面向5G的光载射频接入技术研究

• 作 者: 张卫鹏
• 出 处: 西安电子科技大学
• 发表日期: 2020年02期
• 关键词: 光载射频 相干检测 光学下变频

下一代移动通信系统对传输速率、接入用户数量以及多业务支持等指标提出了更高的要求,所使用的频段也将更高,毫米波的使用场景愈发频繁。为保证信号覆盖,有源天线单元(AAU)的数量将大大增加。设计具有大容量且结构简单的光载射频前传链路对降低组网成本、提升传输速率等具有重要意义。当前的前传链路中多使用强度调制-直接检测结构(IM-DD),在IM-DD链路中,宽带信号在发射端经过强度调制加载到光载波上,已调光载波经过光纤传输到接收端,然后经过光电探测器恢复出原始的宽带信号。由于调制器的固有非线性,导致该链路动态范围受限,带来无法支持高阶调制格式等一系列问题。基于相干检测的光载射频链路支持幅度、相位等多维度调制方式,避免了使用强度调制器带来的非线性。在链路容量方面,该链路也具有支持更高阶调制格式的优势。在传输质量方面,具有大动态范围的相干检测链路也更适合应用于接收射频功率差异较大的上行链路之中。在链路增益方面,相干检测接收灵敏度更高。相干检测结构也具有支持变频功能的优势,通过对本振光进行移频使得在光域可对射频信号进行简单易行的变频,避免了电域变频器件的使用。本文在分析了常见光电器件的传输特性以及激光器相位噪声对相干检测的影响之后,提出了三种基于相干检测的光载射频传输方案:基于自相干检测的光载射频链路结构:该链路使用自相干检测结构,具有传输容量大,光谱利用率高等优点。通过VPI仿真,最终实现了同时传输两路比特率为2.5Gbps的16QAM信号,并且其EVM在3%左右。基于自相干检测的下变频光载射频链路:针对毫米波应用场景,该链路中结合了光学下变频单元。通过VPI仿真,该链路实现了传输一路比特率为2.5Gbps载频为40GHz的16QAM信号。通过光学下变频,最终实现了将该信号载频变频为2GHz。基于外差相干检测的下变频光载射频链路:该链路使用了额外的外差光源,弥补了自相干检测增益不足的缺陷。该链路在接收端结合了光学下变频单元与激光器相位噪声消除单元。通过VPI仿真,最终实现了传输一路比特率为2.5Gbps的16QAM信号,并将该信号从30GHz下变频为2GHz。