摘要：下一代接入網(wǎng)需要實(shí)現(xiàn)高帶寬和低成本的便攜性，基于寬帶光通信和無線接入的無縫融合的毫米波光載無線(RoF)通信技術(shù)被認(rèn)為是一個很有前景的解決方案。但是由于其實(shí)現(xiàn)成本較高，需要對其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化。在毫米波光產(chǎn)生部分，光外差法可利用低頻信號源產(chǎn)生高頻的毫米波信號，同時采用對半導(dǎo)體激光器的注入鎖模可以提高其利用效率。在下行鏈路中，使用單邊帶調(diào)制可以提高光傳輸距離，而基于注入鎖模半導(dǎo)體激光器的單模調(diào)制(單邊帶調(diào)制)是一種較為簡單的方案；上行鏈路中，采用對于光外差信號的調(diào)制，可以實(shí)現(xiàn)上行毫米波信號的直接光學(xué)下變頻，從而簡化中心站接收機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在波分復(fù)用毫米波光載無線雙向系統(tǒng)中，利用上下鏈路的波長重用可以節(jié)省波長資源，提高系統(tǒng)使用效率。

近年來，由于無線通信的便攜性，移動通信在全球通信市場上發(fā)展迅速，并逐步占據(jù)了整個市場份額的一半以上。而隨著高速互聯(lián)網(wǎng)和高清電視等寬帶多媒體業(yè)務(wù)的推廣和發(fā)展，未來的無線通信將需要提供更大的通信帶寬，并保證每個用戶的低成本接入。在這樣的背景下，頻率高、潛在應(yīng)用帶寬大的毫米波通信成為了一項很有競爭力的解決方案。參考文獻(xiàn)[1]中，60 GHz頻段由于是氧氣的吸收峰而倍受關(guān)注，它可以實(shí)現(xiàn)無線短距離、高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸，并支持非常小的蜂窩結(jié)構(gòu)。目前直接實(shí)現(xiàn)60 GHz無線通信由于器件成本的問題，難度較大，而如果將現(xiàn)有高帶寬的光纖通信技術(shù)和60 GHz毫米波通信技術(shù)相結(jié)合，在中心站和各個基站天線之間采用光纖連接，將復(fù)雜和昂貴的功能例如信號處理和路由等都放在中心站，則可大大降低整個系統(tǒng)的成本。于是，毫米波光載無線(RoF)通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

一個典型的毫米波RoF通信系統(tǒng)主要由中心站、基站和用戶終端3個部分組成，如圖1所示。中心站與基站之間通過光纖連接，傳輸光信號；基站和用戶終端之間則為毫米波無線通信。中心站的主要功能是實(shí)現(xiàn)下行鏈路中的毫米波光產(chǎn)生、基帶信號的上變頻和上行鏈路信號的接收處理；基站的主要功能是實(shí)現(xiàn)光電信號轉(zhuǎn)換，發(fā)送下行信號，并將用戶上行電信號轉(zhuǎn)變成光信號回傳中心站。目前對于毫米波RoF通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究重點(diǎn)主要側(cè)重于中心站與基站之間的上下行光傳輸信號方面，具體的主要包括：毫米波光產(chǎn)生、下行信號上變頻、傳輸性能、上行信號下變頻、雙向鏈路波長重用等方面。

1、毫米波光產(chǎn)生部分的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

傳統(tǒng)的RoF通信系統(tǒng)對于微波的產(chǎn)生一般直接利用現(xiàn)有的射頻源，但是對于毫米波RoF系統(tǒng)來說，采用毫米波頻段的射頻源是相當(dāng)昂貴的。如果能使用低頻的射頻源甚至不使用射頻源的光域方法來產(chǎn)生毫米波信號，則可以大大降低系統(tǒng)成本。目前主流的毫米波光產(chǎn)生方法是采用光外差法，即利用低頻的射頻源生成一對間距為所需毫米波頻率的光相干縱模信號，通過將該信號接入光電二極管拍頻可實(shí)現(xiàn)毫米波的光產(chǎn)生，原理示意圖見圖2。

在光外差法的實(shí)現(xiàn)方面，目前主要方法是采用外調(diào)制器，其又有兩種具體的結(jié)構(gòu)[2]，分別采用雙臂鋰酸鈮強(qiáng)度調(diào)制器和相位調(diào)制器加光帶陷濾波器。

一種是采用雙臂鋰酸鈮強(qiáng)度調(diào)制器，合適地選擇調(diào)制器偏置點(diǎn)實(shí)現(xiàn)載波抑制調(diào)制，利用調(diào)制出的兩個一階邊帶實(shí)現(xiàn)相干光雙縱模，這樣就可以實(shí)現(xiàn)頻率加倍，從而使用30 GHz信號源產(chǎn)生60 GHz的信號，其原理見圖3(a)。

另一種是采用相位調(diào)制器加光帶陷濾波器，在調(diào)制器輸出的光譜中利用光帶陷濾波器將光載波濾除，剩余的兩個一階邊帶即可實(shí)現(xiàn)相干光雙縱模，其原理見圖3(b)。這種方法同樣實(shí)現(xiàn)了頻率加倍，不過結(jié)構(gòu)較第一種復(fù)雜了些。

前面的兩種方法均是使用30 GHz的信號源來產(chǎn)生60 GHz的信號，但是30 GHz的射頻源仍然較為昂貴，于是在外調(diào)制器法的基礎(chǔ)上，可以通過激光器的注入鎖模來降低對參考頻率源頻率的要求，從而利用更低的頻率源來產(chǎn)生60 GHz的毫米波信號。

(1)FP激光器雙模注入鎖模實(shí)現(xiàn)60 GHz毫米波

采用法布爾-帕羅(FP)激光器雙模注入鎖模的方法可提高所產(chǎn)生的毫米波信號的質(zhì)量，降低相位噪聲[3]。通過調(diào)整調(diào)制器的偏置點(diǎn)和FP激光器的偏置電流，可以實(shí)現(xiàn)了對于FP激光器的二階邊帶注入鎖模，從而利用15 GHz來產(chǎn)生60 GHz的毫米波信號[4]。具體原理見圖4。獲得的相干光雙縱模信號和拍頻電譜見圖5。

通過FP激光器雙模注入鎖模，鎖定的相干光雙縱模信號光信噪比在20 dB以上，拍頻的毫米波電信號信噪比在40 dB以上，相位噪聲100 kHz處為-94.30 dBc/Hz，質(zhì)量很好。此外，通過對FP激光器的雙模注入鎖模還可以提高激光器的直調(diào)帶寬，見圖6，它在后面的基帶信號光學(xué)上變頻甚至上行信號光學(xué)下變頻方面有很高的利用價值。