Способ построения базовой станции волоконно-эфирной телекоммуникационной системы распределенной структуры и модуль для его осуществления

Предлагаемые способ и модуль относятся к области электросвязи, в частности к перспективным комбинированным системам волоконно-эфирной структуры, типичными представителями которых являются интенсивно развивающиеся локальные распределенные системы класса ROF (Radio-Over-Fiber).

Известны способы построения базовых станций волоконно-эфирной телекоммуникационной системы распределенной структуры и модуль для их осуществления (патент на полезную модель №99191; патенты РФ №№2119719, 2380834, 2472290, 2628121; патент США №6658216; патент ЕР №1643639; Белкин М.Е., Белкин Л.М. Особенности построения резистивных смесителей диапазона крайне высоких частот. Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы, 2010, вып. 1 (224), с. 98-104 и другие).

Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ построения базовой станции волоконно-эфирной телекоммуникационной системы распределенной структуры и модуль для его осуществления» (патент РФ №2472290, Н04В 10/16, 2011), которые и выбраны в качестве прототипов.

Модуль для осуществления предлагаемого способа построен по супергетеродинной схеме, в нем одно и то же значение промежуточной частоты f_пр может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах f_о и f_з, т.е.

f_пр=f_г-f_o и f_пр=f_з-f_г.

Следовательно, если частоту настройки f_о принять за основной канал приема, то наряду с ним будет иметь место зеркальный канал приема, частота f_з которого отличается от частоты f_о на 2 f_пр и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты f_г гетеродина (фиг. 2). Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования K_пр, что и по основному каналу, поэтому он наиболее существенно влияет на избирательность и помехоустойчивость модуля.

Кроме зеркального существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема. В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условия:

где f_ki - частота i-го комбинационного канала приема;

m, n, i - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частоты сигнала с гармониками частоты гетеродина малого порядка (второй, третьей), так как чувствительность модуля по этим каналам близка к чувствительности основного канала. Так, двум комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

f_k1=2f_г-f_пр и f_k2=2f_г+f_пр.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, приводит к снижению избирательности и помехоустойчивости преобразователя частоты.

Технической задачей изобретения является повышение избирательности и помехоустойчивости преобразователя частоты путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.

Поставленная задача решается тем, что способ построения базовой станции волоконно-эфирной телекоммуникационной системы распределенной структуры, содержащей прямой канал с непосредственным оптико-электрическим преобразованием принимаемого оптического сигнала и обратный канал с электрическим преобразованием, предварительным понижающим преобразованием частоты СВЧ-диапазона, при этом принятый модулированный СВЧ-сигнал с несущей частотой f_о подают на первый вход смесителя с субгармонической накачкой, на второй вход которого подают гетеродинный сигнал с частотой f_г и выделяют напряжение промежуточной частоты f_пр=f_г-f_о, которое направляют через первый отвод направленного ответвителя к первому лазеру, предназначенному для ретрансляции сигнала в оптическом диапазоне на центральную станцию, а через второй выход направленного ответвителя к второму лазеру, предназначенному для преобразования частоты СВЧ-сигнала с использованием эффекта размножения частот модуляции и соединенному с фотодиодом, в выходном спектре которого формируют модулированный сигнал с частотой 1,5f_о который пропускают через устраняющую модуляцию схему восстановления несущей частоты 1,5f_о для формирования гетеродинного сигнала, подаваемого в смеситель с субгармонической накачкой, отличается от ближайшего аналога тем, что выделяют напряжение суммарной частоты f_Σ=f_о+f_г, детектируют его и используют продетектированное напряжение для разрешения дальнейшей обработки напряжения промежуточной частоты f_пр.

Поставленная задача решается тем, что модуль обратного канала базовой станции волоконно-эфирной телекоммуникационной системы распределенной структуры, содержащий, в соответствии с ближайшим аналогом, последовательно включенные антенну, принимающую модулированный СВЧ-сигнал с несущей частотой f_о, смеситель с субгармонической накачкой, второй вход которого соединен с выходом гетеродина с частотой f_г, полосовой фильтр, выделяющий промежуточную частоту f_пр=f_г-f_о, и усилитель промежуточной частоты, последовательно включенные направленный ответвитель и первый лазер, предназначенный для ретрансляции сигнала в оптическом диапазоне на центральную станцию, последовательно подключенные к второму отводу направленного ответвителя второй лазер, фотодиод, в выходном спектре которого присутствует модулированный сигнал с частотой 1,5f_о, и электронный усилитель, выход которого соединен с входом блока восстановления несущей частоты 1,5f_о, устраняющий модуляцию, выходной сигнал которого используется в качестве гетеродинного сигнала, отличается от ближайшего аналога тем, что он снабжен усилителем суммарной частоты, амплитудным детектором и ключом, причем к выходу смесителя последовательно подключены усилитель суммарной частоты, амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к входу направленного ответвителя.

Структурная схема модуля, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг. 1. Частотная диаграмма, иллюстрирующая образование дополнительных каналов приема, изображена на фиг. 2.

Модуль содержит последовательно включенные приемную антенну 1, смеситель 2, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 13, полосовой фильтр 3, усилитель 4 промежуточной частоты, ключ 7, направленный ответвитель 8 и первый лазер 9, выход которого подключен к центральной станции, к выходу смесителя 2 последовательно подключены усилитель 5 суммарной частоты и амплитудный детектор 6, выход которого соединен с вторым входом ключа 7, к второму отводу направленного ответвителя 8 последовательно подключены второй лазер 10, фотодиод 11 и электронный усилитель 12, выход которого подключен к второму входу гетеродина 13, в качестве которого используется блок восстановления несущей частоты 1,5f_о.

Гетеродинный сигнал формируется из принимаемого базовой станцией сигнала обратного канала с использованием эффекта размножения частот модуляции инжекционного лазера.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

Модулированный СВЧ-сигнал с несущей частотой f_о от абонентского терминала улавливается приемной антенной 1 и поступает на первый вход смесителя 2, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 13 с частотой f_г. на выходе смесителя 2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 4 и 5 выделяются напряжения промежуточной (разностной) частоты f_пр=f_г-f_о и суммарной частоты f_Σ=f_о+f_г. При этом напряжение промежуточной частоты f_пр фильтруется с помощью полосно-пропускающего фильтра 3. Напряжение суммарной частоты f_Σ детектируется амплитудным детектором 6 и подается на управляющий вход ключа 7, открывая его. В исходном состоянии ключ 7 всегда закрыт.

При этом напряжение промежуточной частоты f_пр с выхода усилителя 4 промежуточной частоты через открытый ключ 7 поступает на вход направленного ответвителя 8.

Сигнал с первого отвода ответвителя 8 поступает на модулирующий вход первого лазера 9, рабочая точка которого для уменьшения нелинейных искажений устанавливается в середине линейного участка его ватт-амперной характеристики. Лазер 9 служит для ретрансляции оптического сигнала в направлении центральной станции (ЦС).

Сигнал с второго отвода ответвителя 8 поступает на моделирующий вход второго лазера 10, рабочая точка которого для увлечения нелинейных искажений устанавливается несколько выше порога его ватт-амперной характеристики. Лазер 10 служит для формирования гетеродинного сигнала. Изучение лазера 10 поступает на вход фотодетектора 11.

Выходной сигнал фотодетектора 11 усиливается в электронном усилители 12 и поступает на вход настроенного на частоту 1,5f_о блока 13 восстановления несущей, который представляет собой стандартный элемент приемного тракта цифровой радиосистемы и обычно строится на базе схемы фазовой автоподстройки (ФАП). Восстановленный в блоке 13 сигнал несущей подается на второй вход смесителя 2. Блок 13 восстановления несущей выполняет роль гетеродина.

Описанная выше работа модуля соответствует случаю приема полезных сигналов по основному каналу на частоте f_о (фиг. 2).

Если ложный сигнал (помеха) поступает по зеркальному каналу на частоте f_з, то на выходе смесителя 2 образуется напряжения промежуточной частоты f_пр=f_з-f_г и первой суммарной частоты f_Σ1=f_г+f_з. Частота настройки f_н1 усилителя 4 промежуточной (разностной) частоты выбирается равной f_н2=f_Σ=f_o+f_г.

В этом случае напряжение промежуточной частоты f_пр выделяется усилителем 4 промежуточной частоты. Однако напряжение первой суммарной частоты f_Σ1=f_г+f_з не попадает в полосу пропускания усилителя 5 суммарной частоты. Это объясняется тем, что частота f_Σ1 отличается от частоты настройки f_н2=f_Σ на удвоенное значение промежуточной частоты f_Σ1-f_Σ=2f_пр.

Ключ 7 в этом случае не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте f_з, подавляется.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помеха), принимаемые по первому комбинационному каналу на частоте f_к1 и по второму комбинационному каналу на частоте f_к2.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение избирательности и помехоустойчивости преобразователя частоты. Это достигается путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, за счет использования метода суммарной частоты.

Следует отметить, что смеситель реализует тригонометрическую формулу.

Как правило, используется только напряжение промежуточной (разностной) частоты.

В предлагаемых технических решениях напряжение суммарной частоты используется для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, реализуя метод суммарной частоты.

Авторы: Дикарев В.И., Ефимов В.В., Гурьянов А.В., Рябов А.С., Берлик С.А.