基于光纤无线融合的射频无源光网络

波，采用激光器直接调制方式实现光生毫米波，双波长光外差方式实现光生毫米波，基于外部调制器实现光生毫米波。但这些方案中数据和高频率载波混频的效率都很低。为了解决这些问题并结合本系统的特点，本文提出并实现了两种光生毫米波技术：

2.1.1 基于多波长高相干光源的光生毫米波技术

如图2 所示，此方案采用10 GHz脉冲激光做种子光源，利用高非线性光子晶体光纤的非线性效应产生超连续谱激光，使用N 对中心波长分别为{λi ，λi +Δλ} 的光纤布拉格光栅(FBG) 做光谱分割，得到N 对间隔为Δλ的光边带序列。选出的光毫米波双边带序列通过解复用器分成N 个信道，可分别加载各个通道所承载的多媒体业务。其中，间隔为100 GHz的奇数波长经阵列波导光栅分离后，加载业务；而偶数波长光源作为闲频光，与加载了信息的奇数波长耦合后入纤传输。此方案主要有以下几个有点：

(1)超连续谱的宽度横跨C 与L 波段，且在带宽达到标准时，光谱的平坦度仍能保持。虽然产生的超连续谱信号功率较低，但本方案使用了大功率的C+L 波段掺饵光纤放大器，放大后仍可以保持良好的相干性。
(2) 本方案采用L 波段光源作为上行载波，从而避免了光纤端面反射以及受激布里渊散射的影响。
(3) 由于本方案采用高相干性双载波承载毫米波，可最大限度的抑制链路中色散以及非线性效应的影响。此外，本方案采用偏振控制技术保持了双载波间的相干性，从而减小了拍频后所产生的相位噪声。

图2 基于多波长高相干光源的光生毫米波技术 

2.1.2 基于光载波抑制的光生毫米波技术

此方案中光源采用N 路100 GHz间隔多波长激光器，利用30 GHz 射频源驱动处于半波电压偏置点的马赫-曾德尔调制器(MZM)产生60 GHz 间隔的载波抑制信号，并采用交织器进行奇、偶边带分离，同时进一步抑制光载波。然后在偶边带上调制各个波长所承载的多媒体业务。基于光载波抑制(OCS) 的光生毫米波技术示意图如图3 所示。与基于多波长高相干光源的光生毫米波技术的方案相比，本方案技术更为成熟，系统稳定性高。但还是存在一些缺点：

(1) 此方案采用多波长激光器作光源，成本较高。
(2) 通过一个调制器的光载波抑制效应实现毫米波的产生，相对于多个法布里- 珀罗(FP) 腔滤波器，方法更为简单，技术更为成熟，性能更为稳定。但此方案使用了25 GHz 的射频源，而且成本较高，体积偏大，不利于集成。
(3)采用的光载波抑制技术，在获得正负一阶边带的同时，必然激发出2 阶以及高阶边带，这会使得毫米波间有一定互扰。

图3 基于OCS 的光生毫米波技术 

2.2 光纤远端射频光收发技术

2.2.1 毫米波无线链路-发射机系统

OWT 内的无线链路发射机由射频块、基带块、功率/控制块和天线构成。其中射频块由发射机模块、功率放大器模块和锁相振荡器(PLO) 构成。结构如图4 和图5 所示。发射机模块使用了0.1 μm 门电路磷化铟(InP) 单片微波集成电路(MMIC)，它包括倍频器、振幅偏移键控模块和放大器。由PLO 产生的15.625 GHz 信号在MMIC 中经3 级倍频得到125 GHz。我们利用功率放大(PA) 模块将发射机的输出功率增加到10 mw。PA MMIC在125 GHz 处具有10 dB 左右的增益。两个MMIC 都被集成到波导模块包上。基带块由光- 电转换器(O/E)、时
钟和数据恢复(CDR) 电路、时钟发生器和限制放大器构成。从光纤进入的数据通过O/E 转换器被转化成电信号，然后进入CDR 电路和限制放大器。时钟发生器产生4 种频率作为CDR 电路的参考时钟。在发射机和接收机中，功率/控制块将外部直流电转化为可用于元件的电压，同时它可以监控系统参数，例如电压、电流、温度和湿度。

图4 毫米波宽带发射机的结构图

图5 毫米波宽带波导发射模块

2.2.2 毫米波无线链路-接收机系统

OWT 内低成本接收机结构图如图6 所示，接收机中，射频块由MMIC接收机模块构成，接收机模块包括低噪声放大器(LNA)和解调器。接收机MMIC 集成到一个波导模块包上。经过受限放大器的解调信号进入CDR电路和电- 光转换器(E/O)，最后输出到外部光纤中。自动增益控制(AGC) 电路用于监控解调信号和控制低噪声放大器的门电压，这样额外的功率就无法进入放大器从而避免了超载。

图6 60 GHz 带宽接收机的结构图

3 RPON 系统的网络控制与管理维护

RPON 系统的协议分层以及与ISO/IEC OSI 参考模型之间的关系如图7 所示。RPON 系统中的OWU 不具备网络层处理功能，其只需在物理层完成光- 电- 光的转换与传送，这也使得RPON 的协议控制更加灵活与便捷。在RPON 系统中OWT 和OWU 为波分复用方式的