基于光纤无线融合的射频无源光网络

随着高清电视、立体电视、交互式多媒体游戏、虚拟现实以及远程办公等网络需求的增长，全球网络流量保持着爆炸性的增长速度[1-2]。据美国思科公司统计，2009 年产生的多媒体网络流量相当于时长约5 万年的DVD 质量的视频，而2012 年这一数据将达到2009 年的5 倍。这些数据都明确表明，多媒体接入网络扩容已经迫在眉梢。近年来，多媒体接入网络建设在世界各国的发展势头迅猛，美国、欧盟和日韩都已经提出了自己的宽带计划，中国工信部出台了"宽带中国"战略。

现有的多媒体业务接入技术主要分为无源光网络接入网络[3]和光载射频接入网络[4-5]，其中，无源光网络技术有着较好的服务质量(QoS)性能，但灵活性、移动性较差，无法满足用户端多样化的需求，而且光缆资源十分有限，增大覆盖范围的成本较高；光载射频接入技术虽然有着较好的灵活度和移动性，但其QoS 性能较差，缺少成熟的操作、管理和维护(OAM)，无法满足"宽带中国"计划对光接入网容量、多业务承载和融合及可信通信的高要求，故亟待发展能够满足宽带多媒体业务接入需求的下一代接入网技术。

本文针对动态灵活的宽带多媒体业务接入需求，融合无源光网络技术低成本、易管控和光载射频技术灵活度高、移动性好等优势，创新地提出了适合楼内/室内应用的基于光纤无线融合的射频无源光网络(RPON)。该系统通过光生毫米波和波分复用的方式，通过对多个远端无

线终端实行时分复用的动态时隙和带宽分配方式实现了每个光无线单元支持8 个远端无线终端的业务并发。该系统能够支持高清电视、交互式多媒体游戏等射频新业务应用，并带有QoS 管理、OAM 管理和设备管理系统(EMS)功能，能够满足未来"宽带中国"的技术需求。

1 基于光纤无线融合的无源光网络架构

RPON 系统旨在利用无源光网络承载毫米波无线通信信号，融合接入宽带移动视频、数据和语音业务。RPON 系统网络架构上保留WDM-PON 原有拓扑结构作为前段网络，并通过无线接入技术解决最后5~10 m 移动接入，其网络架构具备灵活的全业务接入能力。RPON 系统总体架构如图1 所示，其主要由局端的光无线终端(OWT)、用户端的光无线单元(OWU) 和远端无线终端(RWT) 以及光分配网络(ODN) 组成。RPON 系统使用频分的方式实现单向多播数据业务(如数字电视、立体电视等)和双向多媒体数据业务的合并传输。OWT 主要由综合业务接入网关和光生毫米波发射机组成，其中，综合业务接入网关采用频分复用的方式将各多播业务的流媒体数据包合并成光生毫米波发射机可接受的数据流；同时接收由RWT 发送的上行数据信号并进行解调。而光生毫米波发射机主要负责光载毫米波信号的产生。OWU 则负责下行光载毫米波信号的无线发射，同时还将上行用户数据注入电- 光转换模块并经ODN 上传到OWT。而RWT 负责接收下行毫米波信号并下变频后发送给用户，同时接收用户的上行业务数据并发送至OWU。 

图1 基于光纤无线融合的射频无源光网络架构

RPON 系统中无线接入信号下行波载波频率为60 GHz，上行载波频率为2.4 GHz；分别使用C/L 波段承载下/上行光波，并利用周期无热阵列波导光栅(AWG)实现双向波分复用。

C 波段下行信号的通道间隔为50 GHz，其中奇数通道承载宽带综合业务调制信号，偶数通道为闲频光，作为拍频光生毫米波之用；奇/偶两组波长光利用高相干宽谱光源进行光谱分割得到。

上行信号采用对应C 波段奇数通道的L 波段通道，间隔100 GHz；上行信号由局端多波长光源供光并在OWU 进行远程光调制后回传，具有"无色"特性。OWU 采用低成本低功耗设计方案，其中C 波段光纤下行奇/偶通道两两分波由行波光电探测器转换为60 GHz 的毫米波信号并由天线发送；天线接收上行2.4 GHz 射频信号并调制驱动局端L 波段供光产生上行光信号，经由光纤回传。需要强调的是，在上行方向( 从RWT 到OWT)，各OWU 通过波分复用方式共享光纤媒质，RWT 通过OWU 向OWT发送带宽分配请求信令，在得到OWT分配的上行时隙之后，RWT 将承载业务的射频信号发送至OWU，OWU 将光载射频信号经ODN 发送到OWT 完成上行传输。在该系统中，局端OWT下行数据速率能达到1 Gb/s，OWU 上行数据速率1 Gb/s，能够支持业务类型包括语音、网络电视(IPTV)、高清电视、立体电视、交互式多媒体游戏、虚拟现实以及远程办公等等，接入业务并发数大于8 个，并具备可扩展性，同时OWT 还支持GE 接口，并支持OAM 和EMS，故整个RPON 网络可管可控。

2 RPON 系统关键技术

2.1 光生毫米波技术

现有的光生毫米波技术有如下几种方案[6-10]：利用光纤或器件的非线性效应实现光生毫米