动态可重构的智能光载无线接入技术

知方法：我们采用压缩采样理论这一新颖的信号处理手段，利用微波信号在频谱上高度稀疏的特性，通过低速ADC 采样实现了对宽带微波信号频率测量。

4.2 全光模数转换器

模数转换器(ADC) 是一种将模拟信号转换为数字信号的重要器件，是实现信号在高速通信网路中传输，以及实现信号储存、处理的前端器件。如图7 所示为应用ADC 的数字ROF系统。和传统的ROF 系统相比，数字ROF 系统在CO 不需要混频以及本振源，并且对光链路的线性度以及链路增益要求不高，从而可以利用现有光接入网来实现传递射频(RF)信号。为了克服传统电域ADC 的内在的局限性，Henry F.Taylor 于1979 年提出了全光模数转换器(AOADC) 的概念。全光ADC，其抽样、量化和编码都在光域进行，近年来备受各国科学家的重视。目前全球相关研究大都基于光纤实现数模转换，然而为了获得更高分辨率的模数转换，要求光脉冲有很大的光功率，从而能耗较高，不符合光器件向" 绿色节能"的方向发展；另一方面，由于是基于光纤的，以上的量化编码方案不利于集成，不符合光器件向集成化的方向发展。为了使全光量化编码器向低能耗、光子集成、高速率以及高分辨率的方向发展，我们提出了一种利用半导体光放大器(SOA) 中的非线性偏振旋转(NPR)效应来实现全光ADC 的方法[7]，其原理结构如图8 所示。模拟信号被抽样信号抽样之后变成抽样光脉冲，随后被分成N 份，输入到由N 个基于NPR 效应的量化编码单元组成的量化编码矩阵。每一个基于NPR 效应的量化编码单元由两个级联的偏振开关(PSW) 组成，如图8(d) 所示。其中PSW1 实现预量化编码，由于随着抽样光脉冲强度的增强，PSW1 的SOA 中更多载流子被消耗，因而造成其输出光功率下降，为了保持强度不同的抽样光脉冲在量化编码单元中所获得的增益一致，PSW1 之后级联另外一个偏振开关PSW2，其作用是实现增益的动态补偿。8(b)所示为量化编码单元的传输函数，图8(c) 所示为相应的编码输出，预量化编码和增益动态补偿相结合的方式可以很好地实现量化编码。由于SOA 的增益恢复时间在皮秒级别，因而基于NPR 效应的全光ADC，其转换速率可以达到几百Gs/s(Giga-Samples Per Second)。

图7 应用ADC 的数字RoF 系统

图8 一种利用SOA 中的NPR 效应实现全光ADC 的方法

4.3 微波光子滤波技术

微波光子滤波器(MPF) 是在光域内实现对微波/射频信号进行滤波的器件。由于微波光子滤波器在射频系统中具有带宽大、快速可调谐、可重构、无电磁干扰(EMI)、低损耗和重量轻等优点，因而这一类器件已经引起了人们的兴趣。如果在中心站光电变换之前加入微波光子滤波器，就可以大大减小对基带信号处理模块的性能和复杂度要求，避免了电子器件在处理高频信号上带来的" 瓶颈"问题，并降低了器件成本。

相对于有限冲激响应(FIR) 滤波器来说，把耦合器的一个输出端和输入端相连即构成了光纤环延迟线。光信号每经过一次环形器就产生T延迟，理论上，光信号会无限次经过光纤环形器，所以采样数接近无限。如图9 所示，可以利用光子晶体取代光纤环制作微波光子滤波器，利用光子晶体波导分束器作为耦合单元，利用慢光波导作为延迟单元。相对于光纤环，光子晶体具有更好的慢光特性，可以显著减小器件尺寸。

 
图9 IIR 微波光子滤波器结构示意图 

4.4 智能天线技术

智能天线的基本原理是通过改变各天线单元的权重在空间形成方向性波束，主波束对期望用户的信号进行跟踪，在干扰用户的方向形成零陷[8]。因此，波束赋形是智能天线中的关键技术。而电磁带隙结构(EBG)是周期排列的结构，具有两个重要特性，表面波带隙和反射相位带隙[9]，利用两个特性有利于提高波束的定向性，从而实现波束赋形。

共面紧凑型电磁带隙(UC-EBG)结构由于不需要过孔，相对其他类型EBG 结构更易于加工制造。印刷的EBG 结构表面很高的表面阻抗，截断了电流的传播，同时对于入射的平面电磁波具有同相反射特性，将此种性能的结构应用于系统相当于引入一个人工磁壁。通过合理设计，EBG 结构还可以多频工作，如利用分形结构的自相似特性，在共面型EBG 结构中引入分形，可得到多个带隙[10]，该结构可对天线的多个工作频段性能同时进行改善。图10(a) 为UC-EBG 结构，该结构引入了一级分形，通过对该结构进行交叉排列，得到图10(b)所示的禁带。由图10(b)可知，电磁波在介质基板中不能有效传播，这一方面使能量更加集中地从天线辐射出去，提高了天线的定向性；另一方面，由于表面波被抑制，天线方向图的波纹减小了，这两者都有助于波束赋形。

图10 EBG 在天线