光载无线通信ROF-姜希振

测，它本质上就是个模拟传输系统。因此，信号损伤，比如在模拟通信系统中非常重要的噪声和失真，在RoF系统中也就显得影响比较大了。这些损伤很可能影响ROF系统的噪声系数和动态范围[5]。模拟光纤链路中的噪声源包括激光相对强度噪声，激光相位噪声，光电二极管霰弹噪声，放大器热噪声和光纤色散等。ROF系统中的单模光纤，色散的影响 可能限制光纤链路的长度并造成相位的非相关进而增加了RF载波的相位噪声[1]。RoF系统中的多模光纤，模式色散会更大的限制链路带宽和距离。

光纤具有的巨大带宽的利用也受到了电子系统固有的低带宽的限制，这些电子系统恰恰是传输信号的信源和接收器主要部分。这个问题被称作“电子瓶颈”。有效的复用技术是解决这一问题的一大法宝。如今OTDM和DWDM技术已经被应用在数字光系统中了。至于包括ROF技术、子载波复用(SCM) [6] 技术等在内的模拟光系统也被提出来提高光纤带宽的利用度。

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第三章 有关ROF系统中的关键技术分析

ROF技术需要解决的关键问题是如何用光波传送无线信号，并且在基站产生受基带信号调制的微波/毫米波载波，同时要克服光纤色散对无线信号的影响[8]。另一方面，ROF技术方案必须综合考虑经济因素，因为系统成本尤其是基站设备和维护成本决定了ROF技术是否有实用价值。

3.1 ROF系统中的关键技术分析

用光学的方法生成毫米波，具有便捷、易调节和便于与光纤传输系统集成的优点，是国际上ROF技术研究中一个非常有吸引力的方向。目前从事该课题研究的主要有日本、韩国及欧美的一些国家，其研究重点主要集中在基站和中心站间的毫米波产生和传输技术[9]。目前，在毫米波ROF技术研究方面国外提出的比较有价值的方案大致有四种:直接调制技术、上下变频技术、光自外差技术、电吸收收发器技术。

3.1.1 直接调制技术

直接调制技术的原理就是用毫米波副载波直接调制光波。一般光波的调制方法主要分直接调制和外调制。直接调制虽然简单，但不能保持激光器频谱稳定，而且无法工作在10GHz以上，所以不适合用于毫米波调制。外调制采用独立的光源和调制器，发光器件和光调制器都能够工作在最佳状态，同时外调制器可以工作在更高的频段。

图3.1 直接调制技术系统结构

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外调制技术方案是在CS中用基带信号调制毫米波副载波，然后再用光调制器把己调毫米波信号调制到光波上。图3.1是采用外调制法的系统结构，CS中将毫米波本振源的输出信号一分为二，一路先经过毫米波调制器与基带信号混合，成为携带基带信号的已调毫米波(59.6GHz)，然后通过电吸收光调制器(EAM)对光波（波长λ1）进行强度调制，另外一路纯净的毫米波(57GHz)通过电吸收光调制器(EAM)对光波（波长λ2）进行强度调制。基站中通过解波分复用器将接收到的两个波长的光波分路，用高速的光探测器对携带基带信号的一路（波长λ1）光波进行检测，就直接生成已调毫米波信号(59.6GHz)。另外一路（波长λ2）光波用作BTS上行光源，通过电吸收光调制器(EAM)用接收到的来自无线用户的毫米波信号(59.6GHz)对携带57GHz副载波的光波进行调制的同时，已经将59.6GHz信号变成了光波上携带的2.6GHz信号，，然后经过光纤传送回中心站。

直接调制技术的一个主要问题是所产生的光双边带信号(DSB)在光纤传输过程中会受到光纤色散的影响。假设使用非色散位移单模光纤，高于1300nm的光DSB信号在长距离传输过程中，其下边带(LSB)滞后于上边带(USB)。而在基站光信号接收端，LSB和USB波分别携带的毫米波副载波分量，经平方律探测器产生差拍，差拍产生的毫米波信号沿光纤轴线呈周期性的衰落。总的来说，外调制技术具有结构简单的优点，但光纤色散影响较严重，调制深度不高，有非线性响应。另外从经济角度考虑，中心站需要毫米波本振和毫米波调制器，尤其是基站也需要使用毫米波段的光调制器，这些器件都是相当昂贵的，不利于实际系统的推广。

3.1.2 上/下变频技术

上/下变频技术在中心站中使用中频信号(1-3GHz)作为副载波，数据信息调制在中频信号上，已调制的中频信号再直接调制光波[10]。基站中需要毫米波本振源，进行中频信号的上变频和毫米波信号的下变频，分别应用于基站的下行链路和上行链路。实现上变频和下变频有两种不同的技术，既可以在电信号域实现，又可以在光信号域实现，如图3.2所示。

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图3.2 上/下变频技术ROF系统结构图

图3.2(a)是以电的方式实现上下变频的系统结构，在基站中经探测器直接提取中频副载波，并与基站中的毫米波本振源直接混频，将中频副载波上变频到毫米波频段。图3.2(b)是以光的方式实现上下变频，在基站中不使用电的毫米波本振源，上/下变频所需要的毫米波载波用一个前向反馈光场调制模块产生。这个光模块包括了两个独立的相位噪声相关的激光器，用两路光波差拍生成的低相位噪声的毫米波信号作为上/下变频的本振信号。

上/下变频技术使得光纤链路中传输的是中频副载波信号，因而受光纤色散的影响小，但缺点是变频效率不高，基站中需要毫米波本振和毫米波混频器，或者需要两个激光器差拍得到毫米波信号，使基站设备非常复杂。

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