為了滿足日益增長的對高速數據、圖像和多媒體業務的需求，寬帶接入技術受到廣泛的關注。目前，基于銅線的寬帶接入技術(如不對稱數字用戶線(ADSL)、甚高速數字用戶線(VDSL)等)已經接近其所能提供的最高速率。隨之光載無線(RoF)概念被提出來，用來在光纖無線接入網絡中提供固定和移動雙重寬帶業務接入。RoF技術不僅僅局限于現有微波波段，更高頻率的毫米波段(30～300 GHz)以及超寬帶無線信號(UWB)的應用更能體現出RoF技術的巨大潛力和優勢。
RoF技術通過光纖鏈路在中心局(CO)和遠端基站(BS)之間實現無線射頻(RF)信號(包括毫米波段)的分發。RoF技術在簡化遠端基站的同時，也可以在中心局實現功能的集中、器件設備的共享以及頻譜帶寬資源的動態分配，從而大幅度降低整個寬帶無線接入系統的成本。在傳統的無線通信系統中，大部分射頻信號處理功能是在基站中通過電信號處理器來完成，從而受到諸多成本和帶寬的限制。RoF系統中功能集中化的配置和光電域的轉換使得在中心局完成一些全光射頻信號的處理功能成為可能，如光生毫米波、復雜碼型的全光矢量調制(如正交幅度調制(QAM)、差分相移鍵控(DPSK)、UWB信號等)、全光頻率變換或混頻、微波光子濾波和頻譜交叉復用等。與傳統的電信號處理方法相比，全光射頻信號處理的優勢在于高帶寬、低損耗、抗電磁干擾、可并行處理、高采樣頻率等。因此，研究超寬帶無線信號(包括毫米波信號)的全光處理及光纖傳輸技術對于未來低成本、高性能商用超寬帶光纖無線接入系統的設計與應用具有重要意義。上述關鍵技術的突破可以簡化遠端基站結構，降低系統傳輸成本并提高系統傳輸性能、頻譜效率、覆蓋區域和靈活性，實現超寬帶毫米波無線接入與光傳輸技術的融合[1-10]。
1 基于全光矢量調制技術的RoF系統
在圖2中為了便于觀察，相位信號為一個2 GHz的時鐘信號。根據曲線的光滑性，由圖2可見，上邊帶信號同時包含了相位與幅度信號，而下邊帶只含有幅度信號。
2 基于毫米波相移鍵控調制的全雙工RoF系統
全雙工是未來接入系統的趨勢。結合以上產生毫米波調相的方法，本文提出簡單可靠的全雙工設計。此方案主要基于半反射的光纖光柵(反射率50%)。產生的毫米波調相信號兩個邊帶其中一個的波長與半反射光柵的中心波長一致，透射光譜除了一個邊帶減小了3 dB以外基本沒有變化，而反射光譜用環形器分離后即可作為上行信號光載波。通過一個低插損的強度調制器加載上行數據。這樣便實現了無源基站的全雙工操作。
3 多業務混合傳送的RoF系統
在中心局，一方面，光源提供的光載波一分為二，一部分直接加載數據信號作為有線接入的光載波，另一部分采用副載波調制用來承載無線業務，然后分別調節兩路信號的偏振方向至正交狀態，采用偏分復用的方式復用到一根光纖中傳輸。由于兩個正交的偏振態獨立傳輸互不影響，在用戶接收端，將兩個正交的偏振態分離，分別用來提供有線接入和無線接入。另一方面，用來承載無線業務的光載波經過馬赫-曾德調制器上變頻，馬赫-曾德調制器偏置在傳輸函數最低點以實現光載波抑制，并將驅動的微波信號放大至合適值，利用調制器的非線性產生高階邊帶，其中五階和五階以上的邊帶可以忽略，而正負一階和三階邊帶用梳狀濾波器分開，一路光僅含正負一階邊帶，另一路僅含正負三階邊帶，這樣便產生了重復頻率為本振的二倍和六倍的光生微波及毫米波信號。它們分別可以用來承載不同速率的接入業務。然后耦合至同一光纖中傳輸，在基站處再用梳狀濾波器將其分開。其中六倍頻的光生毫米波可以用來提供高速的無線業務，但由于毫米波在空氣中的衰減其覆蓋范圍受限，二倍頻的光生微波可以用來提供較低速率的無線業務，但其覆蓋范圍較廣，可以用來覆蓋毫米波接入的盲區，從而彌補其不足。
在基站需要將3種業務分離，分別傳遞給不同用戶。首先用偏振分束器可以將傳輸有線業務的基帶信號分離出來，直接提供給固定用戶。然后用梳狀濾波器將承載兩種不同頻段的無線業務的光毫米波和微波分離，分別用于無線接入。
在實驗中，5.8 GHz的微波驅動信號經過帶寬為10 GHz的光電調制器和25/50 GHz的光梳狀濾波器，全光產生11.2 GHz的微波信號和34.8 GHz的毫米波信號，并在34.8 GHz毫米波上成功演示了1.25 Gb/s高速數據的光纖和無線傳輸。其中，光毫米波信號在光纖中傳輸25 km，功率代價小于1.5 dB。毫米波信號在空氣中傳輸2 m，功率代價小于2 dB。
4 高清電視業務傳輸平臺的展示
由于經過多次調制和無線傳輸，信號產生了一定的抖動和重疊，將該信號經過一個頻率可自適應的轉發器，使信號得到定時再生和放大，經過和上述流程相反的格式轉換和串并轉換，恢復成原來的RGB信號。實驗測試結果表明經RoF鏈路傳輸的信號穩定、清晰，與不經過光鏈路的高清電視相比幾乎沒有差別，誤碼率達10-12以下。
高清電視業務傳輸系統的優點和應用前景如下：
采用通信中未使用的30 GHz左右的毫米波頻段頻率能夠避開現有的十分緊張的低端無線頻率資源。由于該頻段衰減較大，適合短距離傳送信號，對遠距離同頻信號干擾小。傳輸帶寬大，在30 GHz附近有6～7 GHz的帶寬適用于傳輸信號，由于可用帶寬高，可以使用較為簡單的調制方法，且有傳送更高速率信號的潛力。
隨著高清電視節目的普及，越來越多的視頻信號采用高清的標準進行采集。采用該方案可以很方便地將前方高清攝像機拍攝的視頻信號傳回后方處理，在家庭環境中可以靈活方便的播放高清，甚至未來的超高清電視節目。
5 結束語
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