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光载无线系统调制解调技术研究 摘要：随着全球信息化的进程，人们提出了建立无处不在的网络社会的口标，如何解决建筑物内高速宽带无线数据传输和无线接入覆盖问题已经成为迫切需要解决的关键技术问题。光无线接入是近年来被广泛研究的问题，它可以结合光纤通信和无线通信两者的优势，实现宽带灵活接入。光载无线(Radio over Fiber)接入技术是使用光纤链路来传输微波、毫米波信号，属于混合光无线接入技术，迅速成为国际学术界研究的热点。结合作者的研究，对RoF光载无线系统、相关的关键技术和尚存在的问题进行系统地介绍和分析，展望RoF技术未来的发展趋势。 关键词：光载无线；光无线应用；光无线接入 1 前言：随着Internet业务和IPTV、视频点播(V0D)等交互式多媒体业务的迅速发展，无线通信系统已由传统的话音业务服务发展到一个崭新的阶段[1-2]。人们迫切需要在任何时间、任何地点能够提供任何媒体的简单、可靠而且价格低廉的无线通信服务。随着新用户和带宽需求的不断增加，现有的可利用无线频谱资源很快就将耗尽[3]。故宽带无线通信技术必须向更高的频率拓展，其中较为理想的选择无疑为毫米波无线通信，但是毫米波在自由空间的传输由于多径衰落等影响，信号衰减、畸变严重，远小于无线蜂窝[2-4]。而在光纤通信系统中，已铺设光纤光缆未得到充分利用，存在大量的带宽资源闲置。如何充分地利用光缆廉价的闲置带宽资源，解决无线频带紧张的问题，成为加快全球通信技术发展的关键。为此，光载无线(Radio over Fiber，简称RoF)通信技术应运而生，它使用光纤链路来传输微波／毫米波信号，将宽带无线通信的可移动性、点对点接入等优点和光纤通信的巨大带宽、高可靠性等优势有机地结合起来，为解决大容量、低成本的无线信号的有线传输和超过1 Gbit／s的超宽带无线接入提供了理想的解决方案[5-7]。RoF系统具有大容量、低成本、低功耗、易安装维护等多种优势，可以满足术来无线通信的宽带要求业务，可以用在无线信号被屏蔽的场合，还可以用大容量的RoF技术，实现下一代移动通信中大量采用的微蜂窝、微微蜂窝结构中，以允许更多用户、更宽带宽和更高速率的接入。RoF技术可以实现流量控制和网络资源灵活、动态分配等业务。RoF技术将无线接入技术的灵活性和光纤提供的巨大带宽与低成本优势有机地结合在一起，无疑在将来的宽带无线接入技术中扮演重要的角色。 2 ROF系统2.1 RoF系统的基本结构和特点 简单地说，RoF技术就是将射频RF(Radio Frequeney)副载波调制到光载波上实现基于光网络分布的无线通信技术。RoF系统采用简单的光电转换，在有效地降低系统成本的同时，与无线通信技术结合，可提供各种宽带无线接入服务[5-10]。典型的RoF系统的组成如图1所示，系统由中心站(Central Station，简称CS)、基站(Base Station，简称BS)、光纤链路和移动终端(Mobile Terminal，简称MT)4个部分组成[11]。中心站和各个基站单元由光纤链路连接。整个RoF系统中，几乎全部的信号处理工作，包括编解码、复用、无线频率上／下变换和光调制等都在中心站完成。系统的各个基站，虽然看起来和传统的无线通信系统的蜂窝结构类似，不同的是RoF基站不需要对接收到的无线信号进行调制和解调，仅仅执行光／电转换和无线信号的收发功能，由于各个移动终端共享中心站，所有复杂、贵重的光电器件和设备都集中在中心站，使得基站结构简单，因此RoF系统具有大容量、低成本、低功耗、易于安装和维护等多种技术优势。 图1 典型的RoF系统示意图 在RoF系统中，中心站和各个基站之间由光纤链路连接，在下行链路，传输的电信号被调制到光载波上，通过光纤传输给基站单元，由基站接收转换成电信号通过发射天线发送给移动终端；而在下行链路，基站接收到移动终端的无线信号，被基站接收并调制到光载波上，通过光纤传送回中心站，来自各个不同基站的上行光信号汇合在一起进行处理。 对于RoF系统网络，其物理层可由传统的无线物理层和光学物理层组成[12-14]，如图2所示。根据网络中光纤链路的拓扑结构可以分为星型网络、串行网络和环形网络。其中星型网络拓扑结构简单、易于维护、具有较高的可靠性，但是每增加一个基站需要铺设一条光缆，系统的建设和配置成本很高，而且在蜂窝分裂时增加基站数目比较困难。采用环形或者串行的网络拓扑结构，可以大大减少光缆的使用量，随着技术的发展和用户数量的增加，系统扩展也比较方便，故串行和环型是比较实用的RoF系统的网络拓扑结构，估计在将来RoF系统的部署中将得到广泛采用。