ROF通信技術(shù)和光標(biāo)記交換技術(shù)的研究

孫振宇 王佳婧

（1.91913部隊(duì)，遼寧 旅順 116041；2.哈爾濱工程大學(xué)，信息與通信工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001；3.92373部隊(duì)，遼寧 大連 116001）

1 光載射頻（ROF）通信技術(shù)

1.1 光載射頻簡(jiǎn)介

融合光纖通信和移動(dòng)通信技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的光載射頻（ROF）通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)寬帶無線信號(hào)傳輸?shù)挠行侄?，該技術(shù)利用光纖的幾乎無限的帶寬資源和低損耗優(yōu)勢(shì)，使多路寬帶無線信號(hào)的傳輸距離達(dá)數(shù)十公里，并可以將原來放置在基站的高頻設(shè)備轉(zhuǎn)移到中心站實(shí)現(xiàn)資源共享，進(jìn)而可對(duì)數(shù)量龐大的基站的結(jié)構(gòu)和功能（光電、電光轉(zhuǎn)換和天線收發(fā)是必備功能）進(jìn)行簡(jiǎn)化，降低系統(tǒng)成本。同時(shí)在ROF系統(tǒng)中采用光學(xué)方法產(chǎn)生毫米波信號(hào)，可以簡(jiǎn)化基站和中心站的結(jié)構(gòu)。因此，基于ROF技術(shù)的無線通信系統(tǒng)能夠使寬帶無線接入的實(shí)現(xiàn)更加容易。

1.2 ROF技術(shù)的無線通信系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

基于ROF技術(shù)的無線通信系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢(shì)，它不僅可用于寬帶無線接入，而且在車載移動(dòng)通信、熱點(diǎn)地區(qū)和室內(nèi)覆蓋、雷達(dá)信號(hào)傳輸?shù)确矫嬗袕V闊的應(yīng)用前景。構(gòu)建城域?qū)拵ЬW(wǎng)、建設(shè)覆蓋城鄉(xiāng)的信息服務(wù)體系已列為北京市信息化發(fā)展規(guī)劃以滿足未來對(duì)寬帶接入需求，以ROF技術(shù)為基礎(chǔ)的無線寬帶接入能夠提供更大的接入帶寬和靈活性，可以為北京市城域?qū)拵ЬW(wǎng)的無線接入部分提供技術(shù)支撐。

1.3 光標(biāo)記交換介紹

另外，在光標(biāo)記交換領(lǐng)域，利用高頻的無線信號(hào)調(diào)制光波實(shí)現(xiàn)的副載波（SCM）光標(biāo)記和光載波抑制（OCSS）光標(biāo)記現(xiàn)已有一些研究，這兩種標(biāo)記實(shí)現(xiàn)方案有很好的應(yīng)用前景，但還有一些問題需要深入研究，本論文對(duì)SCM光標(biāo)記信號(hào)的傳輸距離受限問題和OCSS光標(biāo)記分組的全光波長變換問題進(jìn)行了深入研究，并得到了一些有價(jià)值的結(jié)論。

2 射頻調(diào)制的光標(biāo)記交換技術(shù)

直接調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生的光載毫米波信號(hào)的基本原理及其性能?；贛-Z結(jié)構(gòu)的鈮酸鋰外調(diào)制器的光外調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生的三種頻譜結(jié)構(gòu)（DSB、SSB和OCS）的光載毫米波信號(hào)的機(jī)理和所需要的偏置電壓、射頻信號(hào)的幅度和相位等參數(shù)，并對(duì)所產(chǎn)生的光載毫米波信號(hào)的光譜結(jié)構(gòu)和光電流等進(jìn)行了詳盡的理論和實(shí)驗(yàn)研究。DSB光載毫米波信號(hào)的頻譜效率只有SSB和OCS光載毫米波信號(hào)的頻譜效率的一半；產(chǎn)生相同頻率的光載毫米波信號(hào)，OCS調(diào)制方案所需要的射頻信號(hào)頻率只有DSB和SSB調(diào)制方案的一半；在光纖傳輸之前，這三種光載毫米波各光波成分的初始相位雖然不同，但由光電探測(cè)器解調(diào)得到的毫米波信號(hào)性能并無明顯差別。在分析鈮酸鋰調(diào)制器的調(diào)制特性的基礎(chǔ)上，得到了光載毫米波載波各光頻成分的初始相位與調(diào)制深度之間的關(guān)系，為后面推導(dǎo)DSB光載毫米波幅度衰落的節(jié)點(diǎn)和腹點(diǎn)位置奠定了基礎(chǔ)。

3 光載毫米波在光纖中傳輸時(shí)受的影響

DSB光載毫米波載波沿光纖傳輸時(shí)光電流的射頻成分的幅度衰落，射頻幅度衰落節(jié)點(diǎn)和腹點(diǎn)位置與三個(gè)光頻成分的初始相位之間的關(guān)系，并推導(dǎo)了衰落周期公式。通過光纖色散對(duì)OCS光載毫米波信號(hào)在光纖傳輸中性能影響的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)OCS光載毫米波被數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制時(shí)，信號(hào)光電流的射頻成分沒有幅度衰落和由光纖色散引起的射頻信號(hào)脈沖變窄，而光電流中的基帶信號(hào)的脈沖寬度逐漸變寬。對(duì)這一現(xiàn)象原因進(jìn)行理論分析后，得到了脈沖變窄與信號(hào)傳輸距離、光纖色散和光載毫米波信號(hào)頻率之間的關(guān)系，并給出了OCS光載毫米波信號(hào)最大傳輸距離公式。

通過光纖色散對(duì)OCS光載毫米波信號(hào)在光纖傳輸中性能影響的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，得到了毫米波信號(hào)的光電流射頻成分幅度衰落與光載毫米波頻譜結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，從理論上得到了脈沖變窄與信號(hào)傳輸距離之間光纖色散和光載毫米波信號(hào)頻率之間的關(guān)系，并推導(dǎo)了SSB光載毫米波信號(hào)最大傳輸距離公式。在此基礎(chǔ)上提出了克服脈沖變窄的方案（即將信號(hào)脈沖調(diào)制在單個(gè)載波上，而另一個(gè)光載波沒有信號(hào)），仿真結(jié)果表明該方案能夠大大延長SSB光載毫米信號(hào)的傳輸距離。

4 ROF雙工鏈路和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

ROF系統(tǒng)中全雙工鏈路的實(shí)現(xiàn)方案：從ROF系統(tǒng)的要求出發(fā)分析了基站的簡(jiǎn)化思路，研究了將射頻信號(hào)源轉(zhuǎn)移到中心站、利用雙工的光/電和電/光轉(zhuǎn)換器等方法簡(jiǎn)化基站功能及結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方案；根據(jù)光載射頻信號(hào)的光譜特點(diǎn)， WDM在ROF系統(tǒng)中的應(yīng)用，利用波長間插方法實(shí)現(xiàn)多路光載射頻信號(hào)的波分復(fù)用，能夠進(jìn)一步提高光纖帶寬的利用率；接著從理論上分析了WDM-ROF系統(tǒng)存在的三種信道間竄擾；最后分析了ROF系統(tǒng)中的星型、環(huán)型和總線型三種基本的網(wǎng)路結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。

在討論光標(biāo)記交換技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，分析了基于射頻調(diào)制的副載波復(fù)用（SCM）光標(biāo)記實(shí)現(xiàn)方案，深入研究了光纖色散對(duì)SCM光標(biāo)記信號(hào)傳輸性能的影響以及載荷與標(biāo)記信號(hào)之間的竄擾問題。理論分析和仿真結(jié)果表明：由光纖色散引起的SCM光標(biāo)記信號(hào)脈沖展寬對(duì)信號(hào)傳輸距離、眼圖張開度等鏈路性能有明顯影響，造成標(biāo)記信號(hào)的傳輸距離受限。在此基礎(chǔ)上提出了利用改進(jìn)的射頻調(diào)制方式增加SCM光標(biāo)記信號(hào)的傳輸距離、減小竄擾的措施；分析表明通過提高中間節(jié)點(diǎn)光柵的載波抑制比可以減小來自載荷的竄擾。

對(duì)基于HNL-DSF的FWM效應(yīng)的單泵浦和雙泵浦全光波長變換的頻譜結(jié)構(gòu)、偏振敏感性等特性進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在單泵浦情況下光標(biāo)記分組的頻譜發(fā)生翻轉(zhuǎn)，且對(duì)偏振很敏感；而在共極雙泵浦情況下波長變換所產(chǎn)生的新OCSS光標(biāo)記分組的頻譜發(fā)生平移且偏振不敏感；通過對(duì)雙泵浦情況下兩個(gè)泵浦光的偏振方向?qū)ΣㄩL變換的偏振敏感性和轉(zhuǎn)換效率影響較大，發(fā)現(xiàn)在正交雙泵浦情況下，波長變換的轉(zhuǎn)換效率很低，且對(duì)信號(hào)光偏振很敏感。

[1]肖迪.基于副載波復(fù)用的光標(biāo)記識(shí)別提取技術(shù)的研究[D].長春：長春理工大學(xué)，2011.

[2]胡曉明.正交光標(biāo)記交換中新型調(diào)制格式的研究[D].北京：北京郵電大學(xué)，2009.