CN102075471A - 基于高斯滤波最小移频键控的光无线融合系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于高斯滤波最小移频键控的光无线融合系统和方法，该系统中信号装置包含N个信号源模块，每个信号源模块产生两路模拟电信号；链路装置通过一条光链路对接收到的模拟电信号进行光调制，传输已调制的N路独立的光信号及未调制的一路光信号；接收装置对接收到的已调制的N路独立的光信号及未调制的一路光信号进行处理，获得携带信息的数据，实现了光无线的融合传输。采用本发明的方法和系统，能够降低系统成本，提高系统性能，有效的提供多用户服务。

Description

基于高斯滤波最小移频键控的光无线融合系统和方法

技术领域

本发明涉及通信技术，特别涉及一种基于高斯滤波最小移频键控(GMSK)的高通信质量的光无线融合的系统和方法

背景技术

近年来的全球信息化浪潮使人们对通信系统的容量和质量的要求迅速提高，宽带无线接入正在成为未来通信的主要发展方向。以光纤接入为代表的有线接入虽然能够提供很大的带宽，但是终端的移动性受到限制。无线移动通信由于其接入的灵活性和移动性的优点更受用户的青睐，但目前的低频无线通信系统带宽较窄，已无法满足未来的移动多媒体、流媒体等宽带业务需求。如今，一种融合光纤通信和无线移动通信技术优点的新型的通信技术-光无线融合(ROF)被提出。其充分结合光纤和高频无线电波传输的特点，其有以下优点：

1：功率损耗降低、系统成本减少。在ROF系统中，采用光纤作为传输媒介来传输毫米波信号，由于光纤具有低损耗的特性，信号在传送功率较小的情况下，可以在光纤中传输较远的距离，大大降低了系统的功率损耗，减少了系统的成本。

2：系统带宽提高。ROF是利用光纤来传输信号的，，光纤具有巨大的贷款资源，850nm、1310nm和1550nm这三个低损耗窗口，总计可提供50THz的带宽资源，大大的提高了系统的带宽。

3：不受电磁干扰。ROF技术将毫米波信号加载在光波上并在光纤中传输，不会受到外界电磁波的干扰，同时也不会对外界产生电磁干扰。

4：多操作、多服务通信的极大应用。ROF技术能够满足系统级操作的灵活性，能够实现信号格式的透明化，可以将低损耗单模光纤和射频载波调制技术结合起来设计成为一个透明的线性系统，使ROF系统可以用来支持分布多操作、多服务通信业务。

随着通信技术的发展，调制方式按调制信号的形式大致上分为模拟调制和数字调制两种。模拟调制大致有相位调制(PM)、频率调制(FM)、幅度调制(AM)等；数字调制大致有相位偏移调制(PSK)、频率偏移调制(FSK)、幅度偏移调制(ASK)等。一种从最小移频键控(MSK)发展来的数字调制方式-高斯滤波的最小移频键控(GMSK)是全球移动通信系统(GSM)采用的调制方式，是当前现代数字调制技术领域的研究热点，获得了广泛的应用。其具有恒定的包络，包络起伏很小；相对于MSK，其功率谱旁瓣衰减更快；其可有效的支持多服务、多用户的应用。

具有如此多优点的基于GMSK的ROF技术在车载移动通信、热点地区和室内覆盖、雷达信号传输等方面有广阔的应用前景，例如在宽带固定无线接入(FWA)系统和专用小范围通信(DSRC)系统中，可以极大的提高通信系统的带宽，提高系统的传输速率，可以有效的解决低频段的频谱资源紧缺的问题。然而，在利用单模光纤的ROF系统中，由于射频信号调制到光波上会产生频率间隔等于射频信号频率的多个光波成分，随着射频信号的频率的增加，光纤色散限制光纤链路的长度，同时造成信号相位的相关性降低，进而增加射频载波的相位噪声，限制链路带宽和传输距离。所以我们将研究在较低频的射频信号情况下，实现基于GMSK的ROF的系统和方法。

图1为现有的基于四相移相键控(QPSK)的ROF系统的结构示意图，现结合图1，对现有的基于QPSK的ROF系统的结构进行说明，具体如下：

现有的基于QPSK的ROF系统包括：信号源模块10和光链路模块11。

信号源模块10用于产生调制格式为QPSK的数字电信号，将数字电信号转化为适合在光信号调制和传输的模拟电信号，输出模拟电信号至光链路模块11。其中，信号源模块10包括一个现场课编程门阵列(FPGA)芯片100和一个与之相连的任意波形发生器101。其中，FPGA芯片100用于产生调制格式为QPSK的数字信号，并输出至任意波形发生器101，这儿，通过调制FPGA芯片100中的数据的参数，将包含信息的二进制脉冲序列，经过串并转换，成为两路分别对同一频率的正弦和余弦信号进行调制，然后相加得到调制格式为QPSK的数字电信号，将得到的QPSK数字电信号输出至任意波形发生器101；任意波形发生器101用于将接收到的调制格式为QPSK的数字电信号，进行数模转换，得到适合在光信号上调制和传输的模拟电信号，将模拟电信号输出至光链路模块11。

光链路模块11用于把接收到的包含信息的模拟电信号调制到光信号上，且把已调制的光信号在光纤上传输一段距离，并把已调制的光信号转换为模拟电信号，将信息从光信号中解调出来，通过天线发射出去。其中，光链路模块11包括激光器110、信号调制器111、光放大器112、光纤113、光电探测器114和天线115。其中，激光器110产生频率单一的窄带光信号，并把窄带光信号输出至信号调制器111；信号调制器111在信号源模块10输出的模拟电信号作为偏置电压的作用下，对激光器110产生的窄带光信号进行调制，将包含信息的模拟电信号调制到光信号上，将调制后的光信号输出至光放大器112；光放大器112用于把接收到的包含信息的已调制的光信号进行放大，并将放大的已调制的光信号输出至光纤113中；光纤113用于传输已调制的光信号，并输出至光电探测器(PD)114中；光电探测器(PD)114用于把接收到的已调制的光信号，通过光电效应转换为模拟信号，将调制在光信号上的包含信息的电信号解调出来，并输出至天线115；天线115用于把接收到的模拟电信号发射出去。

上述为现有的基于高斯滤波的最小移频键控的光无线融合系统，该系统能初步实现光通信和无线通信融合的信号传输，但由于采用了QPSK调制格式，不能有效的抵抗信号在传输过程受到的信道的非线性以及多普勒平移等的影响，不能支持整个系统向多服务、多用户的方向发展，使经过ROF传输发送的射频信号接收后的误码率较高，在很大程度上影响了ROF的系统性能，也限制了ROF系统在多服务、多用户的应用，很大程度上影响了ROF系统的发展。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于高斯滤波最小移频键控(GMSK)的光无线融合系统，该系统能够降低系统成本，提高ROF系统性能，提供多用户服务。

本发明的另一目的在于提供一种基于高斯滤波最小移频键控(GMSK)的光无线融合方法，该方法能够降低系统成本，提高ROF系统性能，提供多用户服务。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种基于高斯滤波最小移频键控(GMSK)的光无线融合(ROF)系统，该系统包括：信号装置、链路装置和接收装置：

所述信号装置包含N个信号源模块，用于产生2N路模拟电信号至链路装置；所述N个信号源模块中的每一个信号源模块利用地址逻辑产生两路数字电信号，且分别利用数模转换将其转化为谱效率较高的波形和适合调制光信号的模拟电信号，输出模拟电信号至链路装置；所述地址逻辑为由系统逻辑生成的地址所对应的正弦、余弦函数值表；所述数模转换是把数字信号转换为模拟信号；所述N为大于等于1的正整数；

所述链路装置利用宽谱光信号产生N+1路独立的光信号，其中进行调制的N路的光信号通过外调制技术与接收到的模拟电信号进行调制，输出N路GMSK调制的光信号和一路未调制的光信号至接收装置；所述外调制技术指并非把信号直接加载于激光器上调制，而是在外部的调制器上实现信号调制的光调制技术；所述进行调制的N路的光信号的序号为i；所述未调制的光信号的序号为0；所述i为大于等于1且小于等于N的正整数；

所述接收装置用于将对接收到的N+1路光信号，第i路光信号与第0路光信号利用光电转换，获得一路适合发射端发射的模拟电信号，将模拟电信号接收且处理获得包含信息的数据；所述光电转换即利用光电效应将光信号转换为相应电信号；所述发射端为适合发送信号的天线；

在上述装置中，所述信号装置中的每一信号源模块包括：

脉冲序列，通过对正弦波信号进行整形，将正弦信号整形为系统需要的脉冲序列信号，输出至地址逻辑模块；

地址逻辑，用于将接收到的脉冲序列转换为相对应的正弦、余弦函数值，通过固化在内存中的随机数据表，根据地址取出相应的信号离散值，将脉冲序列信号转换为正弦、余弦波形数字电信号，分别输出独立的第2i-1路数字电信号和第2i路数字电信号至其数模转换器；

数模转换，用于分别把接收到的第2i-1路数字电信号和第2i路数字电信号转换为谱效率较高的波形和适合调制光信号的模拟电信号，通过模拟运算电路，将数字电信号转换为相对应的模拟电信号，输出第2i-1路模拟电信号和第2i路模拟电信号至链路装置；

在上述装置中，所述链路装置包括：

宽谱光源，用于产生适合在光纤上传输的光信号，作为链路中的光源信号，输出合适的光信号至梳状滤波器；

梳状滤波器，用于将接收的含有多个频率的光源信号，通过按一定频率间隔相同排列的通带和阻带，只让某些特定频率的信号通过，选择出需要的频率的光源信号，输出选择的N+1个独立的光信号至分波器；

分波器，用于把接收到的N+1个独立的光信号彼此分离开来，分别进入不同的光路进行传输，输出第i路光信号至分支器i，输出第0路光信号至复用器；

分支器i，用于把接收到的第i路光信号分为两路并行传输的同一性质的第2i-1和第2i路光信号，输出第2i-1路光信号至π/2相移模块，输出第2i路光信号至信号调制器2i；

π/2相移模块，用于把接收到的第2i-1路光信号的相位进行π/2的变化，保证了第2i-1路光信号和第2i路光信号之间的π/2相位差，保证了两路信号之间的正交关系，输出移相后的光信号至信号调制器2i-1；

信号调制器，用于把接收到的2N路模拟电信号调制到光信号上，2N路光信号进入信号调制器，而由信号装置提供的2N路模拟电信号进入信号调制器的电信号控制端，通过信号调制器偏置端的电压不断变化，实现模拟信号对光信号的调制，且输出已调制的2N路光信号至相加模块；

相加模块，用于把接收到的第2i-1路光信号和第2i路光信号合为一条光链路上传输的光信号，输出N路独立GMSK调制的光信号至复用器；

复用器，用于将接收到已调制的N路独立的光信号和未调制的一路光信号复合至一路路线上的同一方向进行传输，输出复合后的信号至光放大器；

光放大器，用于把接收到的光信号进行失真尽可能小的放大，这样避免了在信号长距离传输后衰减太大而混淆在噪声中，导致无法准确的把信号解调出来，输出至光纤；

光纤，作为传输介质用于给光信号提供长距离传输的路径，输出至接收装置；

在上述装置中，所述接收装置包括：

解复用器，对接收到的含有N+1个中心频率的一路光信号进行分割，获得N+1路独立的光信号，输出第0路光信号至带通滤波器0，输出第i路光信号至带通滤波器i；

光带通滤波器，用于把接收到的光信号进行带通滤波，光带通滤波器0输出至分支器0，光带通滤波器i输出至相加模块i；所述光带通滤波即只通过中心频率，滤除高低频光信号；

分支器0，用于把接收到的第0路光信号分为并行传输的同一性质的N路光信号，分别输出至N个相加模块；

相加模块i，用于把接收到的第i路光信号与第0路光信号合为一条光链路上传输的光信号，输出光信号至光电检测器i；

光电检测器i，用于把接收到的第i路光信号与第0路光信号合成的光信号，通过光电效应转换为与之相关的模拟电信号，输出至锁相器i；

锁相器i，用于把接收到的模拟电信号的相位进行锁定，这样保证了信号的相位恒定，减少光电转换过程中带来的相位噪声的干扰，输出至相加模块；

相加模块，用于把接收到的N路模拟电信号利用加法电路加成在一起，进行发送，输出至天线；

天线，用于把接收到的模拟电信号发射出去；

一种基于高斯滤波的最小移频键控(GMSK)的光无线融合方法，该方法包括：

A、通过输入和调整N个模块中的数据参数，利用地址逻辑产生数字电信号，且利用数模转换将其转化为谱效率较高的波形和适合调制光信号的2N路模拟电信号；所述地址逻辑为由系统逻辑生成的地址所对应的正弦、余弦函数值表；所述数模转换是把数字信号转换为模拟信号；所述N为大于等于1的正整数；

B、利用宽谱光信号产生N+1路独立的光信号，对其中N路的光信号通过外调制技术与接收到的模拟电信号进行调制，一路光信号不进行调制，且复合进行调制的N路光信号和未调制的光信号；所述外调制技术指并非把信号直接加载于激光器上调制，而是在外部的调制器上实现信号调制的光调制技术；所述进行调制的N路光信号的序号为i；所述未调制的光信号的序号为0；所述i为大于等于1且小于等于N的正整数；

C、对接收到的N+1路光信号，第i路光信号与第0路光信号利用光电转换，获得一路适合发射端的模拟电信号，将模拟电信号接收且处理获得包含信息的数据；所述光电转换即利用光电效应将光信号转换为相应电信号；所述发射端为适合发送信号的天线；

上述方法中，步骤A所述通过输入和调整模块中的数据参数，利用地址逻辑产生数字电信号，且利用数模转换将其转化为谱效率较高的波形和适合调制光信号的模拟电信号的方法包括：

A1、把N路串行二进制高速数据比特输入N个任意波形发生器中，通过地址逻辑中事先制作的cos(t)和sinθ(t)两张表，分别读取出相应的数值，得到相应的cosθ(t)和sinθ(t)波形；

A2、对得到的数字电信号进行串并转换，获得两路相同数据传输速率的并行数据信号；

A3、将两路并行的数字数据信号进行数模转换，且进行低通滤波，获得相应的模拟电信号；所述低通滤波即利用低通滤波器对模拟信号进行滤波，滤除高频信号；

上述方法中，步骤B所述利用宽谱光信号产生N+1路独立的光信号，对其中N路的光信号通过外调制技术与接收到的模拟电信号进行调制，一路光信号不进行调制，且复合进行调制的N路光信号和未调制的光信号方法包括：

B1、利用可调谐滤波器将宽谱激光器产生的含有N+1个中心频率的光信号进行分割，获得N+1路频率为λ₀、λ₁、...、λ_N的独立光信号；

B2、将频率为λ_i的光信号分为同一性质的两路光信号，一路光信号进入马泽调制器2i与接收到的模拟电信号进行调制；另一路先进行π/2的相移，再进入马泽调制器2i-1与接收到的模拟电信号进行调制；

B3、将步骤B2中已调制的中心频率为λ_i的两路光信号耦合在一起；

B4、将N路调制后的光信号与一路未调制的频率为λ₀的光信号复合在同一路线上进行传输；

B5、将复合N+1路的光信号通过掺饵光纤放大器进行失真尽可能小的放大，并将其置于光纤上进行传输；

上述方法中，步骤C中所述对接收到的N+1路光信号，第i路光信号与第0路光信号利用光电转换，获得一路适合发射的模拟电信号，将模拟电信号接收且处理获得包含信息的数据的方法包括：

C1、对接收到的光信号进行解复用，获得N+1路独立的光信号；

C2、将频率为λ₀的第0路光信号分为N路同一性质的光信号；

C3、将第i路光信号与第0路光信号合并成为一路光信号；

C4、通过光电检测器将步骤C3中的合成光信号进行光电检测，将接收到的光信号转换为电信号，并进行锁相处理，滤除光电检测过程中带来的相位噪声，获得一路电信号；所述光电检测即光电转换，在数学上表述为对光信号进行求模运算；所述一路电信号包括直流信号、调制信号以及对应的倍频信号；

C5、对步骤C4获得的N路电信号合成在一起，且经过一段无线信道模块进行传输；对步骤C4获得的所述一路电信号进行带通滤波，去除所述电信号中包含的直流信号和基带信号，发射获得的携带信息的毫米波射频信号；

C6、对经过无线信道传输后的电信号进行带通滤波，去除所述电信号中包含的直流信号与及倍频信号，获得包含数据信息的N路中频模拟电信号；

C7、将N路模拟电信号进行模数转换为数字电信号，将信号分为两路，一路与正弦波信号相乘，一路与余弦波信号相乘；所述正弦波信号和余弦波信号的频率与载频相同。

C8、对两路信号分别进行低通滤波，滤出其中的直流、高频成分，对获得的信号进行逐符号的采样、判决。

C9、进行并串转换，获得N路串行二进制高速数据比特。

由以上的技术方案可见，本发明提供一种基于高斯滤波最小移频键控(GMSK)的光无线融合的系统和方法，该系统中利用GMSK对数据信息进行调制，且使用N路携带信息的信号同时进行传输，相对于现有的基于QPSK的ROF系统，其大大的提高了系统的容量，使得多个用户可以同时进行传输，有效的提供了一种多用户通信的系统和方法。

附图说明

图1为现有的QPSK的ROF系统的结构示意图。

图2为本发明基于高斯滤波最小移频键控的光无线融合系统的结构示意图。

图3为本发明基于高斯滤波最小移频键控的光无线融合方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明提供了一个基于高斯滤波最小移频键控的光无线融合系统和方法，该系统中信号装置包含的N个信号源模块利用地址逻辑产生2N路数字电信号，数模转换器把其转换为模拟电信号；链路装置利用宽谱光信号产生N+1路独立的光信号，其中进行调制的N路的光信号通过外调制技术与接收到的模拟电信号进行调制，输出N路GMSK调制的光信号和一路未调制的光信号；接收装置对接收到的N+1路光信号进行光电转换处理，获得适合发射的模拟电信号，将模拟电信号接收且处理获得包含信息的数据，实现了GMSK信号的光无限传输。

图2为本发明基于高斯滤波最小移频键控的光无线融合系统的结构示意图，现结合图2，对本发明基于高斯滤波最小移频键控的光无线融合系统的结构进行说明，具体如下：

为了表述清楚，先对本发明基于高斯滤波最小移频键控的光无线融合系统进行定义，本发明的GMSK的ROF系统能够产生N路携带信息的信号，且对这N路信号进行光调制和接受处理，其中N是大于等于1的正整数。

本发明基于高斯滤波最小移频键控的光无线融合系统包括：信号装置20、链路装置21、接收装置22。

信号装置20包含N个信号源模块，用于产生2N路模拟电信号至链路装置；其中，N个信号源模块中的每一个信号源模块利用地址逻辑产生两路数字电信号，且分别利用数模转换将其转化为谱效率较高的波形和适合调制光信号的模拟电信号，输出模拟电信号至链路装置；地址逻辑为由系统逻辑生成的地址所对应的正弦、余弦函数值表；数模转换是把数字信号转换为模拟信号；N为大于等于1的正整数。

链路装置21利用宽谱光信号产生N+1路独立的光信号，其中进行调制的N路的光信号通过外调制技术与接收到的模拟电信号进行调制，输出N路GMSK调制的光信号和一路未调制的光信号至接收装置；，其中，外调制技术指并非把信号直接加载于激光器上调制，而是在外部的调制器上实现信号调制的光调制技术；进行调制的N路的光信号的序号为i；未调制的光信号的序号为0；i为大于等于1且小于等于N的正整数。

接收装置22用于将对接收到的N+1路光信号，第i路光信号与第0路光信号利用光电转换，获得一路适合发射端发射的模拟电信号，将模拟电信号接收且处理获得包含信息的数据；其中，光电转换即利用光电效应将光信号转换为相应电信号；发射端为适合发送信号的天线。

其中，信号装置20包括N个任意波形发生器(AWG)200。

任意波形发生器(AWG)200输出模拟电信号至链路装置21，其中，本发明的系统中采用的任意波形发生器可通过控制端进行控制输出信号，输出两路模拟电信号至链路装置21。

链路装置21包括宽谱激光器210、可调谐滤波器211、N个分支器212、N个马泽调制器213、N个相移器214、N个马泽调制器215、N个加法器216、复用器217、光放大器218和光线219。

宽谱激光器210输出光信号作为传递信息的载波，输出至可调谐滤波器211。

可调谐滤波器211一端与宽谱激光器210相连，接收宽谱激光器210输出的光信号，将接收到的一路有多个频率的光信号分割为N+1路独立的中心频率不同的光信号；另一端输出N+1路独立的中心频率不同的光信号，其中N路光信号至分支器212，一路光信号至复用器217；其中，可采用基于级联的光子滤波器的可调谐滤波器，其基本原理为现有的技术内容。现简要说明可调谐滤波器211的基本原理，具体为：可调谐滤波器由两个不同的可调谐光子滤波器部分级联而成，分别为无限脉冲响应(IIR)滤波器部分和有限脉冲响应(FIR)滤波器部分，光载波首先经过IIR部分形成窄宽带响应，然后通过FIR部分对IIR部分所形成的响应进行中心频率选择，输入含有N+1个中心频率的光信号经过滤波器的作用后，输出N+1路独立的光信号。

N个分支器中的每一分支器212用于把从可调谐滤波器211接收到的一路光信号分为两路同一性质传输的光信号，分别输出至马泽调制器213和相移器214。

马泽调制器213分别接收信号装置20输出的模拟电信号至其偏置电压端和分支器212输出的光信号，输出调制光信号至加法器216；马泽调制器213利用直接强度将模拟电信号调制到光信号上，具体调制方法为现有的技术内容。现简要说明马泽调制器213信号调制的方法，具体为：马泽调制器213将从输入端口接收的光信号分成两束分别在调制器内的两个波导臂上传播，利用电光效应及不同的输入数据改变两个波导臂上的偏置电压，从而改变波导的折射率，那么在两个波导臂中传输的光会有着不同的相位差，那么两个波导臂输出的光束相位不同会使得输出的光信号的强度不同，从而实现模拟电信号对光信号的调制。

相移器214将接收到的一路光信号的相位进行π/2的改变，输出改变相位后的光信号至马泽调制器215；其中，相移器可采用介质相移器，即在波导中置入介质片来改变光波的相位来实现。

马泽调制器215，一端与相移器214相连，另一端输出至加法器216；其中，与马泽调制器213为同一器件，功能相同，但输入输出不同。

加法器216用于将接收马泽调制器213与马泽调制器215输出的调制后的光信号合成，输出一路信号至复用器217。

复用器217用于把接收到的N+1路光信号复合至一路路线上的同一方向进行传输，输出至光放大器218。复用器217可采用阵列波导光栅(AWG)来实现，其中AWG包括输入波导、两个平面耦合波导、阵列波导和输出波导；当N+1个独立的光信号进入输入波导时，输入的光信号先经输入波导进入第一个平面耦合波导，光信号中的中心波长不同的光信号在第一个平面耦合波导中发生衍射而耦合进阵列波导；由于阵列波导是由很多长度依次递增的波导路径构成，衍射后的光信号经阵列波导中的不同波导路径后发生相位延迟，阵列波导输出的光信号在第二平面耦合波导中相干叠加在一起，产生一路独立的光信号。

光放大器218与复用器相连，用于实现对接收到的光信号的放大，并输出至光线219；其中，光放大器218可采用掺铒光纤放大器(EDFA)来实现，EDFA的工作原理为现有技术内容。现简要说明光放大器218的工作原理，具体为：在制作光纤时，采用特殊工艺，在光纤芯层沉积中掺入极小浓度的铒离子，制作出相应的掺铒光纤，光纤中掺杂离子在受到泵浦光激励后跃迁到亚稳定的高激发态，在信号光诱导下，产生受激辐射，从而形成对信号光的相干放大，其具体结构在此不再赘述。

光纤219用于把接收到的光信号传至远方的接收端，其中，所采用的是50km的G.655光纤。

接收装置22包括解复用器220、N个光带通滤波器221、光带通滤波器222、分支器223、N个加法器224、N个光电检测器225、N个锁相器226、加法器227、无线信道228、N个带通滤波器229和N个离线数字信号处理2210。

解复用器220用于把从链路装置接收到的含有N+1个中心频率的光信号进行分割，获得N+1路独立的光信号，输出调制过的光信号至光带通滤波器221，输出未调制的光信号至光带通滤波器222.；解复用器可用现有的波导阵列光栅(AWG)来实现，其原理与复用器217相同，其中输入端为1个，输出端为N+1个，在此不再对其结构进行赘述。

光带通滤波器221一端连接解复用器220，接收解复用器220输出的调制过的光信号，用于对接收到的光信号进行带通滤波，去除接收到的独立的光信号中夹杂的噪声和干扰，输出至加法器224。

光带通滤波器222一端连接解复用器220，接收解复用器220呼出的未调制的光信号，输出至分支器223；其中，与光带通滤波器221为同一期间，但输出不同。

分支器223用于把接收到的光带通滤波器222输出的光信号分为N路同一性质传输的光信号至加法器224；其中，与链路装置的分支器为同一器件。

加法器224，用于将接收光带通滤波器221与分支器223输出的的光信号合成，输出一路信号至光电检测器225；其中，与链路装置中的加法器为同一器件。

光电检测器225接收加法器224输出的光信号，通过光电效应将接收到的光信号转化为与之相关的模拟电信号，输出电信号至锁相器226，光电检测器225的具体工作原理为：光信号进入光电检测器225后，光的能量被内部的P-N结吸收，形成光电流，随着光信号的强度不同，输出电信号的大小也就不同，就完成了光信号到电信号的转换。

锁相器226的一端接收光电检测器225输出的电信号，另一端输出至加法器227；利用锁相环电路，将接收到的电信号的相位进行锁定，以减少信号在光电检测过程中受到的相位噪声的影响，提高灵敏度，锁相器由锁相环构成，其基本原理为现有技术内容。现简要说明锁相器226的工作原理，具体如下：锁相环主要由相位参考提取电路、压控振荡器、相位比较器、控制电路组成，压控振荡器输出的是与需要频率很接近的等幅信号，把压控振荡器的输出信号和由相位参考提取电路从信号中提取的参考信号同时送入相位比较器，用比较形成的误差通过控制电路使压控振荡器的频率向减小误差绝对值的方向连续变化，实现锁相，其结构在此不再赘述。

加法器227，接收锁相器226输出的电信号，把这N个电信号加成在一起进行发射，输出至无线信道228。

无线信道228是传输无线信号的信道，用来模拟无线信号在空气中传输的过程，输出传输后的信号至带通滤波器229。

带通滤波器229接收传输后的电信号，进行带通滤波，获得携带信号的电信号，滤除噪声和干扰，输出至离线数字信号处理2210；其中，本发明中的每一带通滤波器的中心频率与所发射的携带信号的电信号的频率相同。

离线数字信号处理2210，用于把接收到的包含数据信息的信号进行数字信号处理，获得数据信息；其中，离线数字信号处理2210可以采用数字信号处理(DSP)芯片来对接收到的信号进行处理。

图3为本发明基于高斯滤波最小移频键控的光无线融合方法的流程图。现结合图3，对发明基于高斯滤波最小移频键控的光无线融合方法进程说明，具体如下：

步骤301：通过输入和调整N个模块中的数据参数，利用地址逻辑产生数字电信号，且利用数模转换将其转化为谱效率较高的波形和适合调制光信号的2N路模拟电信号：

在该步骤中，产生2N路模拟电信号的方法包括：

3011：把N路串行二进制高速数据比特输入N个任意波形发生器中，通过地址逻辑中事先制作的cosθ(t)和sinθ(t)两张表，分别读取出相应的数值，得到相应的cosθ(t)和sinθ(t)波形；

3012：对得到的数字电信号进行串并转换，获得两路相同数据传输速率的并行数据信号；

3013：将两路并行的数字数据信号进行数模转换，且进行低通滤波，获得相应的模拟电信号；所述低通滤波即利用低通滤波器对模拟信号进行滤波，滤除高频信号；

步骤302：利用宽谱光信号产生N+1路独立的光信号，对其中N路的光信号通过外调制技术与接收到的模拟电信号进行调制，一路光信号不进行调制，且复合进行调制的N路光信号和未调制的光信号：

在该步骤中，产生光信号、对光信号进行调制的方法包括：

3021：利用可调谐滤波器将宽谱激光器产生的含有N+1个中心频率的光信号进行分割，获得N+1路频率为λ₀、λ₁、...、λ_N的独立光信号；

3022：将频率为λ_i的光信号分为同一性质的两路光信号，一路光信号进入马泽调制器2i与接收到的模拟电信号进行调制；另一路先进行π/2的相移，再进入马泽调制器2i-1与接收到的模拟电信号进行调制；

3023：将步骤B2中已调制的中心频率为λ_i的两路光信号耦合在一起；

3024：将N路调制后的光信号与一路未调制的频率为λ₀的光信号复合在同一路线上进行传输；

3025：将复合N+1路的光信号通过掺饵光纤放大器进行失真尽可能小的放大，并将其置于光纤上进行传输；

步骤303：对接收到的N+1路光信号，第i路光信号与第0路光信号利用光电转换，获得一路适合发射的模拟电信号，将模拟电信号接收且处理获得包含信息的数据；

在该步骤中，获得模拟电信号且进行接收处理的方法包括：

3031：对接收到的光信号进行解复用，获得N+1路独立的光信号；

3032：将频率为λ₀的第0路光信号分为N路同一性质的光信号；

3033：将第i路光信号与第0路光信号合并成为一路光信号；

3034：通过光电检测器将步骤C3中的合成光信号进行光电检测，将接收到的光信号转换为电信号，并进行锁相处理，滤除光电检测过程中带来的相位噪声，获得一路电信号；所述光电检测即光电转换，在数学上表述为对光信号进行求模运算；所述一路电信号包括直流信号、调制信号以及对应的倍频信号；

3035：对步骤C4获得的N路电信号合成在一起，且经过一段无线信道模块进行传输；对步骤C4获得的所述一路电信号进行带通滤波，去除所述电信号中包含的直流信号和基带信号，发射获得的携带信息的毫米波射频信号；

3036：对经过无线信道传输后的电信号进行带通滤波，去除所述电信号中包含的直流信号与及倍频信号，获得包含数据信息的N路中频模拟电信号；

3037将N路模拟电信号进行模数转换为数字电信号，将信号分为两路，一路与正弦波信号相乘，一路与余弦波信号相乘；所述正弦波信号和余弦波信号的频率与载频相同。

3038对两路信号分别进行低通滤波，滤出其中的直流、高频成分，对获得的信号进行逐符号的采样、判决。

3039：进行并串转换，获得N路串行二进制高速数据比特。

本发明的上述实例中，包含了N路的传输包含信息的数据信号，与现有的ROF系统相比，在同一系统中通过多路的传输，可以有效的增加系统的容量，提供用户服务的能力提升，N路传输的信号相互正交，彼此之间不会产生干扰，接收端的灵敏度也会提高，可以大大的降低系统成本，提高ROF系统性能，有效的提供多用户服务。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种基于高斯滤波最小移频键控(GMSK)的光无线融合(ROF)系统，用于调制格式为GMSK信号的产生，使用ROF技术在光链路上处理和传输该GMSK信号，且将其发射接收的过程，其特征在于，该系统包括：信号装置、链路装置和接收装置：

所述信号装置包含N个信号源模块，用于产生2N路模拟电信号至链路装置；所述N个信号源模块中的每一个信号源模块利用地址逻辑产生两路数字电信号，且分别利用数模转换将其转化为谱效率较高的波形和适合调制光信号的模拟电信号，输出模拟电信号至链路装置；所述地址逻辑为由系统逻辑生成的地址所对应的正弦、余弦函数值表；所述数模转换是把数字信号转换为模拟信号；所述N为大于等于1的正整数；

所述链路装置利用宽谱光信号产生N+1路独立的光信号，其中进行调制的N路的光信号通过外调制技术与接收到的模拟电信号进行调制，输出N路GMSK调制的光信号和一路未调制的光信号至接收装置；所述外调制技术指并非把信号直接加载于激光器上调制，而是在外部的调制器上实现信号调制的光调制技术；所述进行调制的N路的光信号的序号为i；所述未调制的光信号的序号为0；所述i为大于等于1且小于等于N的正整数；

所述接收装置用于将对接收到的N+1路光信号，第i路光信号与第0路光信号利用光电转换，获得一路适合发射端发射的模拟电信号，将模拟电信号接收且处理获得包含信息的数据；所述光电转换即利用光电效应将光信号转换为相应电信号；所述发射端为适合发送信号的天线；

2.根据权利要求1所述的基于高斯滤波的最小移频键控的光无线融合系统，其特征在于，所述N个信号源模块中的每一信号源模块包括：

脉冲序列，通过对正弦波信号进行整形，将正弦信号整形为系统需要的脉冲序列信号，输出至地址逻辑模块；

地址逻辑，用于将接收到的脉冲序列转换为相对应的正弦、余弦函数值，通过固化在内存中的随机数据表，根据地址取出相应的信号离散值，将脉冲序列信号转换为正弦、余弦波形数字电信号，分别输出独立的第2i-1路数字电信号和第2i路数字电信号至其数模转换器；

数模转换，用于分别把接收到的第2i-1路数字电信号和第2i路数字电信号转换为谱效率较高的波形和适合调制光信号的模拟电信号，通过模拟运算电路，将数字电信号转换为相对应的模拟电信号，输出第2i-1路模拟电信号和第2i路模拟电信号至链路装置；

3.根据权利要求1所述的基于高斯滤波的最小移频键控的光无线融合系统，其特征在于，所述链路装置包括：

宽谱光源，用于产生适合在光纤上传输的光信号，作为链路中的光源信号，输出合适的光信号至梳状滤波器；

梳状滤波器，用于将接收的含有多个频率的光源信号，通过按一定频率间隔相同排列的通带和阻带，只让某些特定频率的信号通过，选择出需要的频率的光源信号，输出选择的N+1个独立的光信号至分波器；

分波器，用于把接收到的N+1个独立的光信号彼此分离开来，分别进入不同的光路进行传输，输出第i路光信号至分支器i，输出第0路光信号至复用器；

分支器i，用于把接收到的第i路光信号分为两路并行传输的同一性质的第2i-1和第2i路光信号，输出第2i-1路光信号至π/2相移模块，输出第2i路光信号至信号调制器2i；

π/2相移模块，用于把接收到的第2i-1路光信号的相位进行π/2的变化，保证了第2i-1路光信号和第2i路光信号之间的π/2相位差，保证了两路信号之间的正交关系，输出移相后的光信号至信号调制器2i-1；

信号调制器，用于把接收到的2N路模拟电信号调制到光信号上，2N路光信号进入信号调制器，而由信号装置提供的2N路模拟电信号进入信号调制器的电信号控制端，通过信号调制器偏置端的电压不断变化，实现模拟信号对光信号的调制，且输出已调制的2N路光信号至相加模块；

相加模块，用于把接收到的第2i-1路光信号和第2i路光信号合为一条光链路上传输的光信号，输出N路独立GMSK调制的光信号至复用器；

复用器，用于将接收到已调制的N路独立的光信号和未调制的一路光信号复合至一路路线上的同一方向进行传输，输出复合后的信号至光放大器；

光放大器，用于把接收到的光信号进行失真尽可能小的放大，这样避免了在信号长距离传输后衰减太大而混淆在噪声中，导致无法准确的把信号解调出来，输出至光纤；

光纤，作为传输介质用于给光信号提供长距离传输的路径，输出至接收装置；

4.根据权利要求1所述的基于高斯滤波的最小移频键控的光无线融合系统，其特征在于，所述接收装置包括：

解复用器，对接收到的含有N+1个中心频率的一路光信号进行分割，获得N+1路独立的光信号，输出第0路光信号至带通滤波器0，输出第i路光信号至带通滤波器i；

光带通滤波器，用于把接收到的光信号进行带通滤波，光带通滤波器0输出至分支器0，光带通滤波器i输出至相加模块i；所述带通滤波即只通过中心频率，滤除高低频光信号；

分支器0，用于把接收到的第0路光信号分为并行传输的同一性质的N路光信号，分别输出至N个相加模块；

相加模块i，用于把接收到的第i路光信号与第0路光信号合为一条光链路上传输的光信号，输出光信号至光电检测器i；

光电检测器i，用于把接收到的第i路光信号与第0路光信号合成的光信号，通过光电效应转换为与之相关的模拟电信号，输出至锁相器i；

锁相器i，用于把接收到的模拟电信号的相位进行锁定，这样保证了信号的相位恒定，减少光电转换过程中带来的相位噪声的干扰，输出至相加模块；

相加模块，用于把接收到的N路模拟电信号利用加法电路加成在一起，进行发送，输出至天线；

天线，用于把接收到的模拟电信号发射出去；

5.一种基于高斯滤波的最小移频键控的光无线融合方法，其特征在于，该方法包括：

A、通过输入和调整N个模块中的数据参数，利用地址逻辑产生数字电信号，且利用数模转换将其转化为谱效率较高的波形和适合调制光信号的2N路模拟电信号；所述地址逻辑为由系统逻辑生成的地址所对应的正弦、余弦函数值表；所述数模转换是把数字信号转换为模拟信号；所述N为大于等于1的正整数；

B、利用宽谱光信号产生N+1路独立的光信号，对其中N路的光信号通过外调制技术与接收到的模拟电信号进行调制，一路光信号不进行调制，且复合进行调制的N路光信号和未调制的光信号；所述外调制技术指并非把信号直接加载于激光器上调制，而是在外部的调制器上实现信号调制的光调制技术；所述进行调制的N路光信号的序号为i；所述未调制的光信号的序号为0；所述i为大于等于1且小于等于N的正整数；

C、对接收到的N+1路光信号，第i路光信号与第0路光信号利用光电转换，获得一路适合发射端发射的模拟电信号，将模拟电信号接收且处理获得包含信息的数据；所述光电转换即利用光电效应将光信号转换为相应电信号；所述发射端为适合发送信号的天线；

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤A所述通过输入和调整模块中的数据参数，利用地址逻辑产生数字电信号，且利用数模转换将其转化为谱效率较高的波形和适合调制光信号的模拟电信号的方法包括：

A1、把N路串行二进制高速数据比特输入N个任意波形发生器中，通过地址逻辑中事先制作的cosθ(t)和sinθ(t)两张表，分别读取出相应的数值，得到相应的cosθ(t)和sinθ(t)波形；

A2、对得到的数字电信号进行串并转换，获得两路相同数据传输速率的并行数据信号；

A3、将两路并行的数字数据信号进行数模转换，且进行低通滤波，获得相应的模拟电信号；所述低通滤波即利用低通滤波器对模拟信号进行滤波，滤除高频信号；

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤B所述利用宽谱光信号产生N+1路独立的光信号，对其中N路的光信号通过外调制技术与接收到的模拟电信号进行调制，一路光信号不进行调制，且复合进行调制的N路光信号和未调制的光信号方法包括：

B1、利用可调谐滤波器将宽谱激光器产生的含有N+1个中心频率的光信号进行分割，获得N+1路频率为λ₀、λ₁、...、λ_N的独立光信号；

B2、将频率为λ_i的光信号分为同一性质的两路光信号，一路光信号进入马泽调制器2i与接收到的模拟电信号进行调制；另一路先进行π/2的相移，再进入马泽调制器2i-1与接收到的模拟电信号进行调制；

B3、将步骤B2中已调制的中心频率为λ_i的两路光信号耦合在一起；

B4、将N路调制后的光信号与一路未调制的频率为λ₀的光信号复合在同一路线上进行传输；

B5、将复合N+1路的光信号通过掺饵光纤放大器进行失真尽可能小的放大，并将其置于光纤上进行传输；

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤C中所述对接收到的N+1路光信号，第i路光信号与第0路光信号利用光电转换，获得一路适合发射端发射的模拟电信号，将模拟电信号接收且处理获得包含信息的数据的方法包括：

C1、对接收到的光信号进行解复用，获得N+1路独立的光信号；

C2、将频率为λ₀的第0路光信号分为N路同一性质的光信号；

C3、将第i路光信号与第0路光信号合并成为一路光信号；

C4、通过光电检测器将步骤C3中的合成光信号进行光电检测，将接收到的光信号转换为电信号，并进行锁相处理，滤除光电检测过程中带来的相位噪声，获得一路电信号；所述光电检测即光电转换，在数学上表述为对光信号进行求模运算；所述一路电信号包括直流信号、调制信号以及对应的倍频信号；

C5、对步骤C4获得的N路电信号合成在一起，且经过一段无线信道模块进行传输；对步骤C4获得的所述一路电信号进行带通滤波，去除所述电信号中包含的直流信号和基带信号，发射获得的携带信息的毫米波射频信号；

C6、对经过无线信道传输后的电信号进行带通滤波，去除所述电信号中包含的直流信号与及倍频信号，获得包含数据信息的N路中频模拟电信号；

C7、将N路模拟电信号进行模数转换为数字电信号，将信号分为两路，一路与正弦波信号相乘，一路与余弦波信号相乘；所述正弦波信号和余弦波信号的频率与载频相同。

C8、对两路信号分别进行低通滤波，滤出其中的直流、高频成分，对获得的信号进行逐符号的采样、判决。

C9、进行并串转换，获得N路串行二进制高速数据比特。

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