第四代通信关键技术

1、主要内容主要内容RoF应用前景应用前景1 RoF关键技术简介关键技术简介23 RoF方案及应用方案及应用4现今无线通信概述现今无线通信概述总结总结5v 3000GHz以下频谱称为无线电波，国际电联划分了以下频谱称为无线电波，国际电联划分了9kHz400GHz使用范围。使用范围。电磁谱图电磁谱图毫米波频率范围：毫米波频率范围：30300GHz优点：带宽宽，波束窄优点：带宽宽，波束窄1. 无线通信概述无线通信概述v低频无线电波在大气传输损耗比高频小得多，相同低频无线电波在大气传输损耗比高频小得多，相同发射功率低频段覆盖面比高频段大，移动范围大。发射功率低频段覆盖面比高频段大，移动范围大。v目前无线

2、业务大多集中在目前无线业务大多集中在6GHz6GHz以下，频段非常拥挤以下，频段非常拥挤。载波频率低，能提供带宽小，限制了承载高速业。载波频率低，能提供带宽小，限制了承载高速业务能力。务能力。1. 无线通信概述无线通信概述v 40GHz以上无线电波几乎未被使用。以上无线电波几乎未被使用。v 高频无线电波问题：高频无线电波问题： I. 空气传播高损耗（空气传播高损耗（15dB/km；15cm水泥墙水泥墙36dB） II. 高频电子设备非常昂贵，成本很高高频电子设备非常昂贵，成本很高 RF信号的衰减图信号的衰减图40GHz频段衰耗非常大频段衰耗非常大优点：通信安全性强优点：通信安全性强 频率复用率

3、高频率复用率高1. 无线通信概述无线通信概述v但对于短距离但对于短距离(2km)信号干扰有天然的空间隔离度信号干扰有天然的空间隔离度。若把高频段组成微小蜂窝网，可提高频谱复用。若把高频段组成微小蜂窝网，可提高频谱复用率。高损耗劣势变成优势。率。高损耗劣势变成优势。v60GHz频段的毫米波能提供频段的毫米波能提供7GHz无线带宽，无线带宽，低频段系统无法比拟。低频段系统无法比拟。v40G70GHz波段毫米波将成为未来无线通信波段毫米波将成为未来无线通信的首要考虑波段。的首要考虑波段。1. 无线通信概述无线通信概述v由于由于40GHz以上高频段的大气损耗大，所以必以上高频段的大气损耗大，所以必须解

4、决这个问题，才能让高频段信号可以在实际须解决这个问题，才能让高频段信号可以在实际中应用。中应用。v 怎样使传输损耗最低？怎样使传输损耗最低？v 光纤光纤ROF系统的提出系统的提出1. 无线通信概述无线通信概述受电磁干扰少受电磁干扰少缺点缺点不能移动不能移动2.1 两大通信技术比较两大通信技术比较传输系统两大传输系统两大核心技术核心技术传输能力有限传输能力有限基站成本高基站成本高无线通信无线通信移动性强移动性强环境影响大环境影响大光纤无线传输系统光纤无线传输系统（RoF）维护方便维护方便光纤通信光纤通信带宽大带宽大传输损耗低传输损耗低缺点缺点2.2 ROF技术技术v光纤（载）无线光纤（载）无线r

5、adio-over-fiber（ROF）通）通信技术是应高速大容量无线通信需求发展起来的信技术是应高速大容量无线通信需求发展起来的将光纤将光纤/无线通信结合起来的无线接入技术。无线通信结合起来的无线接入技术。v利用光载波传载射频信号，光纤起传输线作用。利用光载波传载射频信号，光纤起传输线作用。vROF提高了无线带宽，具有低损耗、高带宽和抗提高了无线带宽，具有低损耗、高带宽和抗电磁干扰特点。电磁干扰特点。Company Logo2.3 RoF系统结构系统结构2.3 RoF系统结构系统结构解决方案：简化基站BS的绝大部分信号处理功能 CS集中处理，只保留必要的射频收发功能;BS-CS的RF信号通过

6、模拟光纤链路来传输问题：工作频率 天线覆盖范围 天线密度 系统成本3.1 最基本的最基本的DSB-ROF( )cos()mmmEtAt( )cos()cccE tAt( )1cos()cos()cmcE tAtt11( )cos()cos() cos() 22ccccmccmE tAtAtAt积化和差第一步：毫米波调制3.1最基本的最基本的DSB-ROF时域时域频域频域mcc c+m c-m毫米波激光载波光学毫米波3.1最基本的最基本的DSB-ROF第二步：数字调幅（ASK）数字基带信号乘法器光学毫米波含有信号的光学毫米波( )()nnA ta g tnT11( )cos()cos() cos

7、() 22ccccmccmE tAtAtAt111( )( )cos()cos() cos() 22ccccmccmE tA tAtAtAt3.1 最基本的最基本的DSB-ROF含信号的含信号的光学毫米光学毫米波波基带基带信号信号光学毫光学毫米波米波c c+m c-m3.2 三种外部调制技术比较三种外部调制技术比较2单边带优点：优点：抗色散效果好抗色散效果好传输距离远传输距离远缺点：缺点：接收端灵敏度低接收端灵敏度低3载波抑制优点：优点：LO频率低、频谱利频率低、频谱利用率高用率高缺点：缺点：色散引起码元色散引起码元错位，产生高误码率错位，产生高误码率双边带优点：优点：配置简单，容易实现配置简

8、单，容易实现缺点：缺点：色散影响严重色散影响严重传输距离短传输距离短13.3 基于四倍频的新型单边调制系统基于四倍频的新型单边调制系统60GHz毫米波，毫米波，LO调制频率只有调制频率只有15GHz铌酸锂铌酸锂(LN)调制器调制器铌酸锂铌酸锂(LN)调制器调制器铌酸锂铌酸锂(LN)调制器调制器四倍频毫米波理论分析四倍频毫米波理论分析双臂双臂LN MZI调制器的输出场强调制器的输出场强：212120( )( )( )( )exp(1)exp .10cbboutE tVVV tV tEtjjjjVVVV（1）对于对于0.50.5功分比功分比.)cos(cos)cos(cos21020tmttmtE

9、ELOLOcout（2）m=VLO/V ，相位调制指数。展开：相位调制指数。展开：.) 12cos()() 1()sin(2)2cos()() 1(2)()cos() 12sin() 12sin() 12cos() 12)cos() 1()sin(2)2sin()2sin()2cos()2)cos() 1(2)()cos(211210120101122012020nLOnnnLOnnnLOLOnnnLOLOnncouttnmJttnmJmJtntnntnmJtntnntnmJmJtEE（3）设置设置= ，Vb1=Vb2=0 ，cos(2n)=1, sin(2n)=0, cos(2n-1)=-1

10、, sin(2n-1)=0, 1=Vb1/V =0，2=Vb2/ V =0. 输出电场化简：输出电场化简： .)2cos()() 1(2)(cos1200nLOnncouttnmJmJtEE（4）奇阶光学边带被抑制。滤除高于奇阶光学边带被抑制。滤除高于2阶的边带阶的边带00200()cos2()cos(2)cos(2).outccLOLOEE JmtE Jmtttt（5）毫米波信号只剩下毫米波信号只剩下0阶和阶和2阶边带。阶边带。四倍频毫米波理论分析四倍频毫米波理论分析误码率及眼图误码率及眼图下行信号上行信号from ： A full-duplex radio-over-fiber syste

11、m based on frequency decupling”, Optics Communications眼图比较眼图比较传统双边带调制新型单边带调制from ： A full-duplex radio-over-fiber system based on frequency decupling”, Optics Communications小结小结v基站没有额外的激光器，简化了基站结构。基站没有额外的激光器，简化了基站结构。v四倍频的产生降低了四倍频的产生降低了LO频率，从而降低系统总频率，从而降低系统总成本。成本。3.3 四倍频四倍频ROF技术技术3.4 OFDM-ROF系统系统vOFD

12、M (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)正交频分复用技术，一种多载波调制。正交频分复用技术，一种多载波调制。vOFDM中各载波相互正交，每个载波有整数个载波周中各载波相互正交，每个载波有整数个载波周期，且每个载波的频谱零点都和相邻载波的零点重叠，期，且每个载波的频谱零点都和相邻载波的零点重叠，从而减小载波间干扰。载波间部分重叠，比传统从而减小载波间干扰。载波间部分重叠，比传统FDM提高了频带利用率，节约约一半频带资源。提高了频带利用率，节约约一半频带资源。OFDM系统系统OFDM原理原理 设在一个设在一个OFDM系统中有系统中有N个子信道，每

13、个子信个子信道，每个子信道用一个子载波道用一个子载波10( )cos(2)( )cos(2)kkkkNkkkkx tBf tNs tBf t则在此系统中的 路子信号之和可以表示为： 若相邻子载波的频率间隔均等于码元持续 时间T的倒数1/fT OFDM原理原理00102cos(2)cos(2)0/11exp()exp()01exp2()exp2()1sskTkkiikiTnmNtTjsistikmfTTffdtffn Tmnjw tjw t dtmnTjijttdjttdtTTTT且子载频则在码元持续时间 内任意子载波都是正交的式中复数形式：解调的过程如下，进行傅里叶正变换：d10exp2()s

14、sNtTisjtiijdjttdtdT OFDM原理原理 为了最大限度消除符号间干扰，可在为了最大限度消除符号间干扰，可在OFDM符号间插符号间插入保护间隔（入保护间隔（guard interval），其长度），其长度T一般大于信道一般大于信道的最大时延扩展的最大时延扩展OFDM-ROF系统系统v由于由于OFDM将成为下一代移动通信的核心技术，将成为下一代移动通信的核心技术，若用若用ROF系统来传输系统来传输OFDM信号，将有很大的应信号，将有很大的应用前景。用前景。基本ROFOFDM系统10Gb/s的的4QAM OFDM-ROF 系统误码和星座图系统误码和星座图Company Logo20G

15、b/s 的的16QAM OFDM-ROF 系统误码和星座图。系统误码和星座图。EVM：error vector magnitude 模拟仿真结果模拟仿真结果4. ROF应用应用应用于室内应用于室内通信、飞机通信、飞机和高铁等通和高铁等通信系统，信系统，悉尼奥运会，利用悉尼奥运会，利用RoF技术建立了技术建立了Tekmar BriteCellTM网络网络日本将日本将ROF技术应技术应用在高速公路的智用在高速公路的智能交通系统能交通系统各种各种ROF方案方案一一.基于全光矢量调制技术的基于全光矢量调制技术的RoF系统系统from ： ROF的系统仿真，北京邮电大学的系统仿真，北京邮电大学 各种各种

16、ROF方案方案二二.基于毫米波相移键控调制的全双工基于毫米波相移键控调制的全双工RoF系统系统 LD：激光器 PM：相位调制器 OC：耦合器 SMF：单模光纤FBG：布拉格光纤光栅 EDFA：掺铒放大器 PD：光电探测 IM：强度调制from ： ROF的系统仿真，康平的系统仿真，康平 北京邮电大学北京邮电大学 应用案例应用案例v青岛麦岛站青岛麦岛站-业界第一个光纤基站站点，业界第一个光纤基站站点，2006年中兴成功实现了年中兴成功实现了BBU+RRU“光纤到塔顶光纤到塔顶”解解决方案决方案 v厦门试验网厦门试验网业界第一个光纤基站规模网络，业界第一个光纤基站规模网络，一个宏站采用光纤远端拉远

17、，拉远距离达到一个宏站采用光纤远端拉远，拉远距离达到6km ，二个室内覆盖全部采用光纤远端拉远，与同区，二个室内覆盖全部采用光纤远端拉远，与同区域室外站点共用基带池，形成室内室外一体化覆域室外站点共用基带池，形成室内室外一体化覆盖盖v城市外场大规模应用城市外场大规模应用业界唯一全部采用光纤业界唯一全部采用光纤基站建网基站建网ROFROF各种实现方案各种实现方案v以直放站为基础的多体制共用无线室内方案以直放站为基础的多体制共用无线室内方案ROFROF各种实现方案各种实现方案v用于拉远基站实现信号覆盖的方案用于拉远基站实现信号覆盖的方案ROFROF各种实现方案各种实现方案v光载无线多体制接入的无线

18、覆盖方案光载无线多体制接入的无线覆盖方案ROFROF各种实现方案各种实现方案v多业务混合传送的多业务混合传送的RoF系统系统 MZM:调制器 IM:强度调制器 SMF:单模光纤 MW/MMW:无线接入波分复用波分复用波分解复用波分解复用中兴通讯推出业界首例中兴通讯推出业界首例BBU+RRUBBU+RRU光纤基站光纤基站 v中兴提出全新的中兴提出全新的BBU+RRU光纤基站解决光纤基站解决方案，核心思想是将基站的方案，核心思想是将基站的基带部分和射频部分分开，基带部分和射频部分分开，使基带共享资源池（使基带共享资源池（BBU）集中放置，远端单元（）集中放置，远端单元（RRU）直接与天线通过跳）直

19、接与天线通过跳线连接。通过光纤与远端单线连接。通过光纤与远端单元 （元 （ R R U ） 相 连 。） 相 连 。BBU+RRU光纤到塔顶方光纤到塔顶方案，采用案，采用3根光缆代替根光缆代替27根根馈缆，降低工程和维护难度馈缆，降低工程和维护难度，保证快速建网。，保证快速建网。 ROFROF各种实现方案各种实现方案5. RoF应用前景应用前景1. 3G移动通信：移动通信：3G移动通信需要更多的直放站和拉远基移动通信需要更多的直放站和拉远基站解决室内覆盖大问题，用光载无线的方式可以减少大站解决室内覆盖大问题，用光载无线的方式可以减少大量的电缆，因而减少了电磁污染。量的电缆，因而减少了电磁污染。

20、2. 高速传感：用于高速列车、空客等大飞机的视频监控信高速传感：用于高速列车、空客等大飞机的视频监控信号的快速传递，既满足宽带传输要求又能减少电磁污染号的快速传递，既满足宽带传输要求又能减少电磁污染，维持舒适的乘车或乘机环境。，维持舒适的乘车或乘机环境。3. 军事应用：将雷达接收的宽带微波或射频信号用光纤传军事应用：将雷达接收的宽带微波或射频信号用光纤传输到远端，当雷达受到打击时可以减少人员伤亡。输到远端，当雷达受到打击时可以减少人员伤亡。 4. 4G移动通信：第四代移动通信比移动通信：第四代移动通信比3G频率更高，带宽达频率更高，带宽达1Gb/s，需要用光载无线实现光纤分布式天线组网结构，需要用光载无线实现光纤分布式天线组网结构和覆盖。和覆盖。 通信项目通信项目1. 全双工光载毫米波通信系统（全双工光载毫米波通信系统（ROF） 华南师范大学华南师范大学 实验室可以搭建一个简单的实验室可以搭建一个简单的ROF系统，传输系统，传输10Gbps的的NRZ信号，在单模光纤信号，在单模光纤中传输中传输50km。实验仪器包括：。实验仪器包括：0-12.5Gbps NRZ-PRBS信号发生器，信号发生器，10G-XFP光电接收器，光电接收器，10G单臂马赫曾德调制