光载射频通信的发展动态及技术优势研究

蔡兰兰 化晓锋

(国网河南省电力公司禹州市供电公司 河南禹州 461670)

摘要：本文主要讨论了光载射频信号处理与光载射频通信技术的研究背景与研究意义、发展动态及技术优势、国内外研究现状及未来发展趋势、面临的挑战及应用前景等，重点结合微波光子学国内外的发展动态，阐述了本论文研究工作的意义。

关键词：光载射频信号处理；光载射频通信；集成发射机

1引言

光载射频通信是一种在发射端通过特定器件将射频信号调制到光纤链路中，在接收端再将射频信号从光纤链路中解调和恢复出来的技术，因此在光域对射频信号进行处理与传输是光载射频通信的主要特点。这项技术因其结合了光纤通信和无线通信两方面各自的优点，近些年来得到了越来越广泛的关注。本文将对光载射频通信的研究现状、发展趋势、面临的挑战与特定应用领域做相关的分析与讨论。在远端天线单元处(RAU)，远端天线接收到的射步页信号经过调制器被加载到光纤链路中，经过模拟光载射频链路传输到中心站进行集中处理。通常中心站具有较为充分的信号处理资源优势，因此可以看出，光载射频通信系统通过将射频信号调制到光纤链路中，在中心站进行集中处理和解调恢复的方式可以充分利用中心站的处理能力和优势，节约了系统资源，减轻了RAU处的负担和系统复杂度，提高了系统的综合效能。

2光载射频通信技术的未来发展趋势

目前国际范围内光载射频通信的研究开发呈现出如下特点及发展趋势。首先，光载射频的无线电频率正在由低频向高频、毫米波方向发展，光载射频通信的载波方式也正在由单体制向多体制、多用户方向发展其次，光载射频通信的研究层面也正在从器件和系统的方向向着网络化发展。再次，光载射频通信的研究范围也正在从理论研究向系统开发和业务应用的方向发展。最后，就当下研究热点而言，光载射频通信的产品开发方向正在从基带拉远向中频拉远和射频拉远的方向发展光载射频通信的理论模型的研究也由室外信息模型向室内覆盖模型的方向发展。

此外，光载射频通信技术支持无线通信的发射分集、多级远端射频单元级联，每扇区从一小区扩容到两小区只需改变配置数据，扩容到三小区或者四小区无需额外的合路器和天馈设备。因此，光载射频技术在下一代移动通信网络中也有广阔的技术优势和应用前景。

3光载射频通信技术面临的挑战

由于载射频通信是一门光与无线交叉融合的通信技术，是适应通信技术的发展而产生的，有许多优势的同时还存在一些发展中的问题，其中具体优势包括：无线与光纤通信在灵活性、带宽、环保方面优势互补；ROF目前和进一步发展需要解决的问题是：光与无线的集成化(SoC)芯片、高速微波器件缺乏，60GHz系统由于频率高、在RoF系统中的喇叭天线虽然性能高，但体积大且重，成本也很高RoF的应用还比较单一，缺乏大规模发展的工艺基础，需要大力发展综合性RRU叫网络融合中的接口、媒体接入控制(MAC)协议层实现、天线的更高增益、高速移动在微微蜂窝中频繁切换和多普勒效应问题等等。此外，目前光载射频分布式基站所采用的接口标准还不够开放，在网络管理等相关方面的设备还存在私有接口部分，导致不同阵营厂商间的产品无法互联互通，同时也影响了RRU的发展，当然这主要不是技术问题而是利益的协调问题。不过客观上导致不同阵营厂商间的产品无法互联互通，在无形中提高了分布式基站的成本。

此外，通过对近几年有关光载射频信号处理与光载射频通信系统的深入调研与高度归纳，本文发现：光纤通信网络与射频接入网融合的混合光射频接入网的融合度较低，它们并没有真正地实现网络的融合，而只是把光纤通信系统与射频接入网直接地机械捆绑、叠加在一起，不但没有简化接入网的网络结构，反而造成接入方式固定化的问题，并且所提出的混合光接入网存在调制格式不透明、网络成本大、传输速率低和频谱利用率低及不是全双工传输等一系列问题。因此，迫于满足当前整个信息业的无线化和宽带化需求、简化接入网网络结构、降低网络成本和提高网络接入方式的灵活性，提出一种新的深度融合有线接入网与无线接入网的融合方案已迫在眉睫。

4射频光子信号处理在雷达系统中的应用及发展前景

Radar是Radio Detection And Ranging(无线电探测与测距)的缩写，被认为是全天候和远距离目标检测，成像，分类和识别的主要且流行的方法。通过发射机将射频(RF)信号辐射到自由空间并通过接收机收集回波反射，可以在解调频、自相关或其他算法之后提取目标的信息(例如，距离，高度，图像，方向和速度)。传统上，雷达是通过纯电子技术实现的，如今这使它们在带宽有限，功能少，速度慢，分辨率差等方面严重受困，并难以在复杂的电磁环境中检测和识别民航应用中的低海拔，低速和小目标。为了解决这些问题，由于现代光子学的独特特性，如大带宽，平坦响应，低损耗传输，多维复用，快速模拟信号处理，高度相干的脉冲源和抗电磁干扰(EMI)等基于光子学的技术被引入雷达系统。典型的微波光子子系统己经被开发和优化以用于雷达系统中可能的应用，如光电振荡器(0E0)，宽带波形发生器，光波束形成网络(OBFN)，微波光子混频器，实时傅里叶变换(RTFT)系统以及光子模数转换器。此外，最近提出了不同结构的微波光子雷达，这些结构展示了光子学所具有的出色的可重构性，多功能性，广域分布和高分辨率成像能力。

光纤通信技术历经数十年的发展己经向人们证明了其强大的宽带传输与处理能力。同时，传统的微波无线技术也展现出了有效的泛在感知与接入能力。而将上述两种技术进行有机融合，则诞生了光载射频技术。该技术自诞生至今，随着各种光子材料及器件相继研制成功以及组件设计、制造工艺水平的提高，其在光载射频通信、光纤传输以及微波测量等多个领域均取得了令人欣喜的研究成果美国海军实验室更以“光子学照亮了雷达的未来”为题，将该项技术在雷达中的工程应用提到了极为重要的高度。截至目前，国内外在微波光子雷达的研究成果显示，微波光子技术相比于传统电子手段己呈现出巨大的带宽和灵活性的优势，极大地提升了微波成像精度、处理速度和时效性。

半导体电子学的成功给予微波光子学极大的启发和借鉴，并且为微波光子学的发展指明了方向。目前光子系统正从离散的光电子器件向集成化方向迅猛发展，这符合未来工程化应用的需要。微波光子技术、及光子集成技术在相控阵中的应用研究需要力、热、光、电等多物理场的协同设计，涉及的专业面更广，专业之间的融合度更加紧密，研制难度和技术门槛也提到了更高高度。同时必须注意到，光控相控阵雷达系统中的核心元器件-射频光子移相器仍然存在很多技术瓶颈。

总结

对于本论文而言，研究工作主要面向基于光载射频通信的超宽带无线接入网络、微波光子雷达、光控相控阵、电子对抗系统以及其它需要高性能光载射频信号处理功能的领域。本论文的研究内容在未来相关研究领域的工程化实现方面，具有一定的实用价值和较为宽广的应用前景。

参考文献：

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[3]张必龙, 柴俊. ROF系统相位噪声研究[J]. 舰船电子对抗, 2019(4):49-53.

蔡兰兰，1983-06，女，汉族，河南禹州人，国网河南省电力公司禹州市供电公司，信通维护专责，本科学历，研究方向:信息通信