1.4 光载无线系统

无线化和宽带化是当今通信业乃至整个信息业的热点。无线通信使人们能够随时随地地与任何人进行通信。而宽带通信可以将数据、Internet、语音、视频和多媒体应用传送到商业和家庭用户。这两者的结合无疑是未来通信的发展方向。

目前，第一代和第二代移动通信每秒可以传输的数据只有几十到十万多比特，第三代移动通信每秒可以传输的数据也只有2兆比特。这远远不能达到宽带通信的要求。

为了提高无线通信系统的容量并实现宽带通信，必然要提高其工作频率。由表1-4可以看出，目前我国的大多数业务都集中在3GHz以下，现有的低频段频率资源几乎已经都被占用了，但对于30GHz以上的频率资源却较少利用，特别是对于20GHz和60GHz频段的两个大气传输高损耗窗口。如果能利用这一频段窗口通信，不但能充分利用现有频谱资源，而且可以实现超宽带的无线接入。而这一频段的无线电波就是通常所说的毫米波。

表1-4 无线频率资源分配情况

毫米波是指波长为1～10 mm的电磁波。在电磁波的频谱结构中，它位于微波与红外线之间，所以具有这两种信号的特点。其主要特点为：①极宽的带宽。通常认为毫米波频率范围为30～300GHz，带宽高达270GHz，是从直流到微波全部带宽的10倍。即使考虑大气吸收，仅使用它的4个主要传输窗口，它的总带宽也可达135GHz，为微波以下各波段带宽之和的5倍。这在频率资源紧张的今天无疑极具吸引力。②波束窄。在相同天线尺寸下，毫米波的波束要比微波的波束窄得多，可以分辨相距更近的小目标或更为清晰地观察目标的细节。③与激光相比，毫米波传播受天气的影响要小得多，可以认为具有全天候特性。④与微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多。因此毫米波系统更容易小型化。由于上述特点，毫米波技术及其应用得到了迅速的发展。

但是，随着工作频率的提高，大气中吸收和反射引起的损耗也逐渐增加，传输线中的阻抗也随之增加，从而使损耗增大。这样，长距离传送高频率的微波信号需要昂贵的再生设备。而对于毫米波，即使是使用传输线进行短距离的传输也很困难。

为了解决这个问题，提出了Radio Over Fiber（ROF）技术，该技术充分结合光纤和高频无线电波（如60GHz）传输的特点，能实现大容量、低成本的射频信号有线传输和超宽带无线接入（大于1 Gbps）。这是因为：一方面无线工作频率的提高，使得损耗加大，传输距离减小，各个蜂窝覆盖的范围也减小。所以需要更多的基站来提供足够的覆盖范围；另一方面，从安装和维护成本的角度考虑，我们希望实现基站的简化和集中化控制，对不同速率、不同格式的数据透明传输，以及比较容易操作的网络升级，而ROF正好具有这一特点。它将昂贵复杂的设备集中在中心站点（CO），对信号进行调制和交换。而基站（BS）则非常简单，只是进行信号的光电转换。这样，多个远端基站共享这些设备，大大降低了系统的功耗和成本。另一方面，蜂窝覆盖范围的减小也给组网带来了灵活性，同时也减小了移动环境的复杂性。小范围的移动环境比较简单，多径衰落的影响及多径引起的码间干扰可以大大减小。另外，光纤作为传输介质具有低损耗、宽带宽和不受电磁干扰的特性。目前已经实现商用的石英单模光纤的损耗在1550nm窗口小于0.2dB/km和在1310nm的窗口小于0.5dB/km。这一损耗远远低于无线电波在空间和传输线中的损耗。所以，通过光纤传输宽带信号是最佳的解决方案，既避免了干扰又增加了容量。ROF技术正是利用了这一特点，但由于光纤中传输的是超宽带的调制信号，这使ROF系统比传统的光纤传输系统又具有了一些新的特点。