超宽带光载无线系统及其关键技术

在电路上直接设计和制作高性能的毫米波信号发生器已经十分困难，在电路上实现对毫米波信号进行各种调制格式的高速数字调制则更加困难，因而研究光学毫米波高速数字矢量信号调制和解调器件有着十分重要的意义。本文提出一种全光矢量DPASK/QAM调制技术，并应用在RoF系统，系统结构框图如图1所示，光载波先经马赫-曾德调制器(MZM)调制射频时钟，此处MZM工作在推挽状态实现载波抑制双边带调制。梳状滤波器将载波抑制后的上下边带分别分开，使上下边带相向通过电光相位调制器(EOPM)。由于EOPM对方向敏感，于是不同方向的光信号所获得的相位偏移不同，这就使得正向通过的上边带的相位变化正比于EOPM上所调制的相位信号，而反向通过的下边带的相位偏移则正比于EOPM上所调制的电信号的平均功率。经两个光环行器后，上下边带被耦合器成一路再进行幅度信号的调制。在接收端经光电二极管差拍后可得到DPASK信号。若EOPM上所加电压为一定比例的相位信号与幅度信号之和时，则可产生圆QAM信号。当在光纤中传输时，为了抗色散，相位信号需要预先进行差分编码。

调制码型是光载无线系统的一项关键技术。用电光相位调制器直接产生调相的信号需要特殊的器件如马赫泽得干涉仪来解调。本文提出一种产生毫米波调相的方法，如图3所示，其中解调与调幅信号完全一样。马赫-曾德调制器偏置在传递函数最低点实现光载波抑制以产生两个边带。用梳状滤波器分离然后分别正向和反向通过电光相位调制器。由于电光相位调制器的正反两个方向调制效率有差异，当电光相位调制器受到外加数据信号的调制时，正向通过和反向通过的两个边带会有不同的相移，这个相移差会受到外加数据信号的调制。这两个边带耦合到一起进行光电转换后，产生的毫米波其相位就是两个边带间的相位差，因而产生的了调相的毫米波信号。

毫米波光载无线系统由于其较高的载波频率从而能够提供吉比特速率的无线接入。这种技术兼有光纤高带宽透明传输和无线通信移动性和灵活性的特点而倍受关注。由于用户需求和业务的多样性，未来的宽带接入系统要求能同时提供多种接入方式，包括固定有线接入和宽带无线接入。这就要求光载无线系统的设计也要力求能够同时承载多种不同的业务。基于这种趋势，本文提出了一种能够在一根光纤中同时传输3种不同业务，包括毫米波、微波和有线接入的光载无线系统。基本原理如图4所示。

由于RoF系统的传输带宽很宽，可以传送高达2.5 Gb/s的无线数据，因此完全可以实现无压缩高清电视的光纤传输和无线接入。系统框图如图5所示，该系统采用家用高清DVD节目源，通过对VGA端口输出的RGB信号采样，获得1.1 Gb/s的并行信号。该信号按照一定的格式编码，并通过同步的并串转换和8B/10B转换，产生便于光纤传输和恢复时钟的1.3 Gb/s串行信号。将该电信号放大后调制到第一级的MZM调制器上，得到的光信号再经过一级MZM调制器，在该调制器上使用微波源输出的16 GHz的射频载波，通过载波抑制归零码(CSRZ)的调制格式在光上实现二倍频，实现了32 GHz光载波的加载。经过光纤传输之后，进入光电探测器中检测，输出的带32 GHz载波的毫米波射频信号经过一个30 dB的Ka波段放大器放大后驱动角锥天线发射，角锥天线的增益为12 dBi。在接收端有一个同样的角锥天线，接收到射频信号再经过低噪声放大、混频和低通滤波后，恢复出原始的高清电视信号。

本文对基于全光矢量调制技术的光载无线系统、基于毫米波相移键控调制的全双工光载无线系统、多业务混合传送的光载无线系统和基于光载无线系统的高清电视业务传输平台进行了介绍和分析，上述方案可简化远端基站结构，降低系统传输成本并提高系统传输性能、频谱效率、覆盖区域和灵活性，实现超宽带毫米波无线接入与光传输技术的融合。

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