Передача радио по волокну

ПЕРЕДАЧА РАДИО ПО ВОЛОКНУ

Сперанский Валентин Сергеевич,

к.т.н., профессор,

Московский технический университет связи и информатики (МТУСИ), Москва Россия, speranskyv@yandex.ru

Клинцов Олег Иванович,

к.т.н., старший научный сотрудник ФГУП "НТЦ" "Орион", Москва Россия,

Ключевые слова: аналоговые и цифровые радиосигналы, волокно, лазер, модуляция, частотное мультиплексирование.

Цель работы - анализ систем передачи радио по волокну (Radio over Fiber) и перспектив их реализации и применения. Указано, что передача сверхширокополосных радио сигналов на большие расстояния возможна только по оптическому волокну. Кроме того оптика позволяет расширить частотный диапазон, ослабить продлему электромагнитной совместимости. Сначала формируется информационный сигнал СВЧ диапазона (как правило, миллиметрового). Затем производится модуляция луча лазера в оптическом модуляторе, как правило, Маха-Цандера или на ниобате лития и после усиления поступает в оптический кабель. Оптическая несущая представляет собой либо непрерывное колебание, либо периодическую последовательность сверхкоротких оптических импульсов. Как правило, применяется од-номодовый режим работы. В демодуляторе оптический сигнал снова преобразуется в СВЧ-колебание и передается для абонентов локальной радиосети. Системы радио по волокну делятся по виду передачи на аналоговые цифровые. В аналоговых используются амплитудная, частотная или фазовая модуляция. Основное назначение таких систем - передача данных измерений. При этом требуется высокая точность, достаточная энергетика и высокая линейность обработки.

В цифровых системах радио по волокну применяются различные виды цифровой модуляции: QPSK, QAM, а также OFDM сочетание, OFDM и частотного разделения - WDM, и много входов - много выходов MIMO-OFDM, перспективно кодовое разделение абонентов CDMA. Как при аналоговой, так и цифровой передаче возможны мультиплексирование и многоканаль-ность по времени, частоте или кодовое разделение. Преимуществами систем радио по волокну являются широкополосность, высокие скорости передачи, небольшие потери и искажения в волокне и высокая спектральная эффективность при QAM и OFDM модуляции. Существенны вопросы территориального планирования сети и выбора топологии.

Для цитирования:

Сперанский В.С., Клинцов О.И. Передача радио по волокну // Т-Сотт: Телекоммуникации и транспорт. - 2015. - Том 9. - №11. -

С.38-40.

For citation:

Speransky V.S., Klintsov O.I. Radio over fider transmission. T-Comm. 2015. Vol. 9. No.11, pp. 38-40. (in Russian).

Передача сверхширокополосных радиосигналов на большие расстояния возможна только по оптическому волокну. Сначала формируется информационный сигнал СВЧ диапазона (как правило, миллиметрового). Диапазон ММ волн 60-100 ГГц представляет интерес из-за большой частотной полосы и высокой скорости передачи. Затем производится модуляция луча лазера в оптическом модуляторе и после усиления поступает в оптический кабель. Оптическая несущая представляет собой либо непрерывное колебание, либо периодическую последовательность сверхкоротких оптических импульсов. Как правило, применяется одномодовый режим работы. В демодуляторе оптический сигнал снова преобразуется в СВЧ колебание и передается в радиосеть. Системы «радио по волокну» делятся по виду передачи на аналоговые и цифровые.

На рисунке 1 представлена структурная схема передачи и приема «радио по волокну»

После формирования модулированного радиосигнала обычно ММ диапазона происходит модуляция луча лазера и после усиления оптического сигнала он поступает в волокно и затем демодулируется в фотодетекторе и преобразуется в радиосигнал, который излучается через передающую антенну В приемнике радиосигнал демодулируется и сообщение поступает абоненту.

фцдер

—Н>—^шякг-—

Re^e*"»'}

SO ГГц

РПер

V

приемник

РПрм

Рис. 1. Структурная схема системы «Радио по волокну»

В цифровых - QPSK, QAM, OFDM<OFDM-WDM, MIMI-OFDMCDMA. Как при аналоговой, так и цифровой передаче возможно мультиплексирование и многоканаль-ность по времени, частоте или кодовое разделение. Преимуществами систем радио по волокну являются широкополосность, высокие скорости передачи, небольшие потери и искажения в волокне и высокая спектральная эффективность при QAM и OFDM-модуляции.

На рисунке 2 дана классификация систем «Радио по волокну». По виду передачи они делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых системах используется амплитудная модуляция, частотная или фазовая. Главное требование - передача радиосигналов с малыми искажениями. Основными параметрами являются коэффициент передачи, шум-фактор и динамический диапазон. К недостаткам относятся чувствительность к потерям и шумам и к нелинейностям тракта. Цифровые методы передачи менее чувствительны к указанным факторам.

Типовые виды модуляции: QPSK, QAM, OFDM, OFDM-WDM, OFDM-MIMO CDMA. К показателям цифровых систем относятся вероятность битовой ошибки и спектральная эффективность. Системы передачи с QAM и OFDM обладают высокой спектральной эффективностью.

К системам радио по волокну можно отнести передачу модулированных сверхширокополосных радиоимпульсов по волокну. При этом применяются AM, ОФМ2.

Оптическая несущая может представлять собой как непрерывное колебание, так и периодическую последовательность сверхкоротких оптических импульсов, которые далее модулируются [1].

РАДИО ПО ВОЛОКНУ RoF

Аналоговая передача

Цифровая передача

AM

ЧМ

ФМ

QPSK

QAM

х:

OFDM

О С DMA

MIMO OFDM

OFDM WDM

Рис. 2. Классификация систем «Радио по волокну»

Разработан передатчик на основе модуля DS-7009 на длине волны 1550нм. Существенен выбор типа модулятора. Наряду с известным модулятором Маха-Цандера, используются фотонные кристаллы на ниоба-те лития, обладающие высоким быстродействием. В качестве внешнего модулятора целесообразно применение пленок титанатабария. Разработаны приемопередающие модули оптической обработки сигналов. В приемном модуле применены бескорпусные PIN диоды Динамический диапазон составляет 120дБ/Гц. Показано, что при аналоговой передаче наиболее целесообразна фазовая модуляция. Линейный электрооптический эффект обеспечивает ФМ пучка света.

В работе [2] предложено гетеродинное подавление несущей для системы передачи ММ волн по оптическому волокну. Сигнал на промежуточной частоте гете-родинируется вверх на 60 ГГц. Для стабилизации радиочастоты используется фазовая автоподстройка [3]. Схема подстройки дана на рис. 3.

Q

л / /2 с эоп эоп ПФ

V J'

ФНЧ смеситель Г/ /N ПФ

выход

Рис. 3, Система подстройки фазы оптической несущей

COMMUNICATIONS

В работе [3] предложена система передачи не требующая фазовой подстройки несущей частоты. Используется вспомогательный лазер, частота которого смещена на величину радионесущей, как показано на рис, 4.

Как аналоговая, так и цифровая передача радио по волокну хорошо сочетается с частотным разделением каналов (WDM) [4]. Схема многоканальной системы передачи приведена на рис. 5. Расстояния между частотами в оптическом волокне равны 50, 25 и даже 12.5 ГГц. При этом важно правильно выбрать оптическую несущую, иначе возникают искажения.

При проектировании гибридных сетей типа «Радио по волокну» существенны вопросы частотно-территориального планирования, выбора маршрута, топологии распределительной сети и выбора длин волн с учетом четырехволнового смешивания. Синтез беспроводной сети с учетом указанных вопросов проведен в работе [5].

Таким образом, системы передачи «радио по волокну» сочетают достоинства как радио, так и волоконных сетей, и поэтому представляют теоретические и практический интерес. Ряд проблем этих систем требует дальнейшего исследование.

Литература

1. ChouC. W., YangL. G., YehC.H., HuangC.B., ShU.M., PanC.L. 10 Gb|S optical carrier disnributed network withW-band -OpticCommun. 2012, 285, pp. 4307-4311.

2. Fan S.Y.. Liu С., Chang G.K. Hetyerodine Optical Carrier Suppresion for Millimeter- wave-over Fiber Systems // Journal of Lightwave Technology, 2013, v31, № 19.

3. Brende! F. Zwik T.Poette J., Cabon B. PLL-Stabilized Optical Communications in Mill ¡meter-Wave RoF Systems // Opt. Commun. Network 2014, v6, № 1.

4. Pang X. Beitran M. at at. - Centralized Optical-Freguency-Comb- Based RF Carrier Generator for DWDM Fiber-Wireless Access Systems // Opt. Comm. Network 2014,v6, № 1.

5. Переверзев А.А. Асеев Д.В, Метод структурно-параметрического синтеза беспроводной сети доступа с использованием технологии Radio-overFider // Проблемы телекоммуникаций, 2013, №1.

RADIO OVER FIDER TRANSMISSION

Speransky V.S., professor MTUCI, Moscow, Russia, speranskyv@yandex.ru

Klintsov O.I., senior staff scientist, "STC" "Orion", Moscow, Russia

Abstract. Radio over Fiber (RoF) technology, an integration of wireless and fiber optic networks, is an essential technology. RoF refers to a technology whereby light is modulated by a radio signal and transmitted over an optical fiber link to facilitate wireless access such as 3g and Wi-Fi. RoF demonstrates the use of a multiplexing architecture (WDM) to transit several analog channels over fiber link. Advantages of optical fiber as a transmission medium are low loss, light weight, large bandwidth characteristics, small size and low cable cost. Keywords: Radio over Fiber, Analog and Digital Signals, Laser, Modulation, WDM.

References

1. Chou C.W.,Yang L.G., Yeh C.H., Huang C.B., Shi J.M., Pan C.L. 10 Gb|S optical carrier disnributed network withW-band -Optic Commun. 2012, 285, 4307-4311p.

2. Fan S.Y.. Liu C., Chang G.K. Hetyerodine Optical Carrier Suppresion for Millimeter-wave-over Fiber Systems / Journal of Lightwave Technology 2013, v31, No.19.

3. Brendel F. Zwik T.Poette J., Cabon B. PLL-Stabilized Optical Communications in Millimeter-Wave RoF Systems - Opt. Commun. Network 2014, v6, No.1.

4. PangX. Beltran M. at al. Centralized Optical-Freguency-Comb- Based RF Carrier Generator for DWDM Fiber-Wireless Access Systems / Journal Optical Communication Network 2014, v.6, No.1.

5. Pereversev A.A., Aseev D.V. Method Syntesis wireless Network Radio over fiber Technology - Problem of Telecommunication 2013, No.1.