超宽带光载无线系统及其关键技术

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。

在中心局，一方面，光源提供的光载波一分为二，一部分直接加载数据信号作为有线接入的光载波，另一部分采用副载波调制用来承载无线业务，然后分别调节两路信号的偏振方向至正交状态，采用偏分复用的方式复用到一根光纤中传输。由于两个正交的偏振态独立传输互不影响，在用户接收端，将两个正交的偏振态分离，分别用来提供有线接入和无线接入。另一方面，用来承载无线业务的光载波经过马赫-曾德调制器上变频，马赫-曾德调制器偏置在传输函数最低点以实现光载波抑制，并将驱动的微波信号放大至合适值，利用调制器的非线性产生高阶边带，其中五阶和五阶以上的边带可以忽略，而正负一阶和三阶边带用梳状滤波器分开，一路光仅含正负一阶边带，另一路仅含正负三阶边带，这样便产生了重复频率为本振的二倍和六倍的光生微波及毫米波信号。它们分别可以用来承载不同速率的接入业务。然后耦合至同一光纤中传输，在基站处再用梳状滤波器将其分开。其中六倍频的光生毫米波可以用来提供高速的无线业务，但由于毫米波在空气中的衰减其覆盖范围受限，二倍频的光生微波可以用来提供较低速率的无线业务，但其覆盖范围较广，可以用来覆盖毫米波接入的盲区，从而弥补其不足。

在基站需要将3种业务分离，分别传递给不同用户。首先用偏振分束器可以将传输有线业务的基带信号分离出来，直接提供给固定用户。然后用梳状滤波器将承载两种不同频段的无线业务的光毫米波和微波分离，分别用于无线接入。

在实验中，5.8 GHz的微波驱动信号经过带宽为10 GHz的光电调制器和25/50 GHz的光梳状滤波器，全光产生11.2 GHz的微波信号和34.8 GHz的毫米波信号，并在34.8 GHz毫米波上成功演示了1.25 Gb/s高速数据的光纤和无线传输。其中，光毫米波信号在光纤中传输25 km，功率代价小于1.5 dB。毫米波信号在空气中传输2 m，功率代价小于2 dB。

4 高清电视业务传输平台的展示

 

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。

由于经过多次调制和无线传输，信号产生了一定的抖动和重叠，将该信号经过一个频率可自适应的转发器，使信号得到定时再生和放大，经过和上述流程相反的格式转换和串并转换，恢复成原来的RGB信号。实验测试结果表明经RoF链路传输的信号稳定、清晰，与不经过光链路的高清电视相比几乎没有差别，误码率达10^-12以下。

 

高清电视业务传输系统的优点和应用前景如下：

采用通信中未使用的30 GHz左右的毫米波频段频率能够避开现有的十分紧张的低端无线频率资源。由于该频段衰减较大，适合短距离传送信号，对远距离同频信号干扰小。
传输带宽大，在30 GHz附近有6～7 GHz的带宽适用于传输信号，由于可用带宽高，可以使用较为简单的调制方法，且有传送更高速率信号的潜力。
随着高清电视节目的普及，越来越多的视频信号采用高清的标准进行采集。采用该方案可以很方便地将前方高清摄像机拍摄的视频信号传回后方处理，在家庭环境中可以灵活方便的播放高清，甚至未来的超高清电视节目。

5 结束语

 

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，