光与无线网络的融合 （Radio over Fiber）

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1 光与无线网络的融合 （Radio over Fiber）
北京邮电大学 顾畹仪

2 内容 射频、基带拉远技术 1 光载毫米波通信的关键技术 2 O-OFDM系统的研究动态 3

3 3G的建设推动RoF的应用：射频、基带拉远
射频、基带拉远技术 1 3G的建设推动RoF的应用：射频、基带拉远 ROF技术使复杂昂贵的设备都集中在中心站，实现中 心站功能的集中化、设备的共享以及频谱带宽资源的 动态分配； 基站功能和结构简化，体积小巧轻便，可以有效地降 低系统的安装和维护成本； 较小的基站还可以降低 对环境的影响和污染。

4 光载毫米波通信的关键技术 2 30-60GHz的毫米波是未来无线通信重点考虑的波段 频谱丰富，带宽巨大，适用超宽带无线（UBW）通信
的需求； 60 GHz频段是氧气的吸收峰，可以实现无线短距离、 高带宽的数据传输。

5 采用现代光子学技术支撑毫米波通信 光生毫米波方法：光外差法 抑制调制 采用相位调制器加光带陷滤波器，或用交织滤波器 毫米波RoF系统中
强度调制器，选择合适的调制器偏置点实现载波 抑制调制 采用相位调制器加光带陷滤波器，或用交织滤波器 毫米波RoF系统中 的波长重用 OThD1,OFC08

6 示例1：UBW光载毫米波系统 系统特点： 30GHz微波相位调制到激光上，经交织滤波器滤出已调光波的第一级边带，在光纤中传输；
OTuB3，OFC’09

7 示例1：UBW光载毫米波系统

8 示例2：有线无线融合的光载60 GHz毫米波系统
系统特点： 10Gbps无线信号和有线信号同纤偏振复用光载传输； 光生60Ghz毫米波信号； 基站波长的重利用。 Georgia Institute of Technology，OTuB7-OFC’09

9 示例3：多种无线信号融合的光载毫米波接入网
Generation and Transport of Independent 2.4 GHz (Wi-Fi), 5.8 GHz (WiMAX), and 60-GHz Optical Millimeter-Wave Signals on a Single Wavelength for Converged Wireless over Fiber Access Networks

10 OFDM技术 3 O-OFDM系统的发展 正交条件: OFDM系统（发射端） OFDM
采用多个正交子载波调制并行传输，使得每个子信道上的数据符号持续长度相对增加，从而容易实现高速的数据传输，提高频谱效率。 OFDM系统（发射端） 时域 频域 OFDM

11 光OFDM的引入 OFDM技术 光OFDM技术 fc = fO fc = 0 迅速成为研究热点 承载4G移动通信
频谱效率高 抗多径衰落 迅速成为研究热点 承载4G移动通信 被认为是实现  100Gb/s 技术方案，但难度较大。 广泛应用在： 无线广播(DVB, DAB) 移动通信 有线通信（xDSL） Optical OFDM 55 60 65 70 75 80 85 90 95 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 Baseband OFDM fc = 0 fc = fO

12 （2）OFDM系统可以最大限度的利用频谱资源，提高频谱效率。
文献报道的高谱密度实验结果 O-OFDM技术的优势 （1）容纳色散的能力强。 （2）OFDM系统可以最大限度的利用频谱资源，提高频谱效率。 （3）O-OFDM系统与原有的WDM系统有很好的兼容性。 To date, with the single carrier approach, the highest spectral efficiency reported in DWDM transmission is 10 bit/s/Hz with polarization-division multiplexed (PDM) 128 QAM。 ECOC 2009, Paper 1.3.3

13 O-OFDM系统的不足 （1）峰值平均功率比（PAPR）高，容易引入信号失 真，引入符号间干扰（ISI），加剧非线性光学效应的 影响,降低系统的信噪比（SNR）。 （2）光纤非线性效应严重影响系统的性能。 （3）CO-OFDM系统对相位噪声极其敏感，这些相位噪 声包括激光器的相位噪声、ASE噪声、非线性相位噪 声。相位噪声会使各个子载波之间的正交特性恶化，极 大的降低系统性能。 OFDM Band : Pilot Subcarrier : Data Subcarrier 多载波系统的输出是多个子信道信号的叠加，因此如果多个信号的相位一致，所得到的叠加信号的瞬时功率就会远远高于信号的平均功率，导致出现较大的峰值平均功率比（PAPR）。这对发射机的线性范围提出了很高的要求，

14 2) O-OFDM系统 DDO-OFDM系统框图 双边带，单边带，载波抑制

15 COO-OFDM系统框图 研究与应用类型 ROF中的OOFDM； 多模光纤中的短距离 OOFDM； 单模光纤中的超长距离OOFDM传输。

16 3) O-OFDM系统的关键技术 降低PAPR 特定的降低PAPR的算法
信号预畸变技术：即在信号经过放大之前，首先对功率值大于门限值的信号进行非线性畸变，包括限幅、峰值加窗、峰值消除等操作。 编码方法：即避免使用那些会生成大峰值功率信号的编码图样。 概率类算法：利用不同的加扰序列对OFDM符号进行加权处理，从而选择PAPR较小的OFDM符号来传输。

17 高速O-OFDM信号处理算法 接收端数字信号处理算法
在接收端引入数字信号处理技术，对光纤色散和偏振模色散造成的串扰进行自适应均衡，相位噪声进行估计和恢复等 系统总体性能优化算法研究 在电域和光域统筹考虑各种算法的兼容性和效率，达到系统整体性能最优。 均衡前 均衡后

18 对抗光纤中的非线性效应 偏载波填充算法(PCF)
通过在特定的OFDM子载波上进行填充“空”子载波，通过破坏FWM相位匹配条件，使FWM产物将主要落在这些“空”子载波上，达到降低光纤非线性效应的目的。 非线性补偿 接收端电域数字信号处理 Company Logo

19 WDM-OFDM-PON 采用价格低廉的直调激光器； 下行为10Gb/s OFDM QPSK 信号
实现10-GHz RF 承载10-Gb/s OFDM-QPSK信号 20-km SSMF 2.5-Gb/s OOK 上行信号的波长重用. OMV5，OFC’09 

20 实验结果

21 13.4-Tb/s Coherent OFDM Transmission over 3,600 km of SMF with 19-ps average PMD
134 x 111-Gb/s/ch; 55.5Gb/s QPSK-OFDM signals; with 2 b/s/Hz spectral efficiency; 2,550-km transmission (capacity x distance product of 41.8 Petabit/s.km) is demonstrated. A. Sano et al., in proc. ECOC 2008, Th.3.E.1.

22 Thank You !