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光载无线通信（ROF）系统的线性度和动态范围的优化和提升（一）简介光载无线(Radio over Fiber, RoF)是一种将光与微波相融合的新兴技术，它融合了光纤通信功耗低、带宽高、抗干扰性能好，以及无线通信覆盖范围广、接入灵活等诸多优势，成为近些年学术界和商业界都一致看好的热门通信技术之一，具有非常大的研究和应用前景。
光通信是以光波为载波的一种通信技术，它的两个最主要的核心是光源和光传输介质。
无线通信是一种以电磁波为信息载体，通过自由空间传播信息的通信方式，它也是近些年通信领域发展最为迅速的一个分支。
无论是光纤通信的“无穷”带宽，还是无线通信的移动便携性，都为当代人们的生活和工作提供了无限的便捷，“宽带化”和“移动化”也将是未来通信发展的两大潮流。
光载无线系统及时将微波信号融入到光纤中传播。
一个典型的毫米波RoF通信系统主要由中心站、基站和用户终端3个部分组成，如图1所示。
中心站与基站之问通过光纤连接，传输光信号;基站和用户终端之问则为毫米波无线通信。
中心站的主要功能是实现下行链路中的毫米波光产生、基带信号的上变频和上行链路信号的接收处理;基站的主要功能是实现光电信号转换，发送下行信号，并将用户上行电信号转变成光信号回传中心站。
（二）ROF系统线性度和动态范围在常见的光载无线系统中，马赫一曾德尔调制器(MZM)被广泛地用于将微波、毫米波信号调制到光载波上，承载了无线信号的光波在光纤中进行分配传输，接收端采用直接强度探测的方式探测光强从而获得微波、毫米波电信号。
然而由于调制器固有的非线性特性，在电光调制的过程中对微波、毫米波信号产生了非线性失真，这将影响到整个光载无线(ROF)系统的无杂散动态范围(GFDR)。
随着无线信号调制格式的复杂化和信号带宽的增加，对系统线性度的要求越来越高。
对于ROF应用而言，其无杂散动态范围至少需要95dB.HZ2/3甚至更高。
随着频率的升高，需要采用合适的高线性化ROF系统。
基于OFDM的RoF-PON系统性能优化研究基于OFDM的RoF-PON系统性能优化研究一、引言光纤无线通信技术（RoF）是将光学和无线通信技术相结合的一种新型通信方式。
它利用光纤传输技术将光信号转换为无线信号，以实现宽带无线覆盖。
RoF-PON是RoF技术在无源光网络（PON）中的应用，它将传统的有线PON和光纤无线通信技术相结合，具有高带宽、大容量、低成本等优点。
然而，在RoF-PON系统中，信号传输的过程中会受到多种因素的影响，从而导致系统性能下降。
因此，针对RoF-PON系统的性能优化问题进行研究具有重要的意义。
二、RoF-PON系统的基本原理RoF-PON系统主要由MO基站、光线分配器、光模块和光纤等组成。
其中，MO基站负责光到射频信号的转换，光模块负责将RF信号转换为光信号。
在RoF-PON系统中，采用正交频分复用（OFDM）技术，将高速的数字信号分成多个低速的子载波进行传输，提高了系统的传输效率和抗干扰性能。
三、RoF-PON系统性能优化的关键技术1. 频域均衡技术在RoF-PON系统中，信号在光纤中传输会受到色散、多径效应等影响，导致信号失真。
频域均衡技术可以通过调整不同子载波的幅度和相位来补偿信号的失真，提高系统的传输性能。
2. 功率控制技术在RoF-PON系统中，不同用户之间的信号功率差异较大，会导致信号的互相干扰。
采用功率控制技术可以调整不同用户之间的信号功率，降低干扰，提高系统的传输质量。
3. 自适应调制技术自适应调制技术可以根据信道的质量情况选择不同的调制方式，使系统在不同条件下都能保持良好的传输性能。
通过动态选择调制参数，如调制深度、编码方式等，可以提高系统的传输速率和抗干扰能力。
4. 多天线技术多天线技术可以在RoF-PON系统中引入天线阵列，通过空间信道的多样性提高传输性能。
利用多天线接收和发射技术可以增加系统的容量、提高抗干扰能力和覆盖范围。
四、RoF-PON系统性能优化的实验研究通过建立RoF-PON系统的模型，我们对上述关键技术进行了实验研究。
光载无线（RoF,Radio over Fiber ）通信技术作者：广州虹科Sophia什么是RoF ？光载无线（RoF,Radio over Fiber）或者射频信号光纤传输（RFoF）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的无线接入技术。
简单地说就是在中心站将微波调制到激光上，之后调制后的光波通过复杂的光纤链路进行传输，到达基站后，光电转换将微波信号解调，再通过天线发射供用户使用。
与全电信号传输相比，使用光纤链路的主要技术优势是更低的传输损耗以及对噪声和电磁干扰降低的灵敏度。
应用范围包括移动无线电信号（3G,4G,5G和WiFi）的传输和有线电视信号（CATV）的传输，以及地面站中用于卫星通信的RF L波段信号的传输。
RoF系统中运用光纤作为基站（BS）与中心站（CS）之间的传输链路，直接利用光载波来传输射频信号。
光纤仅起到传输的作用，交换、控制和信号的再生都集中在中心站，基站仅实现光电转换，这样，可以把复杂昂贵的设备集中到中心站点，让多个远端基站共享这些设备，减少基站的功耗和成本。
RoF 技术的应用场景●无线电信号弱的山区●基站收发信机（BTS）（移动，广播...）●楼上无线电信号中断区●隧道缩写英文全称中文全称解释RoF RF over Fiber Radio over Fiber 射频信号光传输技术光载无线通信技术即把射频电信号通过直接强度调制为光信号进行传输。
具有传输距离远，抗干扰，容量大，失真度小等优点，在移动通信，卫星通信，遥感遥测等领域应用广泛。
RoF技术的2个主要特点⏹波形保真-适用于IMT-2020/5G系统⏹抗电磁干扰能力RoF的优点或优势以下是RoF的优点:➨它使用光缆在无线网络中传输数据。
与高达1GHz的微波相比，光纤使用200THz范围的载波频率。
光纤支持的巨大带宽使其成为传输射频波的最佳选择。
光纤使用WDM和OTDM技术来支持增加的带宽。
超宽带光载无线系统及其关键技术作者：徐坤殷杰李建强来源：《中兴通讯技术》2009年第03期摘要：基于微波光子技术的超宽带光载无线(RoF)系统是未来低成本、高性能超宽带无线接入网络的重要解决方案，前人已有许多研究成果。
基于已有研究成果，文章设计了基于全光矢量调制技术的光载无线(RoF)系统，使信号的频谱效率进一步提高；基于毫米波相移键控调制的全双工光载无线系统，可以大大简化基站的结构和光纤的铺设；多业务混合传送的光载无线系统。
可以同时承载有线和多个无线信号的业务。
文章还展示了一种基于RoF的高清视频传输平台。
关键词：光载无线系统；超宽带无线通信；光纤通信；微波光子；光无线覆盖为了满足日益增长的对高速数据、图像和多媒体业务的需求，宽带接入技术受到广泛的关注。
目前，基于铜线的宽带接入技术(如不对称数字用户线(ADSL)、甚高速数字用户线(vDSL)等)已经接近其所能提供的最高速率。
随之光载无线(RoF)概念被提出来，用来在光纤无线接入网络中提供固定和移动双重宽带业务接入。
RoF技术不仅仅局限于现有微波波段，更高频率的毫米波段(30。
300 GHz)以及超宽带无线信号(uWB)的应用更能体现出RoF技术的巨大潜力和优势。
RoF技术通过光纤链路在中心局(cO)和远端基站(Bs)之间实现无线射频(RF)信号(包括毫米波段)的分发。
RoF技术在简化远端基站的同时。
也可以在中心局实现功能的集中、器件设备的共享以及频谱带宽资源的动态分配，从而大幅度降低整个宽带无线接人系统的成本。
在传统的无线通信系统中，大部分射频信号处理功能是在基站中通过电信号处理器来完成，从而受到诸多成本和带宽的限制。
RoF系统中功能集中化的配置和光电域的转换使得在中心局完成一些全光射频信号的处理功能成为可能，如光生毫米波、复杂码型的全光矢量调制(如正交幅度调制(QAM)、差分相移键控(DPSK)、UWB信号等)、全光频率变换或混频、微波光子滤波和频谱交叉复用等。
实验技术与管理Experimental Technology and Management 第37卷第6期2020年6月Vol.37No.6Jun.2020ISSN1002-4956CN11-2034/TDOI:10.16791/ki.sjg.2020.06.031基于级联MZM的12倍频抑制载波全双工RoF系统王现彬，王颖莉，杨洁，康元元（石家庄学院机电学院，河北石家庄050000）摘要：为优化光载无线通信系统（RoF）结构.提出了一种基于两级马赫曾德尔调制器级联的12倍频抑制载波光生毫米波信号产生方案.结合波分复用和波长重用技术，仿真实现了基于该方案的全双工RoF系统理论推导和实验仿真表明.利用该方案可实现光边带抑制比及射频杂散抑制比分别为3&44dB和30.7dB的毫米波信号，在传输30km后全双工RoF系统下行和上行链路功率代价仅分别为0.79dB和0.07dB.表现出了较好的系统性能。
该毫米波产生方案及全双工RoF系统实现结构简单、产生频谱纯净、系统性能高效.为实际RoF系统设计提供了理论指导。
关键词：级联马赫曾德尔调制器；全双工；抑制载波调制；光载无线通信系统中图分类号：TN929.il文献标识码：A文章编号：1002-4956（2020）06-0141-0512-tupling optical carrier suppression full-duplex RoFsystem based on cascaded MZMWANG Xianbin,WANG Yingli,YANG Jie,KANG Yuanyuan(Mechanical and Electrical College,Shijiazhuang University,Shijiazhuang050000,China)Abstract:In order to optimize the structure of optical radio over fiber system(RoF),a12-tupling optical carriersuppression photo-millimeter-wave signal generation scheme based on two-stage cascaded Mach Zehndermodulators(MZM)is proposed.The full-duplex RoF system based on the proposed scheme is simulated by usingwavelength division multiplexing and wavelength reuse technology.Theoretical deduction and experimentalsimulation show that the proposed scheme can achieve optical sideband supression ratio and radio frequencyspurious supression ratio of38.44dB and30.7dB respectively.The power penalties of downlink and uplink of thefull-duplex RoF are0.79dB and0.07dB respectively after30km transmission,which shows good systemperformance.The proposed millimeter wave generation scheme and the full-duplex RoF system are simple instructure,pure in spectrum and efficient in system performanee,which can provide theoretical guidance for thedesign of actual RoF system.Key words:cascaded MZM;full-duplex;suppressed-carrier modulation;radio over fiber system在高速无线接入技术中，光载无线通信（RoF）集光纤通信和无线通信优势于一体，受到研究者关注，而如何生成高频率、低成本、宽调谐的毫米波信号是其中一个研究热点W在众多毫米波生成方案中，基于马赫曾德尔调制器（MZM）非线性效应的外部调制技术，以其结构简单、频谱纯净、易于调制等优点成收稿日期：2019-10-21基金项目：河北省应用技术大学研究会项冃（JY2019005）,石家庄学院应用型课程开发与建设项目（YYKC-201816）;石家庄学院教学改革研究与实践项目（JGXM-201921）作者简介：王现彬（1981-）,男.河北邢台.博士.副教授.主要从事光纤通信技术研究。
超宽带光载无线系统及其关键技术
徐坤;殷杰;李建强
【期刊名称】《中兴通讯技术》
【年(卷),期】2009(015)003
【摘要】基于微波光子技术的超宽带光载无线(RoF)系统是未来低成本、高性能超宽带无线接入网络的重要解决方案,前人已有许多研究成果.基于已有研究成果,文章设计了基于全光矢量调制技术的光载无线(RoF)系统,使信号的频谱效率进一步提高;基于毫米波相移键控调制的全双工光载无线系统,可以大大简化基站的结构和光纤的铺设;多业务混合传送的光载无线系统,可以同时承载有线和多个无线信号的业务.文章还展示了一种基于RoF的高清视频传输平台.
【总页数】4页(P21-24)
【作者】徐坤;殷杰;李建强
【作者单位】北京邮电大学,北京,100876;北京邮电大学,北京,100876;北京邮电大学,北京,100876
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.1;TN928
【相关文献】
1.面向配电网通信的光载无线系统线性度的研究 [J], 孙家可;杜科
2.基于DD-MZM自干扰消除的带内全双工光载无线系统 [J], 俞映红;肖石林;张云昊;张少杰;冯翰林;周钊
3.支持新一代无线局域网标准的光载无线系统(特邀) [J], 李建强;樊宇婷;陈皓;雷艺;尹飞飞;戴一堂;徐坤
4.基于光载无线系统信号强度值采集的分析 [J], 刘亮;朱留存;蒋昊天;孟学军
5.基于光锁相环接收的相位调制光载无线系统理论研究 [J], 丁丁;张磊;方熙;董秀则;赵成
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论文题目：ROF通信技术以及基于RF调制的光标记交换技术中若干关键问题的研究作者简介：马健新，男，1977年5月出生，2004年9月师从北京邮电大学余重秀教授，于2007年9月获得博士学位。
中文摘要近年来的全球信息化浪潮使人们对通信系统的容量和质量的需求迅速提高，以光纤接入为代表的有线接入虽然能够提供很大的带宽，但是终端的移动性受到限制，而无线通信由于其接入的灵活性和移动性更受用户的欢迎。
但目前低频无线通信系统的带宽较窄并且频谱资源已经相当拥挤，无法满足未来的移动多媒体、流媒体等宽带业务需求，提高无线接入系统传输容量的有效途径是利用带宽资源丰富的高频无线电波。
灵活方便的宽带无线接入正在成为未来通信的主要发展方向，特别是像北京这样高度信息化的大都市更是倍加关注。
40-70GHz的毫米波可以承载速率达Gbit/s数据信号，而且频谱资源丰富。
该频段的无线信号适于组建具有较高频谱空间复用率的微小蜂窝无线通信系统，因此它将是未来Gbit/s的宽带无线接入首选的频段。
然而，高频无线信号的传输问题和高频设备的高昂价格严重制约着这类无线系统的应用。
融合光纤通信和移动通信技术优点的光载射频（ROF）通信技术是实现宽带无线信号传输的有效手段，该技术利用光纤的几乎无限的带宽资源和低损耗优势，使多路宽带无线信号的传输距离达数十公里，并可以将原来放置在基站的高频设备转移到中心站实现资源共享，进而可对数量庞大的基站的结构和功能（光电、电光转换和天线收发是必备功能）进行简化，降低系统成本。
同时在ROF系统中采用光学方法产生毫米波信号，可以简化基站和中心站的结构。
因此，基于ROF技术的无线通信系统能够使宽带无线接入的实现更加容易。
基于ROF技术的无线通信系统具有明显优势，它不仅可用于宽带无线接入，而且在车载移动通信、热点地区和室内覆盖、雷达信号传输等方面有广阔的应用前景。
构建城域宽带网、建设覆盖城乡的信息服务体系已列为北京市信息化发展规划以满足未来对宽带接入需求，以ROF技术为基础的无线宽带接入能够提供更大的接入带宽和灵活性，可以为北京市城域宽带网的无线接入部分提供技术支撑。
光载无线通信（ROF）系统的线性度和动态范围的优化和提升
（一）简介
光载无线(Radio over Fiber, RoF)是一种将光与微波相融合的
新兴技术，它融合了光纤通信功耗低、带宽高、抗干扰性能好，以及无线通信覆盖范围广、接入灵活等诸多优势，成为近些年
学术界和商业界都一致看好的热门通信技术之一，具有非常大
的研究和应用前景。
光通信是以光波为载波的一种通信技术，它的两个最主要
的核心是光源和光传输介质。
无线通信是一种以电磁波为信息
载体，通过自由空间传播信息的通信方式，它也是近些年通信
领域发展最为迅速的一个分支。
无论是光纤通信的“无穷”带宽，还是无线通信的移动便携性，都为当代人们的生活和工作
提供了无限的便捷，“宽带化”和“移动化”也将是未来通信
发展的两大潮流。
光载无线系统及时将微波信号融入到光纤中
传播。
一个典型的毫米波RoF通信系统主要由中心站、基站和用户
终端3个部分组成，如图1所示。
中心站与基站之问通过光纤
连接，传输光信号;基站和用户终端之问则为毫米波无线通信。
中心站的主要功能是实现下行链路中的毫米波光产生、基带信号的上变频和上行链路信号的接收处理;基站的主要功能是实现光电信号转换，发送下行信号，并将用户上行电信号转变成光信号回传中心站。
（二）ROF系统线性度和动态范围
在常见的光载无线系统中，马赫一曾德尔调制器(MZM)被广泛地用于将微波、毫米波信号调制到光载波上，承载了无线信号的光波在光纤中进行分配传输，接收端采用直接强度探测的方式探测光强从而获得微波、毫米波电信号。
然而由于调制器固有的非线性特性，在电光调制的过程中对微波、毫米波信号产生了非线性失真，这将影响到整个光载无线(ROF)系统的无杂散动态范围(GFDR)。
随着无线信号调制格式的复杂化和信号带宽的增加，对系统线性度的要求越来越高。
对于ROF应用而言，其无杂散动态范围至少需要95dB.HZ2/3甚至更高。
随着频率的升高，需要采用合适的高线性化ROF系统。
对于信号而言，非线性所带来的直接影响，在频谱上表现
为由原来的频率分量产生出新的频率分量，这些新生的频率分
量分别是原来各个频率及其倍频项之问的差与和的组合，包括
谐波频率失真(倍频项)以及交叉调制失真(差项与和项)。
而在这
诸多失真频率中，以2阶交调失真(IMD2)和3阶交调失真(IMD3)对非线的贡献最大。
在微波、毫米波系统中，通常信号的带宽
远小于载波频率，此时IMD2通常在倍频程以外，可直接使用
带通滤波器滤除，从而IMD3的大小成为影响信号质量的决定
性因素。
非线性的补偿策略则以抑制系统的IMD3为主。
交调失真的模型建立，对于一个非线性系统，输入与输出
的关系如下：
(1)
其中V out表示输出电压，V in表示输入电压，c i(i为正整数)。
当输入电压为双音信号时：
(2)
将（2）带入（1）式中，化简得：
(3)
从式（3）中可以看出，输出的电压中包含频率为的项
（m,n为整数）。
当m=1,n=0或m=0,n=1时这些称为基频项；当
n=0,m=2,3,4….或者m=0,n=2,3,4…这些项为倍频项也叫着谐波项；由于倍频项离基频距离较远，可以用滤波器滤掉；当m,n都不
为零时，这些项为交调失真项。
失真频率为其中.其中三阶交调
失真项为和，这两个频率离基频和比较近，用滤波器很难滤掉。
给通信造成了一定的影响，当输入信号频率比较多时，这种失
真更为突出，造成输出信号的失真。
抑制ROF光电转换非线性的研究进展：国内外的抑制ROF
系统传输的非线性来提高系统动态范围的方法大致分为4类：
预失真法、前馈法、相位调节法和在数字处理的方法。
（1）预失真法：
预失真的原理如下所示：
(4)
(5)
把（4）代入到（5）当中可得：
(6)
令且,则可得到,,即可消除输出信号的非线性失真分量。
如果考
虑频率的变化，，均为复数，有幅度和相位。
预失真电路模块一般做到三阶，其原理图如下所示：
（2）前馈法：
前馈法的基本框图如下所示：前馈法主要分为两个环路，及信
号消除环路和失真消除环路。
信号消除环路用于基频双音信号，提取出三阶交调失真；失真消除环路消除三阶交调失真。
射频信号源产生两个不同频率的信号(基频双音信号),由功分器
功分后,进入信号消除环路。
信号消除环路的上支路是一个强度
调制-直接检测的RoF光链路,电光调制器1把一部分双音信号调制到激光器1输出的激光上,调制器输出接光纤耦合器1, 一部分
光信号经过光电探测器1转变为电信号,进入电合路器;信号消除环路的下支路包括矢量调制器1,矢量调制器的作用是对射频信
号进行连续的幅度调节和相位调节。
双音信号进过矢量调制器
1调幅、移相后进入电合路器。
利用“同频率信号幅度相等且
相位相反,混合后可以抵消”的原理,只要调节矢量调制器1使进
入电合路器的标号1和2的两路的双音信号幅度相等且相位相反,就可以消除双音信号,提取出三阶失真。
（3）采用光载波相位偏移技术的系统
载波相位偏移技术装置如图4所示。
采用单信号驱动的双平行马赫-曾德尔调制器（SD-DPM ZM)可实现载波相位偏移技术。
通过三维偏置点调节，可在0到360度范围内旋转光载波频率的相位。
优化其相位偏移参数，使得IMD3最小，从而提高Rof系统的动态范围。
清华大学的张国强在2012年运用载波相位偏移系统，采用光边带处理技术的系统结构。
光边带处理器放置在普通MZM调制器后端实现后补偿。
该技术具有多通道、可编程控制能力，同时对原始光路不造成破坏。
调制器半波电压为5V，在8dBm的输入微波功率下，载波干扰比从原来的39dB提高至75dB，从而获得36dB的非线性抑制;在-161dBm/Hz:的理论噪底下，系统的无杂散动态范围从原来的99.8dB/Hz2/3提高至124.8dB/Hz2/3，获得了超过25dB的动态范围增益。
（4）数字信号处理方法：
为了补偿射频链路的非线性，无线通信中提出了基于模拟电路和数字信号处理的线性化技术，其中数字线性化因其高精
度、高适应性、无需增加硬件等优势被广泛应用。
数字线性化技术又分为预失真补偿和后失真补偿技术。
结合光载无线系统中心集中处理、远端结构简单的架构，下行和上行链路应该分别采用预失真和后失真补偿技术。
为了补偿非线性失真，预失真构造出与ROF非线传递曲线呈反函数关系的传递函数。
预失真构造的函数对于非线性补偿的效果与信号的非线性阶数（奇数）、记忆长度以及采样的速率有关。
采用补偿预失真后的两输入信号在保证同等的动态范围的情况下最大输入的射频功率可提高3dB以上。
经过第一个MZM（正交偏置）
+…….
经过第二个MZM（同上）。
[1+(t)]. ()
上式中存在基频信号和交调失真成分。
其中交调失真部分可用平方和窄带滤波方式获取。
失真补偿函数可表示为(t)=(1+(t))=1+
其具体的链路模型的结构如下：
当注入的射频双音信号功率为-29dBm, L0功率为16 dBm时，测得的中频信号分别位于40 MHz和41 MHz，交调成分位于
39MHz和42MHz。
未经失真补偿的普通光子下变频系统三阶交
调失真显著，为-45.1dBm。
采用本文提出的数字线性化技术，
失真得到显著的抑制，为-67.1dBm，失真抑制为22dB。
基带和
交调功率均由频谱分析仪直接测量得到。
2014年北京邮电大学
的陈皓、许坤等人采用数字处理线性化技术，仅需要确定系统
三阶阶段点及可完成非线性补偿函数的确定与失真的补偿。
无
杂散动态范围提高到了128.3 dB/Hz2/3。
小结：
随着无线信号载波频率向微波频率甚至毫米波频率扩展，
信号带宽向数吉赫兹甚至更高频率发展，无线信号所能覆盖的
范围进一步缩小，对系统的宽带性能也提出了更高的挑战。
光载无线技术因其高达太赫兹量级的带宽能力，以及极低的光传输损耗。
接收端采用直接强度探测的方式探测光强从而获得微波、毫米波电信号。
然而由于调制器固有的非线性特性，在电光调制的过程中对微波、毫米波信号产生了非线性失真，这将影响到整个光载无线（ROF)系统的无杂散动态范围(SFDR)。
随着无线信号调制格式的复杂化和信号带宽的增加，对系统线性度的要求越来越高。
对于ROF应用而言，其无杂散动态范围至少需要大约95 dB/Hz2/3甚至更高。
随着频率的升高，需要采用合适的高线性化ROF系统。
