸方式下，接收信號需要再經過上變頻成為射頻信號通過天線發射出去。?

射頻信號傳輸方式如圖1a，虛線表示電信號，實線表示光信號。在中心站，需要傳輸的數字信號經數模轉換、中頻調制和射頻調制得到射頻信號，再經電光調制器將射頻信號加到直流光上，經過光纖傳輸到遠端天線單元，在此，光信號經過光電探測恢復出射頻信號，再經功率放大后通過天線發射出去。該方案中，遠端天線單元結構簡單，但是傳輸光載射頻信號的頻率高，受光纖色散影響大。?

中頻信號傳輸方式如圖1b，虛線表示電信號，實線表示?光信號。在中心站，待傳輸的數字信號經數模轉換，中頻混頻得到中頻調制信號，然后通過光電調制加載到準連續的激光光載波上，再經光纖傳輸到遠端天線單元。在遠端天線單元信號經光電探測恢復得到中頻信號，再與射頻本振混頻后得到射頻調制信號，經功率放大后通過天線發射。該方案中，光纖色散對傳輸的信號質量影響顯著減小，但是遠端天線單元需要額外的射頻本振進行上變頻，這使得遠端天線單元結構變得復雜，而可用的信號帶寬受中頻帶寬限制比較小。?

基帶信號傳輸方式如圖1c，虛線表示電信號，實線表示光信號。相比于圖1a，在中心站，信號經過數模轉換后直接調制到準連續光上，光纖中傳輸的是基帶信號。在遠端天線單元，需要進行中頻上變頻和射頻上變頻。這種方案，光纖色散影響最小，但是遠端天線單元結構最復雜。?

為了減小光纖色散影響，同時保持遠端天線單元結構的簡單，需要采用其他一些特殊的上變頻方式。目前，主要的上變頻方式有雙波長差拍，載波抑制調制，單邊帶調制以及調頻/調幅變換等。?

如圖2所示為載波抑制調制方案。在中心站處，待傳輸的信號與參考時鐘本振混頻上變頻，通過電光調制加載到光載波上，經光纖傳輸到遠端天線單元，在此通過光濾波器，將光載波和信號分開，信號上下兩個邊帶經過光電探測實現差拍，再經電濾波得到二倍于參考時鐘信號的射頻信號，之后被放大和天線發射。?

如圖3為采用兩個不同頻率的相干光差拍實現信號的上變頻。在中心站，射頻參考本振控制主激光器產生含有高次諧波分量的激光，其經由耦合器注入到參考激光器和從激光器，?參考激光器和從激光器分別鎖定兩個不同頻率的諧波，其中一路激光經電光調制加載中頻信號，而后兩路光經耦合器合路后再經光纖傳輸到遠端天線單元，遠端天線單元結構如圖1a，兩波長通過光電探測器探測時差拍產生射頻信號。?