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面向2G/3G/4G/WLAN融合接入应用的光载无线分布式天线系统(2)

面向2G/3G/4G/WLAN融合接入应用的光载无线分布式天线系统(2)

3.受激布里渊散射对传输性能影响的分析和抑制

光纤中受激布里渊散射(SBS)效应所带来的负面影响限制了光纤输入端口所能够容忍的最大输入光功率,当输入光功率超过SBS阈值一定程度时,就会产生功率饱和效应,导致接收端口难以获取相应的光功率,并且受激布里渊散射会导致接收信号的噪声急剧增大,导致链路性能的恶化[7].

本文提出了一种基于菲涅尔反射和抑制载波调制的SBS增益谱/损耗谱的测量方法[8],具有高精度、单端测量等优点,结构如图6所示。可调谐光源(TLS)产生线宽低于300 kHz的直流光,微波源产生频率可控的微波,并以载波抑制(OCS)的方式调制到光载波上。通过控制微波的频率可以得到频率间隔可调的双边带信号,经放大后,进入到被测光纤。由于光纤端面会产生菲涅尔反射现象,反射光将背向进入到被测光纤。这两部分光在被测光纤中逆向传输,当双边带的频率间隔正好等于被测光纤的布里渊频移,并且前向泵浦光功率高于SBS阈值的时候,就会出现效应。泵浦光的上边带对探测光的下边带有放大作用,而泵浦光的下边带对探测光的上边带有衰减作用。因此只要通过调节微波源频率,并且分别检测上下边带的光功率,就可以很容易的得到SBS的增益谱和损耗谱。







用这种测量方法,分别得到了标准单模光纤(SSMF)和高非线性光纤(HNLF)中SBS效应的增益谱和损耗谱,如图7所示。图给出了TLS波长为1 552.84 nm时的增益谱,从谱线形状来看,实验结果很好的吻合了理论上的洛仑兹线型,并且不同泵浦功率对应的布里渊增益系数峰值也不同。同样,当波长调到1 552.71 nm的时候,可以测得如图7(b)所示的SBS损耗谱,并且布里渊损耗系数峰值也会随着泵浦功率的增加而增加。







目前抑制SBS效应的方法主要有增加激光器线宽。为了研究激光器线宽对SBS阈值的影响,实验测试了信号在链路中传输时链路中光功率的监测情况,测试结构图如图所示。矢量信号分析仪产生标准信号,调制到光载波上传输,掺铒光纤放大器(EDFA)用来调节入纤光功率。光信号经过环行器和耦合器进入被测光纤中传输,被探测器接收恢复出电信号。实验中直调激光器的线宽约为10 MHz,而窄线宽光纤激光器的线宽约为50 kHz.实验中测试了链路各监测点光功率的变化情况,在环行器后用PM1来监测入纤光功率,经过被测光纤后用监测透射光功率,利用PM3监测光纤背向散射光的光功率。

测试结果如图9所示,其中,图8和图9(b)分别对应于激光器线宽为的直接调制和50 kHz的外调制。由图9(a)可以看出,当入纤光功率低于13.5 dBm的时候,光纤反射光功率和透射光功率缓慢增加,当入纤光功率高于13.5 dBm的时候,其中反射光功率发生急剧变化,快速增加,并且在17.5 dBm的时候与透射光功率均等,可以看出单模光纤的SBS阈值约为13.5 dBm.由图9(b)可以看出,激光器线宽为50 kHz条件下,阈值在9.5 dBm附近,比10 MHz线宽时降低了4 dB左右。









4. 2G/3G/4G/WLAN多业务分布式传输的SCM-CWDM技术

随着中国移动推出四网协同的发展战略,无线业务应用正趋于多样化。2G网络继续向低端用户提供移动语音业务,3G网络在全球范围内正得到大规模部署,同时能够支持更高无线接入速率的4G网络也在逐渐铺开。此外,WLAN作为低成本高效率的流量承载解决方案,正进入快速发展的时期。通过不同的网络向多个基站配置多制式的无线业务,将导致大量的资本输出(CAPEX)和运营支出(OPEX)。针对这一问题,光载无线分布式天线系统是最有吸引力的解决方案[9].前面已经介绍了实现低成本、高性能的光载无线分布式天线网络的关键技术,为了面向四网融合接入应用,项目采用副载波复用(SCM)和波分复用技术的结合[10],充分利用了光纤的宽带特性。

副载波复用系统,在发送端将各路待传递的信息分别调制在不同的射频(即副载波)上,然后将各个带有信号的副载波合起来,调制一个光载波;在接收端,经光电检测得到全部的副载波,然后用电学的方法将各路副载波分开。

SCM技术非常容易实现宽带传输,它可以同时传输低速、高速数据以及模拟视频信号。SCM光纤通信技术容易实现,价格低廉,可与现有的各种通信网兼容,且容易实现宽带及插入业务方便,是实现多业务融合接入的理想选择。然而,SCM技术仍然局限于点到点的传输,不能够满足在复杂结构下的低成本组网需求。

正因如此,本文提出了一种副载波复用结合粗波分复用方式的多业务、分布式传输系统,系统结构如图10所示。

该系统主要由星型网络拓扑结构组成,中心局(CO)通过WDM设备连接到多个远端天线单元(RAU)。对于一个远端天线单元,使用SCM技术,每个波长承载多制式的无线业务,如2G/3G/4G/WLAN.在中心局,多制式的无线业务通过低成本直调的光收发模块调制到光载波上,然后粗波分复用器(CWDM)将各路信号复用到一根标准单模光纤(SMF)中传输。在远端天线单元(RAU),多路信号经解复用器后分配到光收发模块转换成射频信号,再经过电放大器放大后由天线发射。同样,上行信号被天线接收后注入到光收发模块,并由粗波分复用(CWDM)进入光纤,回传到中心控制局,控制局内光收发模块实现光/电转换,得到射频信号再进行后续处理。

基于SCM-WDM的光载无线分布式天线网络,通过WDM技术,将大量的远端天线单元连接到中心局,增加了网络的覆盖范围,而且很大程度降低了无线接入网的成本。

为了评估SCM-WDM系统的传输性能,项目建立了基于四信道的结构和四制式的无线业务副载波复用的ROF-DAS系统,系统结构如图11所示。四种信号分别是的EDGE-8PSK信号、的WCDMA-QPSK信号、2.3 GHz的信号和2.412 GHz的信号。
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