ROF通信技術和光標記交換技術的研究

孫振宇 王佳婧

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

1 光載射頻（ROF）通信技術

1.1 光載射頻簡介

融合光纖通信和移動通信技術優點的光載射頻（ROF）通信技術是實現寬帶無線信號傳輸的有效手段，該技術利用光纖的幾乎無限的帶寬資源和低損耗優勢，使多路寬帶無線信號的傳輸距離達數十公里，并可以將原來放置在基站的高頻設備轉移到中心站實現資源共享，進而可對數量龐大的基站的結構和功能（光電、電光轉換和天線收發是必備功能）進行簡化，降低系統成本。同時在ROF系統中采用光學方法產生毫米波信號，可以簡化基站和中心站的結構。因此，基于ROF技術的無線通信系統能夠使寬帶無線接入的實現更加容易。

1.2 ROF技術的無線通信系統技術優勢

基于ROF技術的無線通信系統具有明顯優勢，它不僅可用于寬帶無線接入，而且在車載移動通信、熱點地區和室內覆蓋、雷達信號傳輸等方面有廣闊的應用前景。構建城域寬帶網、建設覆蓋城鄉的信息服務體系已列為北京市信息化發展規劃以滿足未來對寬帶接入需求，以ROF技術為基礎的無線寬帶接入能夠提供更大的接入帶寬和靈活性，可以為北京市城域寬帶網的無線接入部分提供技術支撐。

1.3 光標記交換介紹

另外，在光標記交換領域，利用高頻的無線信號調制光波實現的副載波（SCM）光標記和光載波抑制（OCSS）光標記現已有一些研究，這兩種標記實現方案有很好的應用前景，但還有一些問題需要深入研究，本論文對SCM光標記信號的傳輸距離受限問題和OCSS光標記分組的全光波長變換問題進行了深入研究，并得到了一些有價值的結論。

2 射頻調制的光標記交換技術

直接調制技術產生的光載毫米波信號的基本原理及其性能。基于M-Z結構的鈮酸鋰外調制器的光外調制技術產生的三種頻譜結構（DSB、SSB和OCS）的光載毫米波信號的機理和所需要的偏置電壓、射頻信號的幅度和相位等參數，并對所產生的光載毫米波信號的光譜結構和光電流等進行了詳盡的理論和實驗研究。DSB光載毫米波信號的頻譜效率只有SSB和OCS光載毫米波信號的頻譜效率的一半；產生相同頻率的光載毫米波信號，OCS調制方案所需要的射頻信號頻率只有DSB和SSB調制方案的一半；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，但由光電探測器解調得到的毫米波信號性能并無明顯差別。在分析鈮酸鋰調制器的調制特性的基礎上，得到了光載毫米波載波各光頻成分的初始相位與調制深度之間的關系，為后面推導DSB光載毫米波幅度衰落的節點和腹點位置奠定了基礎。

3 光載毫米波在光纖中傳輸時受的影響

DSB光載毫米波載波沿光纖傳輸時光電流的射頻成分的幅度衰落，射頻幅度衰落節點和腹點位置與三個光頻成分的初始相位之間的關系，并推導了衰落周期公式。通過光纖色散對OCS光載毫米波信號在光纖傳輸中性能影響的理論分析和實驗研究，發現當OCS光載毫米波被數據信號調制時，信號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脈沖變窄，而光電流中的基帶信號的脈沖寬度逐漸變寬。對這一現象原因進行理論分析后，得到了脈沖變窄與信號傳輸距離、光纖色散和光載毫米波信號頻率之間的關系，并給出了OCS光載毫米波信號最大傳輸距離公式。

通過光纖色散對OCS光載毫米波信號在光纖傳輸中性能影響的理論分析和實驗研究，得到了毫米波信號的光電流射頻成分幅度衰落與光載毫米波頻譜結構之間的關系，從理論上得到了脈沖變窄與信號傳輸距離之間光纖色散和光載毫米波信號頻率之間的關系，并推導了SSB光載毫米波信號最大傳輸距離公式。在此基礎上提出了克服脈沖變窄的方案（即將信號脈沖調制在單個載波上，而另一個光載波沒有信號），仿真結果表明該方案能夠大大延長SSB光載毫米信號的傳輸距離。

4 ROF雙工鏈路和網絡結構。

ROF系統中全雙工鏈路的實現方案：從ROF系統的要求出發分析了基站的簡化思路，研究了將射頻信號源轉移到中心站、利用雙工的光/電和電/光轉換器等方法簡化基站功能及結構的實現方案；根據光載射頻信號的光譜特點， WDM在ROF系統中的應用，利用波長間插方法實現多路光載射頻信號的波分復用，能夠進一步提高光纖帶寬的利用率；接著從理論上分析了WDM-ROF系統存在的三種信道間竄擾；最后分析了ROF系統中的星型、環型和總線型三種基本的網路結構及其特點。

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

對基于HNL-DSF的FWM效應的單泵浦和雙泵浦全光波長變換的頻譜結構、偏振敏感性等特性進行了理論和實驗研究，發現在單泵浦情況下光標記分組的頻譜發生翻轉，且對偏振很敏感；而在共極雙泵浦情況下波長變換所產生的新OCSS光標記分組的頻譜發生平移且偏振不敏感；通過對雙泵浦情況下兩個泵浦光的偏振方向對波長變換的偏振敏感性和轉換效率影響較大，發現在正交雙泵浦情況下，波長變換的轉換效率很低，且對信號光偏振很敏感。

[1]肖迪.基于副載波復用的光標記識別提取技術的研究[D].長春：長春理工大學，2011.

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