為了滿足日益增長的對高速數(shù)據(jù)、圖像和多媒體業(yè)務(wù)的需求，寬帶接入技術(shù)受到廣泛的關(guān)注。目前，基于銅線的寬帶接入技術(shù)(如不對稱數(shù)字用戶線(ADSL)、甚高速數(shù)字用戶線(VDSL)等)已經(jīng)接近其所能提供的最高速率。隨之光載無線(RoF)概念被提出來，用來在光纖無線接入網(wǎng)絡(luò)中提供固定和移動雙重寬帶業(yè)務(wù)接入。RoF技術(shù)不僅僅局限于現(xiàn)有微波波段，更高頻率的毫米波段(30～300 GHz)以及超寬帶無線信號(UWB)的應(yīng)用更能體現(xiàn)出RoF技術(shù)的巨大潛力和優(yōu)勢。
RoF技術(shù)通過光纖鏈路在中心局(CO)和遠(yuǎn)端基站(BS)之間實現(xiàn)無線射頻(RF)信號(包括毫米波段)的分發(fā)。RoF技術(shù)在簡化遠(yuǎn)端基站的同時，也可以在中心局實現(xiàn)功能的集中、器件設(shè)備的共享以及頻譜帶寬資源的動態(tài)分配，從而大幅度降低整個寬帶無線接入系統(tǒng)的成本。在傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)中，大部分射頻信號處理功能是在基站中通過電信號處理器來完成，從而受到諸多成本和帶寬的限制。RoF系統(tǒng)中功能集中化的配置和光電域的轉(zhuǎn)換使得在中心局完成一些全光射頻信號的處理功能成為可能，如光生毫米波、復(fù)雜碼型的全光矢量調(diào)制(如正交幅度調(diào)制(QAM)、差分相移鍵控(DPSK)、UWB信號等)、全光頻率變換或混頻、微波光子濾波和頻譜交叉復(fù)用等。與傳統(tǒng)的電信號處理方法相比，全光射頻信號處理的優(yōu)勢在于高帶寬、低損耗、抗電磁干擾、可并行處理、高采樣頻率等。因此，研究超寬帶無線信號(包括毫米波信號)的全光處理及光纖傳輸技術(shù)對于未來低成本、高性能商用超寬帶光纖無線接入系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用具有重要意義。上述關(guān)鍵技術(shù)的突破可以簡化遠(yuǎn)端基站結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)傳輸成本并提高系統(tǒng)傳輸性能、頻譜效率、覆蓋區(qū)域和靈活性，實現(xiàn)超寬帶毫米波無線接入與光傳輸技術(shù)的融合[1-10]。
1 基于全光矢量調(diào)制技術(shù)的RoF系統(tǒng)
在圖2中為了便于觀察，相位信號為一個2 GHz的時鐘信號。根據(jù)曲線的光滑性，由圖2可見，上邊帶信號同時包含了相位與幅度信號，而下邊帶只含有幅度信號。
2 基于毫米波相移鍵控調(diào)制的全雙工RoF系統(tǒng)
全雙工是未來接入系統(tǒng)的趨勢。結(jié)合以上產(chǎn)生毫米波調(diào)相的方法，本文提出簡單可靠的全雙工設(shè)計。此方案主要基于半反射的光纖光柵(反射率50%)。產(chǎn)生的毫米波調(diào)相信號兩個邊帶其中一個的波長與半反射光柵的中心波長一致，透射光譜除了一個邊帶減小了3 dB以外基本沒有變化，而反射光譜用環(huán)形器分離后即可作為上行信號光載波。通過一個低插損的強度調(diào)制器加載上行數(shù)據(jù)。這樣便實現(xiàn)了無源基站的全雙工操作。
3 多業(yè)務(wù)混合傳送的RoF系統(tǒng)
在中心局，一方面，光源提供的光載波一分為二，一部分直接加載數(shù)據(jù)信號作為有線接入的光載波，另一部分采用副載波調(diào)制用來承載無線業(yè)務(wù)，然后分別調(diào)節(jié)兩路信號的偏振方向至正交狀態(tài)，采用偏分復(fù)用的方式復(fù)用到一根光纖中傳輸。由于兩個正交的偏振態(tài)獨立傳輸互不影響，在用戶接收端，將兩個正交的偏振態(tài)分離，分別用來提供有線接入和無線接入。另一方面，用來承載無線業(yè)務(wù)的光載波經(jīng)過馬赫-曾德調(diào)制器上變頻，馬赫-曾德調(diào)制器偏置在傳輸函數(shù)最低點以實現(xiàn)光載波抑制，并將驅(qū)動的微波信號放大至合適值，利用調(diào)制器的非線性產(chǎn)生高階邊帶，其中五階和五階以上的邊帶可以忽略，而正負(fù)一階和三階邊帶用梳狀濾波器分開，一路光僅含正負(fù)一階邊帶，另一路僅含正負(fù)三階邊帶，這樣便產(chǎn)生了重復(fù)頻率為本振的二倍和六倍的光生微波及毫米波信號。它們分別可以用來承載不同速率的接入業(yè)務(wù)。然后耦合至同一光纖中傳輸，在基站處再用梳狀濾波器將其分開。其中六倍頻的光生毫米波可以用來提供高速的無線業(yè)務(wù)，但由于毫米波在空氣中的衰減其覆蓋范圍受限，二倍頻的光生微波可以用來提供較低速率的無線業(yè)務(wù)，但其覆蓋范圍較廣，可以用來覆蓋毫米波接入的盲區(qū)，從而彌補其不足。
在基站需要將3種業(yè)務(wù)分離，分別傳遞給不同用戶。首先用偏振分束器可以將傳輸有線業(yè)務(wù)的基帶信號分離出來，直接提供給固定用戶。然后用梳狀濾波器將承載兩種不同頻段的無線業(yè)務(wù)的光毫米波和微波分離，分別用于無線接入。
在實驗中，5.8 GHz的微波驅(qū)動信號經(jīng)過帶寬為10 GHz的光電調(diào)制器和25/50 GHz的光梳狀濾波器，全光產(chǎn)生11.2 GHz的微波信號和34.8 GHz的毫米波信號，并在34.8 GHz毫米波上成功演示了1.25 Gb/s高速數(shù)據(jù)的光纖和無線傳輸。其中，光毫米波信號在光纖中傳輸25 km，功率代價小于1.5 dB。毫米波信號在空氣中傳輸2 m，功率代價小于2 dB。
4 高清電視業(yè)務(wù)傳輸平臺的展示
由于經(jīng)過多次調(diào)制和無線傳輸，信號產(chǎn)生了一定的抖動和重疊，將該信號經(jīng)過一個頻率可自適應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)器，使信號得到定時再生和放大，經(jīng)過和上述流程相反的格式轉(zhuǎn)換和串并轉(zhuǎn)換，恢復(fù)成原來的RGB信號。實驗測試結(jié)果表明經(jīng)RoF鏈路傳輸?shù)男盘柗€(wěn)定、清晰，與不經(jīng)過光鏈路的高清電視相比幾乎沒有差別，誤碼率達(dá)10-12以下。
高清電視業(yè)務(wù)傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點和應(yīng)用前景如下：
采用通信中未使用的30 GHz左右的毫米波頻段頻率能夠避開現(xiàn)有的十分緊張的低端無線頻率資源。由于該頻段衰減較大，適合短距離傳送信號，對遠(yuǎn)距離同頻信號干擾小。傳輸帶寬大，在30 GHz附近有6～7 GHz的帶寬適用于傳輸信號，由于可用帶寬高，可以使用較為簡單的調(diào)制方法，且有傳送更高速率信號的潛力。
隨著高清電視節(jié)目的普及，越來越多的視頻信號采用高清的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行采集。采用該方案可以很方便地將前方高清攝像機拍攝的視頻信號傳回后方處理，在家庭環(huán)境中可以靈活方便的播放高清，甚至未來的超高清電視節(jié)目。
5 結(jié)束語
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