1.4 光載無線系統

無線化和寬帶化是當今通信業乃至整個信息業的熱點。無線通信使人們能夠隨時隨地地與任何人進行通信。而寬帶通信可以將數據、Internet、語音、視頻和多媒體應用傳送到商業和家庭用戶。這兩者的結合無疑是未來通信的發展方向。

目前，第一代和第二代移動通信每秒可以傳輸的數據只有幾十到十萬多比特，第三代移動通信每秒可以傳輸的數據也只有2兆比特。這遠遠不能達到寬帶通信的要求。

為了提高無線通信系統的容量并實現寬帶通信，必然要提高其工作頻率。由表1-4可以看出，目前我國的大多數業務都集中在3GHz以下，現有的低頻段頻率資源幾乎已經都被占用了，但對于30GHz以上的頻率資源卻較少利用，特別是對于20GHz和60GHz頻段的兩個大氣傳輸高損耗窗口。如果能利用這一頻段窗口通信，不但能充分利用現有頻譜資源，而且可以實現超寬帶的無線接入。而這一頻段的無線電波就是通常所說的毫米波。

表1-4 無線頻率資源分配情況

毫米波是指波長為1～10 mm的電磁波。在電磁波的頻譜結構中，它位于微波與紅外線之間，所以具有這兩種信號的特點。其主要特點為：①極寬的帶寬。通常認為毫米波頻率范圍為30～300GHz，帶寬高達270GHz，是從直流到微波全部帶寬的10倍。即使考慮大氣吸收，僅使用它的4個主要傳輸窗口，它的總帶寬也可達135GHz，為微波以下各波段帶寬之和的5倍。這在頻率資源緊張的今天無疑極具吸引力。②波束窄。在相同天線尺寸下，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標或更為清晰地觀察目標的細節。③與激光相比，毫米波傳播受天氣的影響要小得多，可以認為具有全天候特性。④與微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多。因此毫米波系統更容易小型化。由于上述特點，毫米波技術及其應用得到了迅速的發展。

但是，隨著工作頻率的提高，大氣中吸收和反射引起的損耗也逐漸增加，傳輸線中的阻抗也隨之增加，從而使損耗增大。這樣，長距離傳送高頻率的微波信號需要昂貴的再生設備。而對于毫米波，即使是使用傳輸線進行短距離的傳輸也很困難。

為了解決這個問題，提出了Radio Over Fiber（ROF）技術，該技術充分結合光纖和高頻無線電波（如60GHz）傳輸的特點，能實現大容量、低成本的射頻信號有線傳輸和超寬帶無線接入（大于1 Gbps）。這是因為：一方面無線工作頻率的提高，使得損耗加大，傳輸距離減小，各個蜂窩覆蓋的范圍也減小。所以需要更多的基站來提供足夠的覆蓋范圍；另一方面，從安裝和維護成本的角度考慮，我們希望實現基站的簡化和集中化控制，對不同速率、不同格式的數據透明傳輸，以及比較容易操作的網絡升級，而ROF正好具有這一特點。它將昂貴復雜的設備集中在中心站點（CO），對信號進行調制和交換。而基站（BS）則非常簡單，只是進行信號的光電轉換。這樣，多個遠端基站共享這些設備，大大降低了系統的功耗和成本。另一方面，蜂窩覆蓋范圍的減小也給組網帶來了靈活性，同時也減小了移動環境的復雜性。小范圍的移動環境比較簡單，多徑衰落的影響及多徑引起的碼間干擾可以大大減小。另外，光纖作為傳輸介質具有低損耗、寬帶寬和不受電磁干擾的特性。目前已經實現商用的石英單模光纖的損耗在1550nm窗口小于0.2dB/km和在1310nm的窗口小于0.5dB/km。這一損耗遠遠低于無線電波在空間和傳輸線中的損耗。所以，通過光纖傳輸寬帶信號是最佳的解決方案，既避免了干擾又增加了容量。ROF技術正是利用了這一特點，但由于光纖中傳輸的是超寬帶的調制信號，這使ROF系統比傳統的光纖傳輸系統又具有了一些新的特點。