光载无线通信(rof)体系全光频率之变换研究

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1、光载无线通信(ROF)体系全光频率之变换研究第1章绪论1.1全光频率下变换研究背景及意义随着人们对通信带宽和灵活接入需求的不断提高，现有的无线通信所提供的带宽有限，而能承载高速数据的光纤却缺乏可移动性，因而光载无线通信(ROF)应运而生。ROF技术结合了光纤通信与无线通信的优点，其本质上就是利用光纤来传输无线信号，将无线信号调制在光载波上，通过光纤传输到基站，再由基站进行光电转换恢复出无线信号，最后通过天线发射给用户，这样既利用了光纤高带宽的特性，也避免了无线信号在空气中传输时的巨大损耗。图1-1给出了ROF系统的结构简图，一般ROF系统主要由中

2、心站、光纤链路和基站三部分组成[2]。中心站主要的功能是实现对接收到的数据信号进行处理和频率变换。基站主要的功能是对下行链路的光信号进行光电转换，以便于通过天线发射给用户终端；同时在上行链路时对天线接收到的电信号进行电光转换，以便于在光纤链路中传输。而光纤则是连接基站和中心站的重要链路，链路传输性能对整个ROF系统起着重要的作用。ROF系统中，在基站需要高带宽的调制器将携带数据信号的射频(RF)信号加载到光波上，同时在中心站需要高速接收模块将数据信号从RF信号上解调出来，因而中心站的接收模块因其大带宽指标而导致成本偏高，为了解决这一问题，全光频率

3、下变换技术被视为一种潜在的有效解决途径，即在基站将RF信号加载到光载波上，在中心站采用光学方法将RF信号变换到中频(IF)信号或者基带信号，这样既简化了基站结构，同时也降低了对接收模块带宽的要求，从而节省了成本。与传统的电混频技术相比，其避免了混频器件的非线性损耗，而且处理带宽比较宽，降低了对光电探测器带宽的要求。1.2全光频率下变换技术研究现状目前实现频率下变换主要有三种方法，第一种方法就是利用特殊的滤波器直接滤出带有上行链路数据的信号[12]，然后进行光电转换得到中频(IF)信号或基带信号，这种方法结构简单，但是不够灵活，因为当滤波器的中心波

4、长和携有上行链路数据的边带对准后，光载波和RF信号旳频率都不能再改变，对器件要求相当的高，同时，只滤出了其中的一个边带，光载波和另外一个信号边带都没有得到合理的应用，造成了边带的浪费，使功率效率比较低；第二种方法是基于各种调制方式的频谱搬移，使RF信号边带与载波频移到一起，再用带通滤波器滤波、光电检测得到IF信号或基带信号这种方法需要级联调制器使载波和信号边带产生频移，或者是用一个本振源实现等效频谱搬移，这种方法相对于比较灵活，所以研究相对比较多；第三种方法是利用器件的非线性性能实现频率下变频[15_21]。这种方法本质是第二种方法的延伸。目前主

5、要有利用级联的强度调制器，半导体光放大器一马赫增德尔干涉仪(SOA-MZI)，半导体光放大器一电吸收调制器(EAM),单个EAM等实现频谱的偏移结构。第2章基本理论2.1ROF系统结构ROF系统有三种传输方案，分别为基带传输方案、IF传输方案和RF传输方案[34]。基带传输和IF传输下行链路传输到基站后要对相应的信号进行频率的上变换以便于发射给用户，而上行链路时则要在基站先将用户端发射来的RF信号下变频到基带信号或者IF信号才能传输，明显的这两种传输方案增加了基站的成本，不适合基站密集分布的情况。相反的，RF传输方案在基站无需任何的变频装置，而是

6、把复杂的变频装置及信号处理都集中到了中心站，所以是ROF系统中常用的方案[34]。图2-1给出了传输RF信号的系统结构图，相较于图1-1，图2-1详细的给出了ROF系统中各个部分的结构。从图中可以看出，下行链路时，先将下行基带信号通过射频调制模块加载到RF信号上，再通过光发射机部分，这部分一般是将RF信号调制到光信号上，通常最常见的就是使用光调制器，如MZM，以便于在光纤链路上传输，当下行信号传输到基站后光接收机对信号进行光电转换，得到RF信号，直接通过天线发射给用户。2.2MZM工作原理与外调制理论MZM应用材料的电光效应制成，典型的MZM的结

7、构是基于MZ干涉结构，可将相位变化转化为强度变化。本章将以双驱动MZM(DD-MZM)的结构为例进行分析。图2-2给出了DD-MZM的结构图，输入光波在DD-MZM的输入端被一个Y分支分为两束光波后通过两路长度不同的光波导传输，一般将这两段光波导称为MZM的两个臂。这两个臂至少有一个是由电光材料制成，即利用材料的电光效应。DD-MZM结构的两个臂都是用电光材料制成，相当于两个相位调制器的集成[35]。这样有利于实现零嗎嗽调制和其他更复杂的应用，比如实现一些特殊的调制方式。输出端的Y型结构主要是将两臂信号稱合成单模信号输出。第3章基于双平行MZM全

8、光频率下变换技术...........183.1引言..........183.2基于双平行MZM全光频率下变换..........18