摘要：下一代接入網需要實現高帶寬和低成本的便攜性，基于寬帶光通信和無線接入的無縫融合的毫米波光載無線(RoF)通信技術被認為是一個很有前景的解決方案。但是由于其實現成本較高，需要對其系統結構進行相應優化。在毫米波光產生部分，光外差法可利用低頻信號源產生高頻的毫米波信號，同時采用對半導體激光器的注入鎖模可以提高其利用效率。在下行鏈路中，使用單邊帶調制可以提高光傳輸距離，而基于注入鎖模半導體激光器的單模調制(單邊帶調制)是一種較為簡單的方案；上行鏈路中，采用對于光外差信號的調制，可以實現上行毫米波信號的直接光學下變頻，從而簡化中心站接收機系統結構。在波分復用毫米波光載無線雙向系統中，利用上下鏈路的波長重用可以節省波長資源，提高系統使用效率。

近年來，由于無線通信的便攜性，移動通信在全球通信市場上發展迅速，并逐步占據了整個市場份額的一半以上。而隨著高速互聯網和高清電視等寬帶多媒體業務的推廣和發展，未來的無線通信將需要提供更大的通信帶寬，并保證每個用戶的低成本接入。在這樣的背景下，頻率高、潛在應用帶寬大的毫米波通信成為了一項很有競爭力的解決方案。參考文獻[1]中，60 GHz頻段由于是氧氣的吸收峰而倍受關注，它可以實現無線短距離、高帶寬的數據傳輸，并支持非常小的蜂窩結構。目前直接實現60 GHz無線通信由于器件成本的問題，難度較大，而如果將現有高帶寬的光纖通信技術和60 GHz毫米波通信技術相結合，在中心站和各個基站天線之間采用光纖連接，將復雜和昂貴的功能例如信號處理和路由等都放在中心站，則可大大降低整個系統的成本。于是，毫米波光載無線(RoF)通信技術應運而生。

一個典型的毫米波RoF通信系統主要由中心站、基站和用戶終端3個部分組成，如圖1所示。中心站與基站之間通過光纖連接，傳輸光信號；基站和用戶終端之間則為毫米波無線通信。中心站的主要功能是實現下行鏈路中的毫米波光產生、基帶信號的上變頻和上行鏈路信號的接收處理；基站的主要功能是實現光電信號轉換，發送下行信號，并將用戶上行電信號轉變成光信號回傳中心站。目前對于毫米波RoF通信系統結構優化的研究重點主要側重于中心站與基站之間的上下行光傳輸信號方面，具體的主要包括：毫米波光產生、下行信號上變頻、傳輸性能、上行信號下變頻、雙向鏈路波長重用等方面。

1、毫米波光產生部分的結構優化

傳統的RoF通信系統對于微波的產生一般直接利用現有的射頻源，但是對于毫米波RoF系統來說，采用毫米波頻段的射頻源是相當昂貴的。如果能使用低頻的射頻源甚至不使用射頻源的光域方法來產生毫米波信號，則可以大大降低系統成本。目前主流的毫米波光產生方法是采用光外差法，即利用低頻的射頻源生成一對間距為所需毫米波頻率的光相干縱模信號，通過將該信號接入光電二極管拍頻可實現毫米波的光產生，原理示意圖見圖2。

在光外差法的實現方面，目前主要方法是采用外調制器，其又有兩種具體的結構[2]，分別采用雙臂鋰酸鈮強度調制器和相位調制器加光帶陷濾波器。

一種是采用雙臂鋰酸鈮強度調制器，合適地選擇調制器偏置點實現載波抑制調制，利用調制出的兩個一階邊帶實現相干光雙縱模，這樣就可以實現頻率加倍，從而使用30 GHz信號源產生60 GHz的信號，其原理見圖3(a)。

另一種是采用相位調制器加光帶陷濾波器，在調制器輸出的光譜中利用光帶陷濾波器將光載波濾除，剩余的兩個一階邊帶即可實現相干光雙縱模，其原理見圖3(b)。這種方法同樣實現了頻率加倍，不過結構較第一種復雜了些。

前面的兩種方法均是使用30 GHz的信號源來產生60 GHz的信號，但是30 GHz的射頻源仍然較為昂貴，于是在外調制器法的基礎上，可以通過激光器的注入鎖模來降低對參考頻率源頻率的要求，從而利用更低的頻率源來產生60 GHz的毫米波信號。

(1)FP激光器雙模注入鎖模實現60 GHz毫米波

采用法布爾-帕羅(FP)激光器雙模注入鎖模的方法可提高所產生的毫米波信號的質量，降低相位噪聲[3]。通過調整調制器的偏置點和FP激光器的偏置電流，可以實現了對于FP激光器的二階邊帶注入鎖模，從而利用15 GHz來產生60 GHz的毫米波信號[4]。具體原理見圖4。獲得的相干光雙縱模信號和拍頻電譜見圖5。

通過FP激光器雙模注入鎖模，鎖定的相干光雙縱模信號光信噪比在20 dB以上，拍頻的毫米波電信號信噪比在40 dB以上，相位噪聲100 kHz處為-94.30 dBc/Hz，質量很好。此外，通過對FP激光器的雙模注入鎖模還可以提高激光器的直調帶寬，見圖6，它在后面的基帶信號光學上變頻甚至上行信號光學下變頻方面有很高的利用價值。