射频光纤系统方案设计和功率预算1.doc

射频光纤系统方案设计和功率预算1 邢妍，张民，陈雪，叶培大 （北京邮电大学光通信与光波技术教育部重点实验室，北京 100876） E-mail：xingyanaaa@ 摘 要：本文主要提出了一种基于 WiMAX 宽带无线接入网的射频光纤传输系统中心站和基 站点对点下行链路的设计方案，对其功率预算问题进行了理论推导和研究。功率预算分析结 果，对实际系统的设计具有一定的指导意义。 关键词：射频光纤传输，功率预算，WiMAX 中图分类号：TN929.11 1．引言 近年来，无线通信技术的发展为人们的生活提供了诸多便利。各种新业务的不断涌现， 对带宽的需求也在与日俱增。通过提高无线系统的工作频率来提高系统的容量是现阶段主要 采取的解决带宽需求的手段。然而，随着工作频率的提高，无线信号在大气中由于反射和吸 收造成的损耗也在不断地增加。于是，一种实现宽带无线信号高质量传输的技术——RoF （Radio over Fiber）技术应运而生[1]。RoF 技术是一种光纤通信与无线通信相结合的技术， 是新兴的交叉学科——微波光子学的一个重要的研究方向。对它的研究始于上世纪80年代 末、90年代初。利用这种技术，能够实现大容量、低成本的射频信号传输和宽带无线接入， 以及分布式网络覆盖模式。 根据光纤中传送的信号类型，可以将 RoF 系统分为三类：基带光纤传输、中频光纤传 输和射频光纤传输[2]。对于射频光纤传输系统，由于在远端基站内无需进行频率的上、下变 换，可以使得远端基站的结构大大得到简化。因此，这种技术在近年来为业界所青睐。同时， 由于射频信号对光纤色散等因素较为敏感，而且需要高速的光调制和探测技术，因此目前仍 然是重要的研究方向。 对于射频光纤传输系统，激光器发射的光功率是一个重要的指标。在实际网络中，可以 通过功率预算来大体计算出这一指标。同时，功率预算对设备、器件的选取，也具有重要的 指导作用。根据功率预算的结果，选择符合射频拉远系统性能要求的设备，对系统造价的进 行初步的估算。但是现阶段，对这方面进行研究的文章还不是很多。 本文主要提出了一种基于 WiMAX/802.16d 规范的射频光纤传输系统的方案设计，并 对其功率预算问题进行了理论推导和研究分析。 2．射频光纤传输系统实现方案设计 RoF 系统主要由中心站（CS）、基站（BS）以及用户端等几部分构成。中心站与基站 之间通过光缆连接，而基站与用户端之间仍然是无线链路。如图1所示。 1本课题得到华为科技基金项目“分组流媒体业务下有线与无线接入技术融合的研究”和教育部新世纪优秀 人才支持计划（张民 2006）的资助。  基站 (BS)  用户站  中心站 （CS） 光反馈网络  基站 (BS) 用户站 图 1 RoF 的网络结构图 在现代的无线通信系统中，为了提高系统覆盖率和容量，往往采用小半径的微蜂窝以及 微微蜂窝的结构，这样就需要大量的基站以实现大面积的覆盖。价格更低、占地面积更小的 基站，成为研究开发的趋势。作为 RoF 技术的一种的射频光纤传输技术，正是实现基站简 化的一个很好的方案。图2为基于 WiMAX 的射频光纤传输系统中心站和基站的点对点下 行链路设计方案。 图 2 射频光纤传输系统中心站和基站点对点下行链路设计方案 首先，在中心站，将符合 WiMAX 物理媒质依赖子层标准的数字基带信号调制到中频， 再调制到射频频率上，而后将调制后的射频信号作为半导体激光器的注入电流，进行直接强 度调制，将电信号转化为光信号，通过光纤传送到远端的基站。在远端的基站，通过光电检 测器将光信号恢复为射频信号，再利用放大器将射频信号放大，使其达到发射机输出功率的 要求。最后通过天线将射频信号发送出去。发射的射频信号符合WiMax、GSM等无线通信 系统的要求。 利用这种设计，在基站中由于不需要进行任何的频率上下变换，仅需要简单的光信号收、 发设备以及放大器，基站的结构得以简化。 3．系统功率预算 若注入半导体激光器的电信号符合 WiMAX/802.16d 规范，系统所使用的载波频率为 3.5GHz。设 WiMAX 发射机的输出功率为 P1 （dBm），功率放大器的平均输入功率为 P2 （dBm）。根据文献[3]，可以推导出：  ? 1 ( A I Mm)2 ? P2 = 10 lg ? ?? 2 RZ ×1000? ?? （1） 其中，AR 表示前置低噪声放大器互阻增益；I p （A）表示 pin 光电二极管的平均输出电流； M 表示光电二极管的雪崩增益； RZ 表示匹配阻抗； m 表示半导体激光器强度调制的调制 指数。则： 1 1 ? P2 ?3 ? 2 ? P1 ?G ?3 ? 2 ? 2 ×1010 × RZ ?