面向2G/3G/4G/WLAN融合接入应用的光载无线分布式天线

率响应如图3所示。端到端的ROF链路增益是-34 dB，3 dB带宽是4.3 GHz，能够满足面向2G/3G/4G/WLAN四网融合接入应用的光载无线分布式天线网络需求。

图3 光收发模块的频率响应

2 光损耗对传输性能影响的分析

ROF系统与分布式天线网络(DAS)的结合，可以扩大覆盖面积，提高系统容量，应用于多种场所，如机场、商场、智能楼宇等。这种方法可以大大减少远端天线单元的复杂性，并实现系统的集中式管理。然而，ROF链路中存在很多噪声，光学损耗衰减了射频信号功率同时增加了噪声指数(NF)，使得信号被噪声淹没。

光载无线系统中的光损耗主要来自于网络中的光学器件。在使用波分复用(WDM)技术的光载无线分布式天线网络的星型拓扑结构中，阵列波导光栅(AWG)具有很大的插入损耗^[5]。在其他的总线型或树型结构中，光耦合器和光分插复用器(OADM)也将引入大量的光损耗^[6]。如果拓扑结构较为复杂，且没有采用光放大器，光纤传输的信号将被衰减到一个较低的水平，被光纤链路中的噪声淹没。因此，研究光损耗对光载无线分布式天线网络传输性能的影响，具有十分重要的意义。本文研究了光损耗对光载无线分布式天线网络传输的Wi-Fi信号的影响，系统结构如图4所示。

AP：接入点
BDA：双向放大器
E/O：电光转换
LNA：低噪放大器
O/E：光电转换
PA：功率放大器
RF：射频
SMF：单模光纤
图4 研究光损耗对光载Wi-Fi信号影响的系统图

项目使用改造的WLAN接入点(AP)设备作为Wi-Fi信号源。从AP产生的射频信号经光收发模块调制到光载波，在单模光纤(SMF)中传输100 m后，在远端经光收发模块转换为电信号，经功率放大器(PA)放大后，从天线辐射出去。对于上行链路，因为接收信号太弱，它首先由40 dB增益的低噪放大器(LNA)放大，然后调制到光载波上并被传送到AP端。为了补偿光电和电光转换的损耗，光收发模块中的功率放大器增益设置为27 dB，使得光链路的整体增益为0 dB。基于此系统，项目研究了上、下行链路的光损耗容限。

(a)下行链路
(b)上行链路
RIN：相对强度噪声
SNR：信噪比
图5 仿真信噪比和实际吞吐量与光损耗的关系

上行、下行链路中仿真信噪比和实际吞吐量与光损耗的关系如图5所示。测量结果表明，下行链路的光损耗容限可以达到20 dB以上。此外，当光损耗超过23 dB时，测得的吞吐量将迅速下降5 Mb/s，这是由触发开关引起的。因为射频功率太低，无法触发射频开关，所以下行链路的光损失容限要高于测量结果。此外还测量了上行链路的光损耗容限，当光损耗低于25 dB时，数据的吞吐量保持在24 Mb/s附近，而随着光损耗的增加，吞吐量跳变到18 Mb/s。实验结果符合ROF系统中理论仿真的27 dB光损耗容限。

3 受激布里渊散射对传输性能影响的分析和抑制

光纤中受激布里渊散射(SBS)效应所带来的负面影响限制了光纤输入端口所能够容忍的最大输入光功率，当输入光功率超过SBS阈值一定程度时，就会产生功率饱和效应，导致接收端口难以获取相应的光功率，并且SBS会导致接收信号的噪声急剧增大，导致链路性能的恶化^[7]。因此在ROF分布式系统中需要抑制SBS效应的不利影响，这就要求熟悉SBS效应的产生机理，并对其增益谱和损耗谱有更深入的认识。

本文提出了一种基于菲涅尔反射和抑制载波调制的SBS增益谱/损耗谱的测量方法^[8]，具有高精度、单端测量等优点，结构如图6所示。可调谐光源(TLS)产生线宽低于300 kHz的直流光，微波源产生频率可控的微波，并以载波抑制(OCS)的方式调制到光载波上。通过控制微波的频率可以得到频率间隔可调的双边带信号，经放大后，进入到被测光纤。由于光纤端面会产生菲涅尔反射现象，反射光将背向进入到被测光纤。这两部分光在被测光纤中逆向传输，当双边带的频率间隔正好等于被测光纤的布里渊频移，并且前向泵浦光功率高于SBS阈值的时候，就会出现SBS效应。泵浦光的上边带对探测光的下边带有放大作用，而泵浦光的下边带对探测光的上边带有衰减作用。因此只要通过调节微波源频率，并且分别检测上下边带的光功率，就可以很容易的得到SBS的增益谱和损耗谱。

EDFA：掺铒光纤放大器
FBG：光纤布拉格光栅
MZM：马赫曾德尔调制器
PC：偏振控制器
TLS：可调谐光源
图6 基于菲涅尔反射的SBS增益谱/损耗谱测量结构图

用这种测量方法，分别得到了20 km标准单模光纤(SSMF)和2.7 km高非线性光纤(HNLF)中SBS效应的增益谱和损耗谱，如图7所示。图7(a)给出了TLS波长为1 552.84 nm时的SBS增益谱，从谱线形状来看，实验结果很好的吻合了理论上的洛仑兹线型，并且不同泵浦功率对应的布里渊增益系数峰值也不同。同样，当TLS波长调到1 552.71