光载毫米波无线电通信技术的现状与发展

随着信息通信技术在经济、社会各个领域的广泛应用，信息通信技术成为当今世界发展速度最快、覆盖范围最广、渗透性最强、应用最广泛的一个高新技术领域，它是推动全球信息通信业发展的主要驱动力量。信息通信不仅能够减少经济活动的交易费用，大大降低社会运行成本，而且能够促进知识的传播和信息的共享，改善人民的生活质量，对于一个国家国民整体素质提高和经济社会的长远发展具有极其重大的现实意义。

当今世界，基于波分复用(WDM)技术的光纤通信网络已经成为高速、大容量信息网络发展的理想有线平台。国际上的跨国公司竞相开展了基于WDM技术的太比特级信息传输试验，目前已经实现10.9 Tb/s的传输。网络光纤化的重点从长途骨干网，然后转向中继网和接入网的馈线段，目前正在逐渐向配线段延伸。中国长途网的光纤化比例目前已高达82%。然而，随着光纤逐渐向用户推进，光纤化的代价变得越来越高。除非技术上有重大突破，光纤到家、到用户将是一项十分艰巨的任务。就中国来说，光纤到楼、光纤到小区和光纤到路边是中近期的比较现实的目标。另一方面，由于方便、个人化和无处不在的特性，无线接入成为信息时代的宠儿，发展十分迅猛，成为全球通信网络发展的另一个重要方向，是目前全球范围内最吸引人的一个热点问题。移动通信由目前的数字话音服务的2.5G向实现视频、多媒体服务的3G、B3G甚至4G、5G的高速、宽带业务发展。而各种新业务和宽带无线接入技术的不断涌现，如流媒体业务、射频标识(RFID)、传感器联网、WiMAX、本地多点分配业务(LMDS)等，要求网络能够安全、灵活、无所不在地、大容量地提供综合服务。如图1所示，未来无线通信的发展趋势是高速率、高移动性以及不同无线网络之间多业务的无缝连接。但是，无线网络的快速发展面临着诸多问题，典型地有：现有无线接入网的兼容性问题、数据的速率(特别是移动情况下)仍然是无线通信的"瓶颈"问题以及现有网络如何平滑地过渡到下一代无线网络等。

纵观各种通信技术和业务需求的发展方向，实现宽带化、无线化、个人化、分组化以及多业务网络的融合成为全球通信网络的发展目标使得宽带无线信号和载波频率向高频毫米波(如40～60 GHz)扩展的需求日益迫切。将光的大带宽优势和毫米波无线接入的灵活性结合起来的毫米波光载无线(MM-RoF)系统具有体积小、重量轻、成本低、损耗小、抗电磁干扰及传输质量高等优点，可解决传统微波传输系统在毫米波段存在的损耗大、抗干扰能力弱等问题，克服了毫米波电子器件的电子"瓶颈"等问题。此外，MM-RoF利用光纤技术将光纤网络的巨大容量和无线接入网络的适应性与移动性有机结合，可综合传送各种无线业务信息，为宽带无线网络提供"最后一公里"无缝接入，以实现真正意义的"任何人、任何时间，于任何地点，以任何形式通信"的需求。

下一代宽带无线通信系统体系结构如图2所示。结构主要是由分布式天线网络(DAN)、分布式信号传送网络(DTN)、分布式信号处理网络(DPN)和分布式核心网络(DCN)共同组成，其中DTN、DPN和DCN这些涉及到毫米波的信号处理和传送网络都可以通过光纤系统的光集成器件和技术进行无线信号的处理和传输，光纤传输能实现现有电缆无法满足宽带无线信号传送的带宽要求和传输质量。预计到2010年，超过80%的毫米波无线信号基于光纤技术传送。而DAN部分的天线系统采用基于光控波束形成的智能天线可以克服宽带、大容量电控天线电子处理无法避免的"瓶颈"问题，成为数10 GHZ以上无线天线系统理想的方案，其应用前景广阔[1-3]。

1、光载毫米波无线电通信技术的现状

目前，MM-RoF技术已经成为美国、欧盟、日本、澳大利亚等许多国家的信息研究机构、大学面向应用的前沿研究热点；中国则主要有清华大学、北京大学、北京邮电大学、上海交通大学、浙江大学、中国电子科技大学、上海大学、华中科技大学等的一批科研院所开展相关的研究。为了有效利用光纤带宽资源，实现宽带多业务网络系统、无线网络与有线网络无缝连接，对支持宽带无线多业务的MM-RoF系统的研究越来越受到人们关注[4-23]。比较典型的有：

美国乔治亚州技术学院在2005年报道了波分复用-无源光网络(WDM-PON)与宽带MM-RoF无线接入系统的无缝连接研究。其方案利用高非线性色散位移光纤产生的拉曼相关四波混频效应，实现了8×2.5 Gb/s波分复用(WDM)信号的全光上变频为40 GHz微波副载波信号；同时为克服光纤色散的影响，采用了单边带滤波技术，实现了大于20 km的MM-RoF系统传输。该学院于2007年又报道了一种新型全双工RoF系统