一种光载波分配系统

电子通信装置的制造及其应用技术1.本发明涉及一种光载波分配系统。背景技术：2.在许多技术领域中，信号由前端接收并通过连接传输到基站。3.以无线组天线为例，下面将讨论一些问题，至少有部分问题也会存在于比如通信技术的其他系统中，并且本发明还可以为此提供有利的解决方案。4.来自一系列的出版物，例如来自li等人在opt. express 25, 14334-14340 （2017）中发表的“基于光子辅助信号生成和拉伸处理的微波光子合成孔径雷达的演示”，ghelfi等人在《自然》第507卷，第341页ep–，2014年3月发表的“全光子学基础的相干雷达系统”，来自preusler等人在第12届德国微波会议（gemic），德国斯图加特，2019年，第154-157页发表的“自动驾驶中大孔径雷达的光学信号生成和分配”，以及来自zhang等人在opt. express 25，16274-16281（2017）中发表的“用于高分辨率和实时逆合成孔径成像的基于光子学的宽带雷达”，已知具有在无线hf发射和hf接收电路上的相控阵天线的无线系统，其部分与基站中产生的光载波同步。接收数据的信号处理也在这个基站中进行。从hf接收器到基站的模拟信号路径由玻璃纤维实现。5.美国专利us 9,823,540 b2公开了一种用于iq信号的光传输的系统，该系统对每个iq路径使用单独的激光二极管。6.这种系统的缺点是每个hf接收器都需要一个激光器来生成iq信号。此外，iq生成是通过dsp和移相器实现的。由于dsp处理数字信号，而移相器需要模拟信号，因此还需要数模转换器（dac）和模数转换器（adc）。因此，整个系统需要n+1个激光二极管，其中n是hf接收器的数量。7.从前文提到的出版物“全光子学基础的相干雷达系统”中，已知该具有光载波的系统使用同轴线作为从hf接收器到基站的路径。8.这种系统的缺点是同轴电缆很重并且包含相对昂贵的材料。此外，同轴电缆还具有高衰减的特性，也容易受到电磁干扰。同轴电缆的制造和布线也很昂贵。此外，由于环境影响导致的快速退化是信号传输的一个主要问题。9.从前文提到的文献“基于光子辅助信号生成和拉伸处理的微波光子合成孔径雷达的演示”中已知具有光载波的系统，该系统对于从hf接收器到基站的路径使用光学返回信道发送数据。为了实现用于返回信道的光载波，使用了第二个激光器。为了在基站中同时具有发射和接收信号，激光信号被分成两条路径，其中，两条路径以90°彼此偏振。然后基于激光的偏振在基站中进行了相干检测。因此，整个系统需要n+1个激光二极管，其中n是hf接收器的数量。10.这种系统的缺点在于，该系统需要每个hf接收器附加一个本地振荡器（lo）激光器。由于这些lo激光器不能单片集成到芯片中，因此整个系统的成本会增加。此外，具有多个激光器的解决方案功耗很高。另外，文献中提到的通过偏振进行相干检测的方法对于在例如硅光子电路中的集成并不合适，因为只有te偏振光能够在硅基光子电路中传播。11.从前文提到的文献“用于高分辨率和实时逆合成孔径成像的基于光子学的宽带雷达”已知具有光载波的系统，该系统对于从hf接收器到基站的路径使用光学返回信道发送数据。12.这种系统的缺点在于，在从hf接收器到基站的返回信道中需要光带通。由于每条路径都需要一个单独的带通，因此这种解决方案对于离散系统来说非常昂贵。此外，为了得到iq信号，必须通过复杂的处理从相位调制信号中恢复载波，其计算量是很大的，因此会消耗大量功率。另外，还需要快速的模数转换器，这也是极其昂贵的。然而，还必须考虑到快速移相器及其驱动器或波长控制必须可用，因为信号必须在hf范围内发送回基站。因此，无线系统可以工作的频带受到移相器向上速度的限制。如果改变激光的波长，也需要大量的能量，因为波长的改变是通过加热激光器来实现的。技术实现要素：13.本发明提出了一种光载波分配系统，目的是为了避免现有技术中的一个或多个问题，特别是提供高性价比的解决方案。14.该目的根据独立权利要求之一的光载波分配系统来实现。在从属权利要求，说明书和附图中给出了本发明的其他有利的设计方案。附图说明15.下面参照附图对本发明进行详细描述。16.图1示出了根据本发明实施例的（用于相控阵天线）光载波分配（无线）系统的框图，该系统具有不设置本地振荡器的iq返回信道；图2示出了根据本发明的另一实施例的光载波分配（无线）系统的框图，该系统具有不设置本地振荡器的iq返回信道；图3示出了根据本发明实施例的具有用于微调的光定向耦合器和移相器的光iq发生器的第一实施例；和图4示出了根据本发明实施例的具有1x2 mmi和移相器的光学iq发生器的第二实施例。具体实施方式17.下面将参照附图对本发明进行详细描述。在此需要注意的是，这里记载了可以单独应用或组合应用的不同方面。即，每个方面都可以与本发明的不同实施例一起应用，除非明确表示为纯粹的替代方案。18.此外，为简单起见，以下一般仅提及一个实体。然而，除非明确指出，本发明还可以具有几个相关实体。在这方面，词语“一”，“一个”的使用仅应理解为在简单实施例中使用至少一个实体的指示。19.就下面描述的方法而言，方法的各个步骤可以以任何顺序排列和/或组合，除非上下文另有明确说明。此外，除非另有明确说明，这些方法可以相互组合。20.带有数值的说明一般不能理解为精确值，还包括+/‑ꢀ1%到+/‑ꢀ10%的公差。21.对标准或规范的引用应理解为对在申请时有效和/或（如果要求优先权）在优先权申请时有效的标准或规范的引用。然而，这不应被理解为对后续或替代标准或规范的适用性的普遍排除。22.图1示出了（用于相控阵天线）光载波分配（无线）系统1，该系统具有不设置本地振荡器的返回信道。23.（无线）系统具有带有激光源ld的基站。激光源ld的光可以传输分配到远程一个或多个前端装置fe1...fen。激光源ld可以是合适的激光器，例如半导体激光二极管，其提供例如大约1310 nm或1550 nm的光。24.例如，前端装置fe1…fen各自具有至少一个输出装置anttx，其由从激光源ld接收的激光控制输出发射信号。发射信号可以通过功率放大器pa进行放大后发射。发射装置anttx例如可以是发射天线。25.在不限制一般性的情况下，可以对发射信号进行调制，例如使用iq数据。在不限制一般性的情况下，发射信号包含上变频接收信号。26.在不限制一般性的情况下，来自激光源ld的光eld可以在基站bs中经调制emz后输送分配到远程的一个或多个前端装置（fe1...n）。27.此外，前端装置fe1...fen分别还具有至少一个接收装置antrx，该接收装置接收发射天线发射信号的反射信号。例如，antrx可以是接收天线。28.通过适当的设计和布线，也可以提出，使用单个天线交替地用作发射天线和接收天线。也就是说，在第一时间点/时间段中，天线被用作发射天线anttx，而在第二时间点/时间段中，天线被用作接收天线antrx。可选地，有一种实施例也是可能的，其中，例如在循环器的情况下，单个天线可以同时用作发射天线和用于接收天线。29.在前端装置fe1...fen中，从激光源ld接收激光的一部分激光被提供给光学iq发生器oiq生成相移信号。30.将接收天线接收到的反射信号在前端装置fe1...fen中与光学iq发生器oiq的相移信号混合，将混合信号反馈给基站bs中的评估装置。接收到的反射信号可以通过低噪声放大器lna进行放大。31.此时需要注意的是，前端装置fe1...fen可以是如图所示的输出装置与接收装置集成一起的集成装置。当而，备选地，也可以是输出装置与接收装置分开的前端装置fe1...fen，使得例如一个子装置具有发送装置组件，而另一个子装置具有接收装置组件。32.这意味着，与以前不同，现在大量前端装置fe1...fen只需要一个激光源ld，它也可用于返回信道。除了由此产生的较低的硬件复杂性之外，还具有较低的运营成本和如下所述的其他优势。33.在图1或2中呈现的架构将iq数据从（例如无线）前端装置fe1...fen以光学方式发送回基站bs，而本身无需lo激光器。为此，再次使用光载波分布激光信号。为此目的，在基站bs中的标注5处，光载波在不同的前端装置fe1...fen之间被划分。在每个前端装置fe1...fen中，光信号分离成两路，一路到具有光电二极管的传输通道，另一路3到返回信道。34.在返回信道中，复用的载波信号可以在光iq发生器oiq中转换为iq信号ei和eq，iq信号ei和eq和与它们对应的电信号vi和vq相乘，例如在马赫曾德尔干涉仪（缩写为mzi）中，然后通过混合通道4将信号反馈回基站，例如通过光纤将信号反馈回基站。35.此外，该系统还可以在硅光子电路中实现，因为，除了混合偏振光之外，该系统还可以使用纯te偏振光。此外，不需要快速模数转换器或数模转换器，因为要检测的光信号仅在电lo信号的带宽内。36.该实施例适用于例如雷达系统。37.在对通信技术有利的本发明另一实施例中，例如，根据图2所示，光载波分布（无线）系统1具有不设置本地振荡器的返回信道。38.该系统具有带有激光源ld的基站bs，其中，激光源ld的光被传输分配到远程的一个或多个前端装置fe1...fen，前端装置fe1...fen也具有接收信号的接收装置antrx，其中，利用激光源ld的部分激光提供给光学iq发生器oiq生成相移信号，其中，接收装置antrx的接收信号与iq发生器oiq的相移信号混合反馈到基站bs中的评估装置。39.此时，再次需要注意的是，前端装置fe1...fen可以是如图所示的输出装置与接收装置集成一起的集成装置。然而，备选地，也可以输出装置与接收装置分开的前端装置fe1...fen，例如，使得一个子装置具有输出装置分支组件，而另一个子装置具有接收装置分支组件。40.在改进的实施例中，激光源ld的光通过玻璃纤维，即光纤或自由空间连接被传输分布到远程的前端装置fe1...fen。可选地或附加地，还可以通过玻璃纤维，即光纤或自由空间（隔空）连接将信号从前端装置fe1...fen沿返回方向路由到基站bs。41.在另一改进的实施例方案中，在基站bs中对来自激光源ld的部分激光进行分解提供给评估装置ae。42.在该实施例的进一步改进中，基站bs还具有移相器，该移相器将激光源ld的激光分解相移后提供给评估装置ae。43.在基站bs中的标注1处导出载波光的一部分并将其用作为信号es的源信号。分解导出可以是在不同前端装置接收路径的分布之前、之后或期间，例如在标注5处进行。44.因此，对于具有任意数量的前端装置fe1...fen的整个系统来说只需要一个激光器ld。然后可以在基站bs中进行相干检测。45.上述实例是一种可能的简单实现方式，因为只需补偿基站bs到前端装置fe1...fen以及前端装置到基站的相位偏移。在光电二极管pd和跨阻放大器（简称tia）中，由信号eo 重新生成电气同相和正交相位信号。46.其具有这样的优点，即从基站bs到相应的前端装置fe1...fen的和反向到基站bs的相位偏移必须被补偿的优点。此外，无需补偿不同激光器之间的频率偏移。这也使得可以免除例如通过dsp计算密集型载波恢复。此外，不需要昂贵且复杂的激光器波长控制。这意味着根据本发明的系统允许以高性价比的方式在前端装置fe1...fen和基站bs之间提供相干iq调制。47.光学iq发生器可以适用模拟或数字设计。下面介绍了两种模拟变体，但不限于这些。48.在进一步的改进实施例中，光iq发生器oiq具有光定向耦合器rk和移相器ps。这种实施方式如图3的原理图所示。同样，光学iq发生器oiq的所有组件都可以集成在一个芯片上。由于光定向耦合器已经产生了90°的相位差，因此移相器只需补偿这种类型的光iq发生器oiq中的环境影响，因此预期的控制电压很小。49.在可选改进的实施例方案中，光学iq发生器oiq具有多模干涉仪mmi和移相器。这种实施方式如图4的原理图所示。同样，光学iq发生器oiq的所有组件都可以集成在一个芯片上。由于1x2 mmi不会在两个输出之间产生相位差，因此在这种类型的光学iq发生器中，移相器必须产生90°的相位差。50.在进一步的改进实施例中，在远程的至少一个前端装置fe1...fen中，将从激光源ld接收的部分激光在反馈到基站中的评估装置处之前通过混合和/或调制被改变，从而实现利用或不利用数据的iq调制。51.在另一个实施例中，优选地在基站bs中，可以例如通过移相器ps调整相位。然而，也可能（可选地或附加地）影响前端装置fe1...fen中的相位角，从而可能对返回信号产生影响。在这种情况下，例如对于相干接收，必要的相位设置信息将必须通过来自基站bs另一信号分配到相关的前端装置fe1...fen，也就是激光源（ld）的光需经调制后再输送分配。52.在本发明的又一实施例中，来自激光源ld的用于分配给一个或多个远程的前端装置（fe1...n）的光被放大装置放大后再输送分配，例如使用光纤放大器放大。53.本发明使得可以使用单个激光器ld来同步任意数量的前端装置fe1...fen，同时实现从接收器到基站bs的光学iq路径。此外，可以在基站bs中进行相干检测，由此可以从单个激光信号中再生iq信号。54.在不限制一般性的情况下，本发明也不限于无线系统。相反，它也可以用于有线系统。









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