1、1毕业设计开题报告电子信息科学与技术ROF系统功率设计及增益分配研究一、选题的背景与意义无线通信经历了长期的发展，已经进入一个全新的领域。人们所关注的焦点已从简单的话音传输转移到各种形式的媒体传输，而且越来越强调实时性、可靠性、安全性和简便性。光纤通信作为有线通信领域中的先进技术，在传输速率、传输带宽、传输可靠性和介质稳定性等诸多方面都有着其它有线及无线系统无法比拟的优势。随着用户数量的增加，无线频段的局限性问题日趋严重。大容量的光网络和灵活轻便的无线网络的结合自然而然成为了现今人们研究的重点。射频光纤RADIOOVERFIBER,ROF系统也应运而生。ROF技术将将光纤传输与无线接入相结合，
2、可发挥各自的优势，扬长避短。无线系统具有很大的机动性和灵活性，但是受大气和降雨等影响，传输距离和带宽有限，光纤具有低损耗、高带宽、不受无线频率的干扰、便于安装和维护、功率消耗小以及操作更具灵活等优点，可以完成长距离传输，可以很容易地实现空分、波分和时分，能实现大容量、低成本的射频信号有线传输和超宽带无线接入。因此，ROF技术有着明显的优势和生命力。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题本课题主要研究的是ROF系统功率设计及增益分配，首要了解的是ROF系统的基本原理及其系统构架。典型的光波毫米波无线通信系统如图一所示，基站与中心站通过光纤连接，在中心站，对光载波进行强度调制得到光信号，经光纤传送到
3、基站，由光电探测器对光信号进行解调，获得基站所需的信号，放大后通过天线发射到移动终端。在上行链路，基站将接收到移动终端的信号，经过处理，经调制后送回到中心站进行处理。为了简化基站结构，信号处理工作几乎都在中心站完成，包括多路交换,路由,频率上下传及频率管理,完成E/O的转换和滤波功能。而基站只实现O/E转2换、滤波、放大以及无线信号发射和接收。天线下行链路中心站基站上行链路图一ROF光传输系统的基本结构色散是影响光毫米波ROF通信的一个重要因素。利用强度调制所得到的射频光载波，实际上是一个在光频上含有载波和两个边带的双边带信号。双边带调制信号的功率恶化的原因是光纤链路长度、调制频率、光纤色散参
4、数的影响，上下边带经过光纤传输时，其相位对于中心载波产生了不同相移。通过接收机光电转换的过程中上下边带分别与中心载波拍频产生了相位差，该相位差直接导致毫米波信号的功率恶化。因此，如果将光波在接收机进行光电转换前将中心载波滤出，仅采用上下边带进行拍频产生双倍于驱动信号的毫米波电信号，由于上下边带受到的光纤色散导致的相移量相同，其拍频后能有效地消除相位噪声的影响。另外，适当地调整相位调制器的驱动信号的幅度能够有效地抑制产生的光毫米波的高阶边带，从而减轻了毫米波信号在光纤传输过程中受到的色散影响。拟解决的主要问题是对ROF系统中光器件光功率的设计、无线传输部分电功率的估计以及对上行链路重要接收点的信
5、噪比分析，实现对射频光纤ROF系统的功率设计、计算及分配。通过系统的功率分配设计，对ROF系统的可实现性、合理性和稳定性做出必要的分析。三、研究的方法与技术路线首先，通过分解ROF系统各个模块，了解各个模块的功能，通过综合各个模块了解整个ROF系统的工作原理。3ROF系统框图其次，通过数学运算，计算出ROF中各个支路中各点的功率，还有各个地方的损耗和增益分配，通过系统的功率分配设计，对ROF系统的可实现性、合理性和稳定性做出必要的分析，建立实用的ROF系统。四、研究的总体安排与进度1、2010年11月至2010年12月搜集资料、开题报告2、2010年12月至2011年01月文献翻译、文献综述3
6、、2011年02月至2011年04月ROF系统功率设计及增益分配的理论分析4、2011年04月至2011年05月写毕业论文以及修改五、主要参考文献1龙海，刘鹏全双工光纤无线通信系统中的关键技术研究J通信技术2009年第05期，第42卷；2潘英华，林如俭，修明磊60GHZ毫米波ROF系统的光源研究J光通信技术，2006年第11期；3章伟飞ROF系统60GHZ毫米波产生方法的研究,现代企业教育J，2010年第11期；4张学康，张政微波与卫星通信M北京人民邮电出版社，1991；5赖先主，张宝富，徐智勇，谢畅ROF技术及其应用C全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集，20071101；6
7、杨湘云，胡薇薇，徐安士毫米波ROF光通信系统中信号传输色散影响的研究J北京大学学报自然科学版，第42卷，第3期，2006年5月；47裴军，余重秀ROF系统中毫米波产生方法的研究J通信技术及应用2007，2139；8白姣ROF系统中关键技术研究与应用D北京北京邮电大学，20072533；9XIUMINGLEI，QINJAILIN，LINRUJIANSTUDYONMETHODSTOYIELDAPERIODICALLYWAVELENGTHSWEPTLIGHTWAVESIGNALBASEDON60GHZRADIOOVERFIBERSYSTEMCCHANGCHUNPROCEEDINGSOFSPIETHE
8、INTERNATIONALSOCIETYFOROPTICALENGINEERING,20THCONGRESSONTHEINTERNATIONALCOMMISSIONFOR0PTICS,2005V602510MAJIANXIN,YUJIANJUN,YUCHONGXIUTHEINFLUENCEOFFIBERDISPERSIONONTHECODEFORMOFTHEOPTICALMMWAVESIGNALGENERATEDBYSINGLESIDEBANDINTENSITYMODULATIONJOPTICSCOMMUNICATIONS,2007,271025毕业设计文献综述电子信息科学与技术ROF系统功率
9、设计及增益分配研究摘要无线化和宽带化是当今通信业乃至整个信息业的热点。无线通信使得在任何时候、任何地方与任何人之间的通信成为可能。而宽带通信可以将数据、话音、视频和多媒体等各种业务信息很快地传送到企业和家庭个人用户，丰富了人们的工作以及生活。所以，这两者的结合无疑是未来通信的发展方向。基于此，ROFRADIOOVERFIBER技术利用光纤和高频无线电波各自的优点，能实现大容量、低成本的射频信号有线传输和超宽带无线接入，具有低损耗、高带宽、不受无线频率的干扰、便于安装和维护、功率消耗小以及操作更具灵活等优点。关键词RADIOOVERFIBER，光纤，射频，毫米波一、引言随着人类社会信息化的进程，
10、人们对多媒体宽带业务的需求日益增强，而目前拥塞的微波频谱面对这些精彩纷呈的业务却显得力不从心，因此毫米波频段的应用是无线通信迈向更大容量和更高速率的有效途径。60GHZ毫米波系统具有频段宽、设备尺寸小和受大气衰减影响显著的特点；而光纤拥有丰富的频带资源和抗电磁干扰的能力，将毫米波和光纤传输技术相融合，可以有效解决毫米波传输距离短和控制系统成本等问题，具有广阔的应用前景。二、材料来源及本课题的研究价值ROF技术是将射频信号调制到光信号上，通过光纤链路来传送无线信号的一种技术。ROF技术由于其灵活性、高带宽和高性价比，被认为是未来光纤无线接入技术的必然选择，特别是在建筑物内或者公司等应用场所。由于
11、中心站与基站之间通过光纤传输，损耗很低，加上光纤通信的巨大容量。ROF技术是未来解决“最后一公里问题”最有前景的方案之一。6ROF技术使用未经使用的3060GHZ毫米波段以避免频率拥塞。其基本结构由基站和中心站组成，如图11所示。由于基站数量巨大，因此基站功能必须最简化，以便获得价格上的优势。基于很多基站共用一个中心站的特点，微波毫米波通常集中在中心站产生。为了减少基站的费用，一般都采用由中心站向远端基站光纤馈送毫米波的方法，即在中心站产生需要发送的毫米波，通过光纤馈送至远端天线进行发送。基站只需进行最简单的光电转换，然后直接向空气中发送微波毫米波信号。而在上行链路上，基站只需将接收到的微波毫
12、米波信号调制到光载波上，通过光纤传回中心站进行处理即可。由于电域器件昂贵，而且由于微波毫米波无法在铜缆上传输较远距离，使用全光的方法产生和传播微波毫米波信号非常具有前景。通过使用副载波调制技术将射频频率调制到光载波上远端馈送到基站上，可以充分利用光纤容量巨大、损耗小的优势。通过把主要功能集中到中心站，大量基站共享同一个中心站的方式来减低费用。ROF链路的关键技术一般包括ROF系统构架、微波/毫米波的产生、调7制与解调、微波信号的光子学处理、链路性能改善、超宽带技术UWB等等。ROF的系统构架包括单工链路独立下行链路、双工链路、有线无线结合的链路以及与未来波分复用无源光网络的结合的链路等等。图1
13、2显示了最基本的双工ROF链路。在下行链路中，中心站负责将电信号调制到光载波上，通过光纤将调制好的光信号传输到基站上，而基站只需进行简单的光电转换，然后通过毫米波段的天线发射到空气中去。而在上行链路中，基站负责将天线接收到的射频信号调制到光载波上，通过光纤将该信号传输到中心站进行处理。因此基站只需要实现简单的光电和电光转换功能即可，结构简单，费用低廉，维护方便。而中心站集中实现对信号的编码、调制和上变频等各种处理。一个中心站可以由很多个基站共享，这将大大减少费用，也便于系统的更新和维护。图12ROF基本链路有关ROF系统中的关键技术分析ROF技术需要解决的关键问题是如何用光波传送无线信号，并且
14、在基站产生受基带信号调制的微波/毫米波载波，同时要克服光纤色散对无线信号的影响8。另一方面，ROF技术方案必须综合考虑经济因素，因为系统成本尤其是基站设备和维护成本决定了ROF技术是否有实用价值。ROF系统中的关键技术分析用光学的方法生成毫米波，具有便捷、易调节和便于与光纤传输系统集成的优点，是国际上ROF技术研究中一个非常有吸引力的方向。目前从事该课题研究的主要有日本、韩国及欧美的一些国家，其研究重点主要集中在基站和中心站间的毫米波产生和传输技术9。8目前，在毫米波ROF技术研究方面国外提出的比较有价值的方案大致有四种直接调制技术、上下变频技术、光自外差技术、电吸收收发器技术。直接调制技术直
15、接调制技术的原理就是用毫米波副载波直接调制光波。一般光波的调制方法主要分直接调制和外调制。直接调制虽然简单，但不能保持激光器频谱稳定，而且无法工作在10GHZ以上，所以不适合用于毫米波调制。外调制采用独立的光源和调制器，发光器件和光调制器都能够工作在最佳状态，同时外调制器可以工作在更高的频段。图31直接调制技术系统结构外调制技术方案是在CS中用基带信号调制毫米波副载波，然后再用光调制器把己调毫米波信号调制到光波上。图31是采用外调制法的系统结构，CS中将毫米波本振源的输出信号一分为二，一路先经过毫米波调制器与基带信号混合，成为携带基带信号的已调毫米波596GHZ，然后通过电吸收光调制器EAM对
16、光波（波长1）进行强度调制，另外一路纯净的毫米波57GHZ通过电吸收光调制器EAM对光波（波长2）进行强度调制。基站中通过解波分复用器将接收到的两个波长的光波分路，用高速的光探测器对携带基带信号的一路（波长1）光波进行检测，就直接生成已调毫米波信号596GHZ。另外一路（波长2）光波用作BTS上行光源，通过电吸收光调制器EAM用接收到的来自无线用户的毫米波信号596GHZ对携带57GHZ副载波的光波进行调制的同时，已经将596GHZ信号变成了光波上携带的26GHZ信号，然后经过光纤传送回中心站。直接调制技术的一个主要问题是所产生的光双边带信号DSB在光纤传输过程中会受到光纤色散的影响。假设使用
17、非色散位移单模光纤，高于1300NM的光DSB信号在长距离传输过程中，其下边带LSB滞后于上边带USB。而在基站光信号接收端，LSB和USB波分别携9带的毫米波副载波分量，经平方律探测器产生差拍，差拍产生的毫米波信号沿光纤轴线呈周期性的衰落。总的来说，外调制技术具有结构简单的优点，但光纤色散影响较严重，调制深度不高，有非线性响应。另外从经济角度考虑，中心站需要毫米波本振和毫米波调制器，尤其是基站也需要使用毫米波段的光调制器，这些器件都是相当昂贵的，不利于实际系统的推广。上/下变频技术上/下变频技术在中心站中使用中频信号13GHZ作为副载波，数据信息调制在中频信号上，已调制的中频信号再直接调制光
18、波10。基站中需要毫米波本振源，进行中频信号的上变频和毫米波信号的下变频，分别应用于基站的下行链路和上行链路。实现上变频和下变频有两种不同的技术，既可以在电信号域实现，又可以在光信号域实现，如图32所示。10图32上/下变频技术ROF系统结构图图32A是以电的方式实现上下变频的系统结构，在基站中经探测器直接提取中频副载波，并与基站中的毫米波本振源直接混频，将中频副载波上变频到毫米波频段。图32B是以光的方式实现上下变频，在基站中不使用电的毫米波本振源，上/下变频所需要的毫米波载波用一个前向反馈光场调制模块产生。这个光模块包括了两个独立的相位噪声相关的激光器，用两路光波差拍生成的低相位噪声的毫米
19、波信号作为上/下变频的本振信号。上/下变频技术使得光纤链路中传输的是中频副载波信号，因而受光纤色散的影响小，但缺点是变频效率不高，基站中需要毫米波本振和毫米波混频器，或者需要两个激光器差拍得到毫米波信号，使基站设备非常复杂。光学自外差技术由于光速很高，两个激光器的波长的微小差异所对应的频率差异就是毫米波频率，例如在1550NM波段，08NM的波长差异对应100GHZ的频率差异。因此若有两个波长相近、相位相干、偏振相符的激光器，将它们所产生的光波同时投射到具有平方率电场检测特性的光探测器上，就能产生出毫米波，其频率是两个光源的频率之差。这个方法在原理上是简单的，实现的关键是如何获得两个相干的光源
20、。如果使用两个独立的激光器作为光源，要得到稳定可用的毫米波信号是非常困难的。这是由于（1）每个激光器输出的光波相位随机，很难保持两路光波的严格相干（2）温度或偏置电流的变化会引起激光器输出中心波长的漂移，使差拍出来的毫米波频率也发生漂移，例如激光器中心波长偏移01NM对应的频偏就是125GHZ。为了获得频谱纯净的相干光源，已提出了许多方案，包括光锁相环、锁模激光二11极管MLLD和双步光外差技术等11。图33光学自外差技术生成毫米波的系统框图图33所示为锁模激光二极管产生了几个相干的波长，经波导阵列列光栅取出其中的两个，频差为需要的毫米波频率12。一个光波被数据调制，与另一个一起经光纤传输到达
21、基站，在光探测器上差拍出己调毫米波信号，经放大后向外发射。电吸收光收发技术电吸收型光收发器EAT，ELECTROABSORPTIONTRANSCEIVERS是一种可以工作在60GHZ频段的光电器件，有两个独立的射频端口和两个光纤接口。EAT元件由三个部分组成，分别是光探测器、无源波导、光调制器。图34电吸收光收发器ROF方案采用EAT的ROF系统结构如图34所示。在中心站，数据信号与毫米波本振混频，产生60GHZ的己调毫米波副载波。同时激光器LD1发送下行光波波长1处在EAT的吸收区，激光器LD2发送上行光波波长2从处在EAT的过渡带。已调毫米波副载波通过外调制器12EAM调制到下行光载波1上
22、，然后下行光波1与上行光载波2混合，通过光纤传送到基站。在基站中，下行光信号经EAT元件解调后，直接从射频输出端口输出60GHZ的己调毫米波信号，该信号由天线发送出去。基站接收无线用户发送的毫米波信号，并且通过EAT元件将其直接调制到上行的光载波上，再通过光纤传送回中心站。采用EAT元件的传输系统可以使基站系统大大简化，基站中只进行光电、电光转换，不需要其他的光学元件，但是中心站仍然需要使用毫米波本振以及高频率的光调制器。另外EAT器件为日本的专利产品，成本昂贵，距离商品化还有一定的过程，所以EAT技术的ROF系统方案构思虽好，但是其推广应用还有相当大的难度。ROF系统的实现技术一个完整的RO
23、F系统主要由物理层和协议层构成。协议层要根据不同的服务（比如移动通信，本地多点分布系统LMDS等）从功能级角度描述。物理层从传输级角度实现对信息的“透明”传输。下面主要从物理层的角度介绍一些ROF系统的实现技术。光复用技术为了有效利用光纤提供的超大带宽，ROF系统采用复用技术，将中心站到多个基站的信号放在同一条光纤里传输。目前，主流的光复用技术分为时分复用TDM，波分复用（WDM），副载波复用（SCM）和码分复用（CDM）四种。不同的复用方式有各自的优缺点，而且各种复用方式还可以结合使用，那一种复用技术更适合用于实现ROF系统，成为一个研究点。光时分复用TDM是用多个电信道信号分别调制频率相同
24、但在时间上相互错开的光脉冲载波，然后进行光复用；接收端用TDM解复用器光开关在定时的控制下分出不同信道的光信号,然后分别解调,恢复出原信道电信号。TDM系统只用到了一个波长，光源的实现比较容易，但是由于需要精确的控制各路信号的时隙，对时钟同步的精度和快速抽样都有较高的要求。所以，TDM技术不适合用于实现ROF系统。光波分复用（WDM）是将两种或多种不同的光载波信号在发送端经复用器或称合波器汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中传输；在接收端经分波器或称解复用器将各种波长的光载波分离后由光接收机作相应的处理而恢复原信号。WDM的优点是在不增建光缆线路或不改建原有光缆的基础上，扩大了光纤的传输容
25、量；系统基本使用无源器件，结构简单，体积小，可靠性高，易于光纤耦合，成本低；同时可以在同一光纤里实现双向通信。13目前，蜂窝状无线接入网也多采用这种复用技术。如果将WDM系统中调制光载波的基带电信号换成射频信号，这就是副载波复用技术。光副载波复用（SCM）是将所要传输的信号先用于调制一个射频（超短波到微波的频率）载波，再用射频信号调制发射光源。在接收端经光电转换后恢复带有信号的射频波，再通过射频波检测还原成原信号。SCM系统不需要实现时钟同步和快速抽样等功能，结构简单，成本较低。虽然SCM也存在对系统非线性性能要求高等缺点，但仍旧被认为是在目前的研究和生产中实现ROF系统的首选复用技术。另外还
26、有一种处于研究阶段的光码分复用（CDM）技术。它的复用策略是给每路信号分配一个唯一的光正交码的码字作为该信号的地址码。在发送端，对要传输的数据该地址码进行光正交编码，然后实现信道复用；在接收端，用与发端相同的地址码进行光正交解码。它的亮点是能够增强系统的保密性和灵活性。但由于技术方面的原因，CDM并不成熟，距离实用化还有一段路要走。信号源的设计从狭义的角度看，信号源由用于生成光信号的模块组成，它的主要功能是产生适合光纤链路传输的光信号；广义的看，所有用于生成适合BTS发送的RF信号的模块共同组成了信号源，即整个ROF系统是一个广义信号源。因此，信号源的设计，重点是回答好两个问题如何产生高质量的
27、光信号；如何产生合适的RF信号。产生光信号，无一例外的需要调制，即使是通过光收发机生成的光信号，其根本也是一个调制的过程。调制后光信号的带宽、啁啾等性质，将直接对通信系统的性能产生影响。目前，光载波调制分为直接调制和间接调制，下面给出了这两种调制方式并分析了他们的优缺点以及应用背景。直接调制优点结构简单，成本低廉。缺点非线性强，受光源性能影响大。应用背景短距离，低副载波频率传输。间接调制优点线性度好，受光源性能影响小调制频率高。缺点元件多，成本高，插入损耗大。应用背景长距离，高副载波频率传输。14比较可以看出，间接调制更适用于60GHZ的ROF系统。同时，在某些不需要极高带宽的环境下进行微区内
28、的通信，则可以在保证带宽够用的前提下选用较低的副载波，采用直接调制技术系统的降低成本。由上面的分析可知，回答“如何产生光信号”等同于根据系统应用条件选择一种光调制方式。相比之下，回答“如何产生合适的RF信号”比较复杂。目前，主流的RF信号产生技术是光外差和调制。需要提前说明的是，以下我们将针对如何产生包含有效信息的RF频段信号进行讨论，而并不是特指产生适合BTS发射的RF信号。光外差法主要思路是利用两路光（其频差是需要的RF信号频率）混频得到RF信号。两束差频光可以分别由两个激光器产生，或者由一个多模激光器，难点是同步两个差频光源的相位，即消除二者的相位噪声。为了达到这一目的，人们使用了各种相
29、位锁定和模式锁定以及二者结合的方式（OPLL,OIL,OIPLL）。在应用过程中，一个成熟的上述光源是相当昂贵的。采用光外差法只能在BTS内通过混频生成RF信号。而采用调制技术，在CS和BTS均可以生成RF信号。从技术的角度考虑，在BTS生成RF的ROF系统在CS中采用的副载波频率较低，对光源的啁啾、光纤的非线性效应的控制均优于在CS生成RF的ROF系统。但从成本的角度考虑，在BTS生成RF的ROF系统的BTS结构简单，而在CS生成RF的ROF系统的BTS需要毫米波段的振荡器。因此，两系统各有利弊，需要根据应用背景进行取舍。如果考虑信号在传输过程中的色散和非线性，有时还在信号源内引入起抑制色散
30、作用的SSB调制模块和抑制非线性的预失真模块，提高BTS接受到的信号的质量。随着RF频率的升高和系统容量要求的提高，系统对功率、非线性性能的要求提高，信号源的复杂度也随之提高，多信道引起的交调，相位噪声等不良影响的抑制措施均需要重新考虑。基站BTS的设计BTS在实际的通信系统中起到承上启下的作用，一方面把下路的信号经过处理（放大，上变频等）发射给移动终端，一方面把移动终端的信号上载到光载波上路到CS处理。由于射频波的自由空间衰减每个BTS可以覆盖的区域比较小，因此BTS需要大量布置，人们对BTS的关注点在于实现必要性能的同时尽量简化BTS模块，降低其功耗和成本。最基本的BTS设计方案是用一个P
31、DPHOTODIODE实现下路，一个激光器加调制器实现上15路。而为了进一步简化BTS的结构，节约成本，人们又提出一种由CS提供上路所需的光载波的设计方案，在这种方案中，BTS不再需要高质量的光源，降低了部分成本。另外，还可以利用电吸收收发机（ELECTRONICABSORPTIONTRANSCEIVER，以下简称”EAT”）实现BTS。适当设计参数，EAT可以在无偏置情况下使用，并且可以同时实现副载波信号的接收和传送。仍旧沿用上路和下路都用CS端的光波的设计思路，并引入了EAT，可以说是所能实现的最简单功耗最低成本最低的BTS设计方案。但是，适合这种设计方案使用的EAT还处于研究阶段。目前，
32、日本已经制作出了EAT的实验室产品。尽管单器件BTS看上去是个完美的方案，但是新器件的开发，测试和商品化都要有过程，另外这种器件是否适用于未来WDMSCM系统等问题还有待讨论。总之，BTS的设计方案主要受CS信号源影响，不同的信号产生对应不同的接收方式。有的方案还在BTS接受端前加入放大，滤波器和色散补偿，非线性失真补偿等模块来提高系统性能，同时还要考虑到给移动终端发射信号的功率，发射天线的大小，方向等问题。在实际应用中要综合考虑来设计BTS。目前的发展方向是利用MMIC（MONILITHICMICROWAVEINTEGRATEDCIRCUIT单片微波集成电路）技术实现BTS的小型化和低成本。
33、ROF系统的色散管理ROF系统的一个重要问题是光纤色散所造成的毫米波衰落现象，即对于给定光纤长度，有一系列射频频率成分的输出功率为零；或者对于给定的射频频率，光纤的射频输出功率随光纤长度起伏，在一系列光纤长度上为零。对这个问题的研究在国际上曾探讨了用光波生成毫米波时，采用自外差技术SELFHETERODYNE让一个光源发出的相干光波在光探测器处干涉，光纤色散造成的不同波长光波的相位偏移使外差生成的毫米波幅度发生衰落。对于ROF系统中光纤的色散是影响系统性能最主要的因素，初期的实验系统工作在1310NM以避免色散的影响。随着ROF技术应用的发展，其系统规模会逐渐扩大，此时对要求增加信号功率，因此
34、，ROF技术的研究和应用逐渐转向1550NM波段。1550NM波段是光纤的低损耗窗口，而且有成熟的EDFA技术支持光放大。但对于SMF光纤，这个波段的色散不可忽略，色散成为限制系统传输距离、带宽的主要因素。特别是随着RF信号频率增加，传输数字信号频带加宽，色散的影响和补偿等问题都要在系统设计中给予考虑。解决色散限制问题的方法有很多种，比如利用调制器啁啾特性或FBG引入预补偿，在接受端用DCF光16纤或者FBG做后补偿，采用SSB调制，在中途用OPC（OPTICALPHASECONJUGATION）模块的相位共轭作用使传输前半途和后半途的色散抵消等等方法。现把各种方法列举如下并比较一下它们的优缺
35、点。利用调制器啁啾预补偿优点简单方便，可以控制调制器电压改变补偿度，具有一定灵活性。缺点只是缓解色散影响，即把功率零点移远不能消除，且补偿效果对调制器特性敏感，需要稳压电路等附加设备。利用DCF/FBG后补偿优点可以根据链路参数设置补偿模块参数完全补偿色散。缺点不灵活，不能动态补偿，多个终端时成本高。利用SSB调制优点从色散产生的根源入手消除色散，不用考虑传输距离等变化，允许系统参数动态变化；提高系统的频带利用率，用MZM实现还可以使用于WDM系统。缺点用MZM实现需要稳压电路；用FBG动态特性不好，要根据副载波频率调整带宽，在多信道大功率SPM存在时性能受限。利用OPC补偿优点对色散补偿效果
36、好，同时减小SPM的影响，放置位置灵活。缺点系统复杂度高，成本高。通过以上的比较可以看出，SSB调制抑制色散的方法从效果复杂度和成本上都是比较好的方案。目前实验系统中也普遍使用SSB方法来抑制色散。实现SSB调制有各种不同的方法，比如用FBG等光滤波器，利用MZ调制器特性，设计特殊的器件等等。兼顾色散管理的效果和成本，用MZM和FBG实现SSB是最普遍的的方法。三、总结在查找资料，对资料进行整理、分类，到本电流模设计电路，时间虽然不短，但好的开端是成功的一半。在本课题系统的建立的过程中遇到了不少的麻烦和困难，但我相信这是磨练一个人的最好方法，只有受挫才能长见，只有困难才能思考，这样才能有进步。
37、通过这次的查找资料，也使我的知识和自我学习能力得到了很大的提高，这次的课题也是我以前所学知识的一个总结和检验，可能最后的设计不是很完美，但我相信经过这次的磨练，能为我以后人生的道路提供一个不错的参考，遇到困难时，永不言弃17四、参考文献1JPYAO，RKASHYAP，ANDKWU,“RADIOFREQUENCYANDMILLIMETERWAVEPHOTONICTECHNOLOGYFORBROADBANDCOMMUNICATIONSANDSENSORNETWORKS,”OPTOELECTRONICS,2006OPTICSVALLEYOFCHINAINTERNATIONALSYMPOSIUMON,
38、PP1925,NOV20062AHIRATA,MHARADAANDTNAGATSUMA,“MULTIGIGABIT/SWIRELESSLINKSUSINGMILLIMETERWAVEPHOTONICTECHNIQUES,”MICROWAVEPHOTONICS,2001MWP012001INTERNATIONALTOPICALMEETINGON,PP7780,JANL,20023KWANG,XZHENG，HZHANG,ANDYGUO,“ARADIOOVERFIBERDOWNSTREAMLINKEMPLOYINGCARRIERSUPPRESSEDMODULATIONSCHEMETOREGENERA
39、TEANDTRANSMITVECTORSIGNALS,”IEEEPHOTONICSTECHNOLOGYLETTERS,VOL19,NO18,PP13651367,SEP20074龙海，刘鹏全双工光纤无线通信系统中的关键技术研究J通信技术2009年第05期，第42卷；5潘英华，林如俭，修明磊60GHZ毫米波ROF系统的光源研究J光通信技术，2006年第11期；6章伟飞ROF系统60GHZ毫米波产生方法的研究,现代企业教育J，2010年第11期；7张学康，张政微波与卫星通信M北京人民邮电出版社，1991；8赖先主，张宝富，徐智勇，谢畅ROF技术及其应用C全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会
40、议论文集，20071101；9杨湘云，胡薇薇，徐安士毫米波ROF光通信系统中信号传输色散影响的研究J北京大学学报自然科学版，第42卷，第3期，2006年5月；10裴军，余重秀ROF系统中毫米波产生方法的研究J通信技术及应用2007，2139；11白姣ROF系统中关键技术研究与应用D北京北京邮电大学，20072533；12XIUMINGLEI,QINJAILIN,LINRUJIANSTUDYONMETHODSTOYIELDAPERIODICALLYWAVELENGTHSWEPTLIGHTWAVESIGNALBASEDON60GHZRADIOOVERFIBERSYSTEMCCHANGCHUNPRO
41、CEEDINGSOFSPIETHEINTERNATIONALSOCIETYFOROPTICALENGINEERING,20THCONGRESSONTHEINTERNATIONALCOMMISSIONFOR0PTICS,2005V602513MAJIANXIN,YUJIANJUN,YUCHONGXIUTHEINFLUENCEOFFIBERDISPERSIONONTHECODEFORMOFTHEOPTICALMMWAVESIGNALGENERATEDBYSINGLESIDEBANDINTENSITYMODULATIONJOPTICSCOMMUNICATIONS,2007,271021814DNOV
42、AK,”FIBEROPTICSINWIRESSAPPLICATIONS”,OFC2004SHORTCOURSE217,200415邓大鹏光纤通信原理人民邮电出版社，2003年8月。45。16DWAKE,”RADIOOVERFIBERSYSTEMSFORMOBILEAPPLIEATIONS”INRADIOOVERFIBERTECHNOLOGIESFORMOBILECOMMUNICATIONSNETWOKS,HAI一RWAESHIDY,ANDSKOMAKI,EDARTECHHOUSE,INC,USA,200217吴诗其朱立东通信系统概论清华大学出版社2008年7月23223318APOWELL,“
43、RADIOOVERFIBERTECHNOLOGYCURRENTAPPLICATIONANDFUTUREPOTENTIALINMOBILENETWORKSADVANTAGESANDCHALLENGESOFAPOWERFULTECHNOLOGYINRADIOOVERFIBERTECHNOLOGIESFORMOBILECOMMUNICATIONSNETWORKS”,HAIRAWESHIDY,ANDSKOMAKI，EDARTECHHOUSE，INC，USA，200219DWAKE,SDUPONT,CLETHIEN，JPVILCOT,ANDDDECOSTER,“RADIOFREQUENEYTRANSMI
44、SSIONOVERMULTIMODEFIBERFORDISTRIBUTEDANTENNASYSTEMAPPLICATIONS“,ELECTRONICLETTERS，VOL37，NO17,PP10871089200120EVANSBC,BAUGHANK,VISIONOF4GJELECTRONICSFIBERMODULATIONDEGREEPASSLOSS23目录1绪论2411ROF技术提出的技术背景2412ROF技术的基本概念2613ROF技术介绍2614ROF技术的优点2615ROF技术的局限2816本论文的结构282ROF系统设计原理2921ROF技术的系统框架2922马赫曾德尔调制器（MZ
45、M）3023OFM光学倍频法313ROF系统仿真设计3531OPTISYSTEM70软件介绍3532OFM光毫米波仿真图3633DPSKROF系统仿真图424ROF系统的功率设计与增益分配5141国家无线电频率的有光规定5142仿真图各器件的损耗与增益5143ROF系统的功率设计与增益分配525总结56致谢错误未定义书签。附录错误未定义书签。24绪论ROF技术提出的技术背景无线化和宽带化是当今整个信息业的热点。经过了长期的发展，无线通信已经进入了一个全新的领域。它使得人们现在无论何时、无论何地都能与任何地方的人进行通信；而宽带通信则是将数据、语音、视频、INTERNET和多媒体等多种应用传送到
46、各个家庭和各种企业，丰富了大众的工作和生活，使得人们的生活多姿多彩。因此，将两者结合起来无疑是未来通信的发展方向。1无线化无线通信主要包括卫星通信和微波通信两个方面。利用通信卫星作为中继站，在地面上两个或者多个地球站之间或移动体之间建立微波通信联系的通信方式为卫星通信。微波是一种无线电波，它的频带很宽，通信容量也很大，但是它传输距离只有几十千米，这限制了它的使用范围，要想使得微波覆盖面积扩大，就必须每隔几十千米建立一个微波中继站，组成“蛛网”结构，扩大覆盖面积。电磁波信号可以再自由空间传播，而无线通信（WIRELESSCOMMUNICATION）就是利用电磁波信号这一特性进行信息交换的一种通信
47、方式。这些年来，无线通信技术发展速度越来越快，这使得它是信息通信领域中，发展最快、应用最广的技术。然而，现在无线通信的工作频率在不断地提高，与此同时，大气中由于反射和吸收引起的损耗也越来越多，传输线中的阻抗也随之增加，致使损耗越来越大。而且长距离地传送高频率的微波信号需要昂贵的再生设备。这不得不使我们寻求新的方法解决这一难题。2宽带化从这些年来的移动通信系统数据传输速率可以看到以前，第一代模拟式移动通信系统并不支持数据传输，它只能提供语音服务；随着时间的发展，到了第二代的时候，数字式移动通信系统的数据传输率只有96KBPS，但是最高的数据传输率也只能达到32KBPS,如小灵通；位于2G和3G之
48、间的以通用分组无线业务（GPRS，GENERALPACKETRADIOSERVICE）技术为代表的25G移动通信系统的数据传输速率为96KBPS384KBPS；而第三代移动通信系统的实际数据传输速率最大也只能达到2MBPS1。这远远不足以实现宽带通信的要求。25要想提高无线通信系统的容量实现宽带通信，则必须提高它的工作频率。但从表11中，我们可以看出，我国大多数业务都集中在3GHZ以下，而且现有的低频段频率资源几乎都被占用，而在30GHZ以上的频率资源都没被使用2。因为我国业务都集中在低频段，对于30GHZ以上的频率不怎么利用，特别是对于20GHZ和60GHZ频段的两个大气传输高损耗窗口，如图
49、11所示3。表11无线频率资源分配情况业务名称占用频带业务名称占用频带业务名称占用频带无线接入网24GHZ固定无线接入系统35GHZ本地多点业务分配系统26GHZ移动通信无线电业务515535GHZ，547572GHZ固定无线接入系统525535GHZ中国联通GSM09GHZ微波无线接入系统24G,35G,58GHZ卫星移动通信系统19201GHZ217022GHZ多路微波有线电视传输25352599GHZ图11不同频率的电磁波在大气中的损耗特性26ROF技术的基本概念光载无线通信RADIOOVERFIBER（ROF）技术是应高速大容量无线通信需求，新兴发展起来的将光纤通信和无线通信结合起来并以光纤代替大气作为传输煤质传输信号的无线接入技术。ROF技术介绍光载无线通信RADIOOVERFIBER（ROF）技术是应高速大容量无线通信需求，新兴发展起来的将无线通信和光纤通信结合起来的无线接入技术。ROF系统中运用光纤作为基站（BS）和中心站（CS）之间的传输链路。在该系统中，直接利用光载波来传输射频信号。对比而言，光纤只起到传输的作用。交换、控制和信号的再生等工作都集中在中心站，基站仅实现光电装换、滤波、放大以及无线信号发射和接收。由此，可以把复杂昂贵的设备都集中在中心站，让多个远
