本發(fā)明涉及信號(hào)傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖傳輸亞太赫茲數(shù)據(jù)的方法及其驗(yàn)證系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近年來，許多新穎和流行的應(yīng)用，即視頻、直播、智能駕駛、實(shí)時(shí)在線視頻會(huì)議等采用射頻(rf)信號(hào)的移動(dòng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳輸，不斷豐富人們的生活。為了改善用戶的體驗(yàn)，信息才傳輸需要更高的信道容量(cc)、頻譜效率(se)和更低的延遲。然而，目前改善cc和se的方法主要采用各種物理空間，即波長、偏振、時(shí)間等的多路復(fù)用方法和先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)，正交幅度調(diào)制(qam)、正交相移鍵控(qpsk)、脈沖幅度調(diào)制(pam)等等方法，其在不久的將來將無法滿足大量新應(yīng)用對(duì)cp和se不斷增長的需求。為了提高cc和se，通常采用的兩種方法為新可用的頻譜源和新的多路復(fù)用空間。與第五代(5g)通信技術(shù)中采用的傳統(tǒng)rf，從700mhz到4.9ghz等相比，亞太赫茲頻段(stb)被認(rèn)為是5g中的一種新型射頻(nr)，能有效提高帶寬。由于新射頻stb波具有更寬的帶寬(100到300ghz)，因此其可用于高速通信和提高cc。然而，由于rf信號(hào)，包括傳統(tǒng)的rf和nr在自由空間中的傳播損耗(pl)較大，rf信號(hào)無法實(shí)現(xiàn)、傳輸覆蓋更大的范圍。特別是對(duì)于具有更高頻率的stb波，它被限制在更短的傳輸距離(dd)內(nèi)。因此，為了實(shí)現(xiàn)廣泛覆蓋，采用stb傳輸信號(hào)的技術(shù)通信方案必須密集地建設(shè)大量基站，其必然給運(yùn)營商帶來沉重的建設(shè)和運(yùn)營成本(設(shè)備、運(yùn)維、電力等)。為了克服上述問題，傳統(tǒng)rf信號(hào)的傳輸主要采用了光纖無線電(rof)進(jìn)行長距離傳播的方法，其中單模光纖(smf)和高斯光束(gb)通常分別用作傳播介質(zhì)和載波。然而，由于shannon和非線性的限制，基于gb和smf的rof系統(tǒng)的cc和se無法通過傳統(tǒng)的復(fù)用方法進(jìn)一步擴(kuò)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種光纖傳輸亞太赫茲數(shù)據(jù)的方法及其驗(yàn)證系統(tǒng)。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的光纖傳輸亞太赫茲數(shù)據(jù)的方法，包括如下步驟：

3、(1)數(shù)據(jù)組幀和亞太赫茲波的產(chǎn)生；

4、(2)oam模式光場調(diào)制與復(fù)用；

5、(3)oam模式組光纖傳輸；

6、(4)oam模式信號(hào)解調(diào)與數(shù)據(jù)恢復(fù)。

7、進(jìn)一步地，所述步驟(1)包括用戶數(shù)據(jù)qam調(diào)制和ofdm組幀以及亞太赫茲波的調(diào)制。

8、進(jìn)一步地，所述用戶數(shù)據(jù)qam調(diào)制和ofdm組幀包括：

9、(1.1)采用偽隨機(jī)序列多項(xiàng)式x23+x18+1，產(chǎn)生長度為223-1比特的隨機(jī)二進(jìn)制序列，并用作模擬實(shí)際傳輸?shù)碾S機(jī)用戶數(shù)據(jù)；

10、(1.2)通過串并轉(zhuǎn)換，將串行的prbs序列轉(zhuǎn)換為長度為4比特并行數(shù)組，形成32路數(shù)據(jù)流；

11、(1.3)采用qam映射模塊，將二進(jìn)制數(shù)據(jù)映射成復(fù)數(shù)域的正交幅度調(diào)制信號(hào)(qam-16)；

12、(1.4)通過共軛轉(zhuǎn)換方法，將產(chǎn)生的32路qam數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為其共軛的32路qam數(shù)據(jù)，并與之前的32路原先的qam型號(hào)合并形成64路實(shí)數(shù)數(shù)據(jù)；

13、(1.5)通過傅里葉逆轉(zhuǎn)換方法，將上述產(chǎn)生的64路數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉逆變換，形成適合強(qiáng)度調(diào)制的實(shí)數(shù)ofdm凈負(fù)荷數(shù)據(jù)；

14、(1.6)通過循環(huán)前綴字節(jié)插入模塊，在ofdm數(shù)據(jù)中固定開始位置插入或添加循環(huán)前綴數(shù)據(jù)，用于ofdm不同符號(hào)間的隔離和降低ofdm間的干擾；

15、(1.7)通過訓(xùn)練序列插入模塊，在每80個(gè)攜帶循環(huán)前綴數(shù)據(jù)的ofdm數(shù)據(jù)前插入一個(gè)長訓(xùn)練列，用于同步和信道估計(jì)；

16、(1.8)通過并串轉(zhuǎn)換模塊，實(shí)現(xiàn)并行的ofdm數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的ofdm數(shù)據(jù)，適合信道的調(diào)制和傳輸。

17、進(jìn)一步地，所述亞太赫茲波的調(diào)制包括如下步驟：

18、(1.9)采用一個(gè)中心波長為1550納米的分布式反饋激光器作為亞太赫茲波產(chǎn)生的高斯光源；

19、(1.10)通過相位調(diào)制器1，對(duì)傳輸?shù)?550納米的gb光進(jìn)行一定的相位延遲，其相位延遲的間隔主要由25ghz射頻信號(hào)源的整數(shù)倍n決定，n＝1；

20、(1.11)通過相位調(diào)制器2，對(duì)傳輸?shù)?550納米的gb光進(jìn)行一定的相位延遲，其相位延遲的間隔也主要25ghz射頻信號(hào)源的整數(shù)倍m決定，m＝1；

21、(1.12)通過馬赫曾德爾調(diào)制器、25ghz射頻信號(hào)、兩次相位調(diào)制器，dfb發(fā)生的gb光被調(diào)制為多個(gè)相干的光載波。

22、(1.13)通過一個(gè)25ghz的延遲干涉儀，光載波被調(diào)制為含有延遲間隔為25ghz的周期性脈沖波。

23、(1.14)通過一個(gè)摻鉺的光纖放大器，提高單模光纖中g(shù)b傳輸光的功率；

24、(1.15)設(shè)計(jì)一個(gè)帶通濾波器，從產(chǎn)生的脈沖中選取偏離中心波長4×25，5×25，6×25，7×25ghz脈沖，實(shí)現(xiàn)100、125、150、175ghz的亞太赫茲波的調(diào)制。

25、進(jìn)一步地，所述步驟(2)包括如下步驟：

26、(2.1)通過一個(gè)光纖陣列耦合器，攜帶亞太赫茲的高斯光被分成5條支路光，排列成“五筒”形狀；

27、(2.2)根據(jù)l＝-1，l＝-2，l＝-3，l＝-4，l＝-5的火焰叉形光柵圖和不同分區(qū)區(qū)間，產(chǎn)生一個(gè)綜合的oam陣列全息圖；

28、(2.3)通過一個(gè)oam陣列全息圖，5支路光分別被調(diào)制為5個(gè)渦旋光，其中每個(gè)模式分別代表他們的模式組omg1-5；

29、(2.4)采用一個(gè)相同的光纖陣列耦合器，產(chǎn)生的陣列狀的5個(gè)渦旋光被復(fù)用成1路渦旋光，從而完成oam模式組的復(fù)用。

30、進(jìn)一步地，所述步驟(3)包括如下步驟：

31、(3.1)設(shè)計(jì)一個(gè)具有5層結(jié)構(gòu)的oam光纖；

32、(3.2)光纖每個(gè)層的半徑分別設(shè)計(jì)為1.55微米，9.22微米，11.20微米，14.30微米，62.50微米；

33、(3.3)光纖每層的折射系統(tǒng)對(duì)比度分別設(shè)置為0.8％，1.28％，0％，-0.8％，0％；

34、(3.4)分析光纖支持的不同模式的等效折射系數(shù)分布；

35、(3.5)在1550nm處，采用otdr法測量到的光纖支持的各種omg0-5的傳輸損耗分別為0.24db/km、0.23db/km、0.25db/km、0.27db/km、0.29db/km、0.31db/km。

36、進(jìn)一步地，所述步驟(3.1)5層結(jié)構(gòu)的第一層半徑為r1＝1.55微米的最內(nèi)層具有0.8％折射系數(shù)對(duì)比度；第二層半徑為r2＝9.22微米中間層具有1.28％cric的oam光纖的纖芯；第三層為半徑在r3＝＝11.20umm和r4＝14.3um之間為壕溝層，通過摻雜氟化物的方式構(gòu)成。

37、進(jìn)一步地，所述步驟(3.4)包括采用有限元方法來分析oam光纖支持的oam?；騩amg的neff，oam光纖支持從l＝|0|到l＝|5|的6個(gè)模式組，這些模式是由π/2模式相位差的偶和奇矢量模式組合組成，不同omg之間的δneff也隨omg階數(shù)的增加而增大，兩個(gè)相鄰oamg之間的δneff都大于1.0×10-3。

38、進(jìn)一步地，所述步驟(4)包括如下步驟：

39、(4.1)耦合進(jìn)oam光纖傳輸復(fù)用光為自由空間oam復(fù)用光；

40、(4.2)設(shè)計(jì)一個(gè)同時(shí)解調(diào)渦旋光的光柵，能夠同時(shí)解調(diào)入射的oam復(fù)用光為高斯基模光，并坐落于不同的空間坐標(biāo)；

41、(4.3)自由空間oam復(fù)用光照射進(jìn)裝載同時(shí)解調(diào)渦旋光光柵的空間光調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)同時(shí)解調(diào)不同的oam光為不同空間坐標(biāo)的高斯光；

42、(4.4)采用不同敏感頻段的光電探測器的直接檢測方法，轉(zhuǎn)變攜帶不同的亞太赫茲數(shù)據(jù)的光信號(hào)轉(zhuǎn)為相應(yīng)的電信號(hào)；

43、(4.5)采用線下數(shù)字信號(hào)處理模塊，分析系統(tǒng)傳輸?shù)男阅堋?/p>

44、本發(fā)明所述的光纖傳輸亞太赫茲數(shù)據(jù)方法的驗(yàn)證系統(tǒng)，包括：用戶數(shù)據(jù)生成和調(diào)制模塊、oam波束調(diào)制和傳播模塊以及信號(hào)解調(diào)和處理模塊；

45、用戶數(shù)據(jù)生成和調(diào)制模塊包括fpga產(chǎn)生的prbs數(shù)據(jù)模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊、qam調(diào)制映射模塊、qam調(diào)制模塊、ofdm組幀模塊，ofdm組幀模塊包括逆快速傅里葉變換、循環(huán)前綴插入、訓(xùn)練序列插入、并串轉(zhuǎn)換模塊、任意波形射頻信號(hào)發(fā)生器、太赫茲波調(diào)制器，太赫茲波調(diào)制器包括分布式反饋激光器、相位調(diào)制器、25ghz射頻源、馬赫曾德爾、相位延遲干涉器、光纖放大器、帶通濾波器、單模關(guān)系、馬赫澤德爾調(diào)制器以及偏振控制器；

46、有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：采用了oam光纖和omg復(fù)用的方法，傳輸基于stb的5g?nr信號(hào)，能夠有效提高cc和se，延長傳輸距離；設(shè)計(jì)的oam光纖支持6個(gè)omg復(fù)用，具有較大的omg隔離度，能有效降低omg間串?dāng)_，實(shí)現(xiàn)大容量、遠(yuǎn)距離的光傳播亞太赫茲信號(hào)，提升了stb信號(hào)的傳輸距離，減小了基站建設(shè)的密度，降低了建設(shè)、運(yùn)維成本。