60-GHz毫米波與Radio over Fiber融合系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究.pdf

1、隨著高速無線業(yè)務(wù)的不斷增長，人們對無線帶寬的需求越來越大；現(xiàn)有的無線技術(shù)3G，WiFi和WiMax將不能滿足日益增長業(yè)務(wù)的需求，而毫米波因其本身的優(yōu)點將成為一種理想的解決方案。其中，60-GHz毫米波受到很大的關(guān)注，主要的原因有以下幾點：1）在60-GHz波段內(nèi)，有7-GHz無需授權(quán)的頻段可供使用，它可以用來承載很高的數(shù)據(jù)（>1 Gb/s）；2）60-GHz與CMOS技術(shù)有很好的兼容性，為后續(xù)的系統(tǒng)集成提供了可能；3）60-GHz與現(xiàn)有

2、的頻段之間沒有干擾。最近幾年來，60-GHz的標(biāo)準(zhǔn)不斷被提出，例如：WiGig，WirelessHD等。60-GHz的應(yīng)用也層出不窮，例如：無線高清視頻傳輸，互動游戲和高清體育節(jié)目直播等。盡管60-GHz有很多的優(yōu)點和應(yīng)用，但是它在空氣中有很大的損耗，因此傳輸距離只有幾十米，這大大的限制了其應(yīng)用范圍。為了解決這一問題，學(xué)術(shù)界提出了使用RoF技術(shù)來延長60-GHz毫米波信號的傳輸距離，從而提高了60-GHz毫米波的實用性。本論文針對60-

3、GHz毫米波和RoF融合系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用提出以下幾方面創(chuàng)新點：
　　1．光子產(chǎn)生多倍頻毫米波
　　產(chǎn)生高頻毫米波信號有兩種方案：電域產(chǎn)生法和光子產(chǎn)生法。其中電域產(chǎn)生法受到電帶寬的限制，其成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且難于實現(xiàn)；而光子產(chǎn)生高頻毫米波具有顯著的優(yōu)點：通過該方法可以實現(xiàn)用低速的調(diào)制器和射頻器件產(chǎn)生高頻的毫米波信號，從而節(jié)約了成本，而且易于和RoF技術(shù)進(jìn)行融合。本論文提出三種新穎的光子產(chǎn)生多倍頻毫米波信號的技術(shù)方案：

4、r>　　1）光子產(chǎn)生五倍頻60-GHz毫米波信號：通過兩個級聯(lián)的單驅(qū)動馬赫曾德調(diào)制器（MZM），采用12-GHz的射頻信號，光子產(chǎn)生60-GHz的毫米波。該方案首次實現(xiàn)了光子產(chǎn)生五倍頻信號，并應(yīng)用于60-GHz毫米波RoF系統(tǒng)。其中兩個級聯(lián)調(diào)制器之間不需要電域或光域的相位調(diào)節(jié)，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡單，易于實現(xiàn)。
　　2）光子產(chǎn)生六倍頻OCS-DPSK信號：基于兩個級聯(lián)的單驅(qū)動MZM，通過調(diào)節(jié)偏置電壓和驅(qū)動電壓，產(chǎn)生六倍頻毫米波，并且

5、同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)制，從而得到六倍頻OCS-DPSK信號。此外，該技術(shù)還應(yīng)用于60-GHz RoF與WDM-PON的融合系統(tǒng)。我們通過一種巧妙的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了用N+1個10-GHz調(diào)制器來完成 N波長的WDN-PON和60-GHz RoF的融合的系統(tǒng)，從而大大的節(jié)約了成本。本方案首次實現(xiàn)了基于六倍頻技術(shù)的60-GHz OCS-DPSK毫米波信號。
　　3）光子產(chǎn)生靈活的多倍頻毫米波：基于一個單驅(qū)動MZM，通過調(diào)節(jié)偏置電壓和驅(qū)動電壓，實現(xiàn)

6、光子四倍頻，六倍頻，八倍頻和十倍頻毫米波，該方案首次實現(xiàn)了靈活的光子倍頻方案，具有顯著的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易于控制，靈活度高，實用性強等。
　　2．RoF系統(tǒng)中多業(yè)務(wù)融合
　　在現(xiàn)代的通信系統(tǒng)中，不同的業(yè)務(wù)有著不同的標(biāo)準(zhǔn)，且承載在不同的頻段上。因此，人們迫切需要一個綜合的平臺，可同時提供多業(yè)務(wù)，多波段數(shù)據(jù)傳輸，其中RoF系統(tǒng)是一種理想的選擇方案。本論文針對RoF多業(yè)務(wù)融合系統(tǒng)進(jìn)行了多個方案的設(shè)計和分析，其中包含：有線業(yè)

7、務(wù)和無線業(yè)務(wù)融合；多種無線業(yè)務(wù)融合以及60-GHz毫米波多個子波段業(yè)務(wù)的融合：
　　1）有線業(yè)務(wù)和無線業(yè)務(wù)融合：本方案通過差頻拍頻技術(shù)，實現(xiàn)有線業(yè)務(wù)和無線業(yè)務(wù)的融合，其中有線業(yè)務(wù)是指基帶信號；而無線業(yè)務(wù)包含了20-GHz微波信號，40-GHz和60-GHz毫米波信號，該方案具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低等優(yōu)點，而且還可以同時提供有線業(yè)務(wù)和無線業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸。
　　2）多種無線業(yè)務(wù)融合：本方案通過自拍頻和差頻拍頻的技術(shù)，實現(xiàn)了2.5-G

8、Hz WiFi，5.8-GHz WiMax和60-GHz毫米波融合，該方案實現(xiàn)了現(xiàn)有無線業(yè)務(wù)（2.5-GHz WiFi和5.8-GHz WiMax）和未來無線業(yè)務(wù)（60-GHz毫米波）的融合，從而為無線業(yè)務(wù)網(wǎng)升級提供一種可行的選擇方案。
　　3）60-GHz毫米波多個子波段業(yè)務(wù)的融合：本方案通過子載波調(diào)制和光電拍頻技術(shù)，在60-GHz毫米波上實現(xiàn)了多波段，多業(yè)務(wù)和多入多出（MIMO）的數(shù)據(jù)傳輸。這一方案不僅可以通過MIMO技術(shù)提高

9、頻率利用率，而且可以使用多波段來傳輸不同的業(yè)務(wù)。此外，我們提出并實現(xiàn)了一種新型的模擬接收機，從而可以對該系統(tǒng)進(jìn)行實時誤碼率測量。不僅如此，該方案可以從兩波段升級到四波段，從而和現(xiàn)有60-GHz毫米波標(biāo)準(zhǔn)完全吻合。
　　3．新型碼型調(diào)制技術(shù)及其在RoF系統(tǒng)中的應(yīng)用
　　相對于二進(jìn)制碼型而言，多進(jìn)制碼型的頻率利用率更高，因此在光通信領(lǐng)域也受到越來越多關(guān)注，其中16QAM是最理想的多進(jìn)制碼型之一。本文針對16QAM調(diào)制碼型，我們提

10、出了一種靈活的發(fā)射機和一種新穎的調(diào)制碼型HM-16QAM(Hierarchical Modulation)，并演示了HM-16QAM在60-GHz RoF多播系統(tǒng)中的應(yīng)用。
　　1）靈活的16QAM發(fā)射機：一般而言，根據(jù)星座圖的不同部分，16QAM可以分為三類：方形-16QAM，星形-16QAM和FAFP-APSK，他們都有著不同的特點，因此可以適應(yīng)于不同的通信場合。本文首次提出一種靈活的發(fā)射機方案，在不改變發(fā)射機結(jié)構(gòu)的情況下，可