Radio over Fiber寬帶無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、Radio over Fiber(RoF)寬帶無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)是新興的研究領(lǐng)域，它結(jié)合光纖通信和無(wú)線(xiàn)通信兩大技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)Gb/s無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)的傳輸，在未來(lái)高速寬帶無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中具有重要的應(yīng)用。本論文研究了RoF寬帶無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)中的若干關(guān)鍵技術(shù)，提出并設(shè)計(jì)新穎的RoF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要進(jìn)行如下幾方面的研究： 1.光子產(chǎn)生射頻信號(hào)技術(shù) 在RoF系統(tǒng)中，需要使用高頻信號(hào)攜載高速數(shù)據(jù)以提高無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的容量，但是目前采用電產(chǎn)生高頻信號(hào)

2、的方法難度大、成本高、技術(shù)復(fù)雜。而光子產(chǎn)生高速射頻信號(hào)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)RoF的關(guān)鍵技術(shù)之一。本論文提出三種新穎的光子產(chǎn)生射頻信號(hào)的技術(shù)方案： 1)光子產(chǎn)生六倍頻的高速毫米波：基于兩個(gè)級(jí)聯(lián)的單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器(MZM)，采用10-GHz的微波信號(hào)，光子產(chǎn)生60-GHz的毫米波。傳統(tǒng)的方案如果要得到超過(guò)四倍頻的射頻信號(hào)，需要結(jié)合四波混頻非線(xiàn)性效應(yīng)和光域的濾波。該方案不需要非線(xiàn)性處理，以及光域和電域上的濾波；而且在頻率上具有可

3、擴(kuò)展性，如果采用當(dāng)前成熟的40-GHz光電器件，可以得到240-GHz的亞毫米波。 2)光子產(chǎn)生四倍頻的高速毫米波：基于單個(gè)集成的雙平行馬赫曾德調(diào)制器(DPMZM)，采用10-GHz的微波信號(hào)，光子產(chǎn)生40-GHz的毫米波。該方案在頻率上具有擴(kuò)展性：電信號(hào)處理簡(jiǎn)單，不需要嚴(yán)格的電信號(hào)相位匹配；也不需要光域和電域的濾波；采用單個(gè)的集成調(diào)制器，插入損耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易控制。 3)24-GHz超寬帶(UWB)脈沖射頻信號(hào)：基

4、于DPMZM和級(jí)聯(lián)的單驅(qū)動(dòng)MZM，集成光子產(chǎn)生和光子上變頻技術(shù)，得到24-GHz超寬帶(UWB)脈沖射頻信號(hào)。我們還首次對(duì)24-GHz的超寬帶信號(hào)在光纖傳輸中的性能進(jìn)行了測(cè)試和分析。 2.應(yīng)用于雙向RoF系統(tǒng)的OCS-DPSK調(diào)制格式研究 在RoF系統(tǒng)中，需要同時(shí)傳輸下行和上行信號(hào)，以滿(mǎn)足交互式業(yè)務(wù)的需求，因此，雙向RoF系統(tǒng)設(shè)計(jì)也是關(guān)注的熱點(diǎn)。本論文首次提出采用新穎的光載波抑制一差分相移鍵控(OCS-DPSK)信號(hào)，實(shí)

5、現(xiàn)雙向RoF系統(tǒng)中三個(gè)關(guān)鍵的功能：將基帶信號(hào)上變換到射頻頻段，產(chǎn)生遠(yuǎn)端本振信號(hào)以及上行數(shù)據(jù)重調(diào)制，從而最小化RoF接入網(wǎng)絡(luò)的配置成本。我們提出兩種新穎的OCS-DPSK信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)： 1)基于幅移鍵控(ASK)到差分相移鍵控(DPSK)調(diào)制格式的轉(zhuǎn)換，采用單個(gè)集成的DPMZM，通過(guò)抑制OCS-ASK信號(hào)的兩個(gè)邊帶中離散的直流成分，得到OCS-DPSK調(diào)制格式。相比較傳統(tǒng)的OCS-DPSK發(fā)射機(jī)，提出的方案具有結(jié)構(gòu)緊湊、插入損耗低

6、等顯著優(yōu)點(diǎn)。 2)基于單驅(qū)動(dòng)MZM，通過(guò)產(chǎn)生雙極性的電副載波信號(hào)，以及利用光載波抑制技術(shù)，得到OCS-DPSK信號(hào)。提出的方案只采用單個(gè)調(diào)制器，并且實(shí)現(xiàn)了雙向RoF系統(tǒng)的三個(gè)關(guān)鍵功能，最小化整個(gè)RoF系統(tǒng)的配置成本。 3)我們還延伸了單驅(qū)動(dòng)MZM產(chǎn)生OCS-DPSK調(diào)制格式的原理，采用單個(gè)的DPMZM，首次提出并實(shí)驗(yàn)演示了在RoF系統(tǒng)中產(chǎn)生和傳輸新穎的OCS-DQPSK信號(hào)。在RoF傳輸系統(tǒng)，OCS-DOPSK調(diào)制格式可

7、以實(shí)現(xiàn)在公共的射頻載波上傳輸多個(gè)無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)，提高射頻頻譜效率。 3.融合RoF和PON技術(shù)的混合多業(yè)務(wù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在未來(lái)的光通信中，既需要提供光纖到戶(hù)的寬帶有線(xiàn)接入服務(wù)，也需要用光纖傳輸寬帶無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)。因此，融合RoF和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)技術(shù)，將無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)業(yè)務(wù)集中整合到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，成為當(dāng)前RoF研究領(lǐng)域的又一個(gè)熱點(diǎn)。我們提出三種新型的、在單載波上提供混合多業(yè)務(wù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案： 1)多波段RoF系統(tǒng)設(shè)計(jì)：采

8、用DPMZM和級(jí)聯(lián)的單驅(qū)動(dòng)MZM，基于光載波抑制和頻譜搬移技術(shù)，同時(shí)產(chǎn)生和傳輸有線(xiàn)基帶數(shù)據(jù)、兩倍頻的無(wú)線(xiàn)微波信號(hào)，和四倍頻的無(wú)線(xiàn)毫米波信號(hào)。 2)集成RoF技術(shù)的WDM-PON雙廣播業(yè)務(wù)分發(fā)系統(tǒng)：通過(guò)設(shè)計(jì)正交相位/強(qiáng)度調(diào)制碼型和光副載波格式，首次實(shí)現(xiàn)了在單載波上同時(shí)傳輸點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的高速下行數(shù)據(jù)信號(hào)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的雙廣播業(yè)務(wù)。 3)融合RoF技術(shù)分發(fā)三重混合業(yè)務(wù)的WDM-PON系統(tǒng)：采用集成的DPMZM，實(shí)現(xiàn)了在單載波上同時(shí)傳輸單

9、個(gè)有線(xiàn)業(yè)務(wù)和兩種無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)的三重混合業(yè)務(wù)的功能。該方案只需要單個(gè)集成的調(diào)制器，具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本有效、信號(hào)容易控制、插入損耗低等優(yōu)點(diǎn)。 4.RoF系統(tǒng)中的光子射頻信號(hào)處理技術(shù) 光了射頻信號(hào)處理突破了傳統(tǒng)的電處理方法的帶寬瓶頸，而且具有處理速度快、精度高、不受電磁干擾、傳輸損耗低等優(yōu)點(diǎn)，在RoF系統(tǒng)中具有重要的地位。我們首次將硅波導(dǎo)器件應(yīng)用于RoF系統(tǒng)中，具有開(kāi)創(chuàng)性的意義。基于硅波導(dǎo)環(huán)形諧振腔的非線(xiàn)性效應(yīng)，設(shè)計(jì)出新穎的光子上

10、變頻器和光子射頻移相器： 1)利用硅波導(dǎo)環(huán)形諧振腔的自由載流子色散效應(yīng)，設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)演示了微米刻度的光子上變頻器，將1-Gb/s的基帶數(shù)據(jù)成功上變頻到40-GHz的毫米波，提出的方案可以實(shí)現(xiàn)毫米波頻率可擴(kuò)展的光子上變頻器。 2)采用硅波導(dǎo)環(huán)形諧振腔器件的非線(xiàn)性熱效應(yīng)，設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)演示了40-GHz的高速光子射頻移相器，相移的范圍達(dá)到4.6弧度，這是目前實(shí)驗(yàn)報(bào)道的最高頻率的光子射頻移相器。同時(shí)還實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該光子射頻移相器的相移