光載無線通信簡稱ROF(Radio-over-Fiber)技術，是一種光和微波結合的通信技術，是利用光纖的低損耗、高帶寬特性，提升無線接入網的帶寬，為用戶提供”anywhere，anytime，anything”的服務。它的產生與發(fā)展都來源于用戶對無線接入網的帶寬的需求。具有低損耗、高帶寬、不受無線頻率的干擾、便于安裝和維護、功率消耗小以及操作更具靈活等優(yōu)點。

光載無線通信的背景

　　當前，基于PON技術的FTTH在一些試點城市進行得如火如荼，同時，WiMAX也異軍突起并順利成為3G標準中一員。在骨干光網絡已趨于飽和的情況下，接入網領域的巨大市場份額無疑會成為各大運營商爭相投資的動力。光纖接入和無線接入分別有著各自的優(yōu)勢，光纖具有低損耗、高帶寬、防電磁干擾等特點，而無線接入則可以給用戶帶來無處不在的方便快捷服務，且免去了鋪設光纖的昂貴費用，于是，人們就想能不能用一種技術將有線與無線接入融合起來。Radio-over-Fiber(ROF)技術就是應這種需求而出現，并且成為越來越多人研究的熱點。

　　2008年伊始，國內電信業(yè)重組成為人們討論的焦點，就人們已經預測的重組方案來說，未來的運營商都將擁有自己的固定和移動網絡，并且兼營兩部分業(yè)務，為了成本的最低化、網絡的最優(yōu)化，運營公司必定會選擇網絡的融合。另外，從市場上看，有調研機構調查顯示，在調查對象中，有60.6%認為在未來5年中主要出現的情景將是無線和有線的融合（FMC），大多數用戶將擁有1部多模電話機，并通過最適合的網絡(可以是固定網，也可以是無線網)來進行呼叫。

　　2008年底隨著3G牌照的發(fā)放，所以，無論從技術、政策還是市場驅動上看，融合必定成為今后電信業(yè)的主旋律和必然趨勢，技術將趨于融合，網絡將趨于融合，業(yè)務也將趨于融合，ROF技術也必將在未來網絡融合中發(fā)揮巨大的作用。

光載無線通信的概述

　　光載無線通信是應高速大容量無線通信需求，新興發(fā)展起來的將光纖通信和無線通信相結合起來的無線接入技術。ROF系統(tǒng)中運用光纖作為基站(BTS)與中心站(CS)之間的傳輸鏈路，直接利用光載波來傳輸射頻信號。光纖僅起到傳輸的作用，交換、控制和信號的再生都集中在中心站，基站僅實現光電轉換，這樣，可以把復雜昂貴的設備集中到中心站點，讓多個遠端基站共享這些設備，減少基站的功耗和成本。

　　光纖傳輸的射頻（或毫米波）信號提高了無線帶寬，但天線發(fā)射后在大氣中的損耗會增大，所以要求蜂窩結構向微微小區(qū)轉變，而基站結構的簡化有利于增加基站數目來減少蜂窩覆蓋面積，從而使組網更為靈活，大氣中無線信號的多經衰落也會降低；另外，利用光纖作為傳輸鏈路，具有低損耗、高帶寬和防止電磁干擾的特點。正是這些優(yōu)點，使得ROF技術在未來無線寬帶通信、衛(wèi)星通信以及智能交通系統(tǒng)等領域有著廣闊的應用前景。

光載無線通信的系統(tǒng)架構

　　ROF系統(tǒng)的基本實現策略是將數字基帶信號先用射頻副載波（Radio Frequency，以下簡稱”RF”）調制，然后用光鏈路傳輸。在接收端恢復射頻信號，通過天線發(fā)射在移動或固定終端接收射頻信號解調得到數字信號。同時移動終端也可以通過ROF系統(tǒng)向服務提供者提出服務請求，實現雙向交互的通信。

光載無線通信的特點

　　1 輸距離長 、衰減損耗低

　　高頻微波信號的傳輸，無論是在自由空間還是在固態(tài)介質傳輸線上，具有很多潛在問題，成本也較昂貴。自由空間里，隨著頻率的升高，由吸收和反射引入的損耗也加大。固態(tài)介質傳輸線中，阻抗隨著頻率的升高而增大，帶來了很大的損耗。因此，遠距離分布高頻射頻信號需要很昂貴的再生設備。對于毫米波而言，它們在傳輸線上的分布傳播即使短距離也是很難實現的。目前已商用的解決辦法，就是把基帶信號或者中頻調制信號從交換中心(headend)分布傳輸到BTS基站，基帶或者中頻信號在基站端上變頻到需要的微波或者毫米波，微波放大，然后經由天線發(fā)射，如圖a/b所示的結構，只不過傳輸媒介是電纜而非光纖。由于在各個基站端上變頻處理的需要，就需要高性能的本地振蕩器，這個又導致基站端復雜的結構和較高的性能需求。另一方面，因為光纖具有較小的損耗，ROF技術既可以實現毫米波分布的低損耗，還可以簡化RAUs的結構。

ROF系統(tǒng)概念的理論圖

　　目前實用的單模光纖(SMFs)基本都是石英材料的，他們在1550nm和1310nm窗口的損耗分別低于0.2dB/km和0.5dB/km，比已知的其他通信線路的損耗都低的多，因此，由其組成的光纖通信系統(tǒng)的中繼距離也較其他介質構成的系統(tǒng)長的多。如果今后采用非石英光纖，并工作在超長波長（＞2υm），光纖的理論損耗系數可以下降到10-3～10-5dB/km，此時光纖通信的中繼距離可大數千，甚至數萬公里。

　　2 光纖的容量大

　　光纖可以提供巨大的帶寬。光纖通信主要又三個低損耗窗口，分別是850nm，1310nm，1550nm波長。對于單根單模光纖來說，三個窗口一共可以提供高達50THz的帶寬。然而，目前廣泛商用的系統(tǒng)僅僅利用了其中的一小部分，大概1.6THz。人們還在不斷的研究如何拓展單根光纖的傳輸能力，通過包括開發(fā)低色散光纖、為1550nm專用的摻餌光放大器、混和利用高級光時分復用(OTDM)和密集光波分復用技術(DWDM)等。

　　除了傳輸微波信號的較高性能，光纖的高帶寬還有其他的優(yōu)點。高光帶寬可以實現在電系統(tǒng)中很難甚至不可能實現的高速信號處理，也就是說，一些必需的微波信號處理，比如濾波，混頻，上/下變頻都可以在光域中實現。在光域進行信號處理就可以利用較便宜低帶寬的光器件，象是激光二極管和調制器，還可以處理高帶寬的信號。

　　3  光纖體積小、重量輕、安裝維護簡便

　　在ROF系統(tǒng)中，復雜而昂貴的設備都在headend端，簡化了RAUS的結構。比如系統(tǒng)刪減了RAU端的本振和相關設備，而僅僅需要光電探測器，射頻放大器和天線來發(fā)射信號，調制器和交換設備也都放置在headend端，這些設備由幾個RAUS共用。這種結構可以使RAUS更加輕便小巧，有效的降低了系統(tǒng)安裝和維護成本，這點對于毫米波系統(tǒng)來說是極其重要的，因為毫米波系統(tǒng)需要很多的RAUS。在那些RAUS不是很容易接近的應用來說，維護成本是運營成本的主要部分。較小的RAUS還可以降低對環(huán)境的污染和影響.

　　4  可以提供多種通信業(yè)務

　　ROF滿足了系統(tǒng)級操作的靈活性。依賴微波產生技術，ROF分布系統(tǒng)可以實現信號格式的透明化。強度調制－直接檢測 ( IM－DD) 技術可以被設計使用成為一個線性的系統(tǒng)，也就是通明(transparent)系統(tǒng)。它可以通過混和利用低損耗單模光纖和預調制RF載波技術來實現。這樣的ROF網絡可以被用來分布支持多操作、多服務的通信業(yè)務，這又可以帶來經濟成本上的節(jié)約。

　　5  動態(tài)資源配置

　　由于交換機、調制器和其他射頻微波功能器件都放在中心局端，這就使得資源配置可以動態(tài)化。例如，一個支持GSM系統(tǒng)業(yè)務的ROF分布系統(tǒng)，更多的資源和容量可以配置到某一個特定的地點，比如消費高峰時段的商場，然后在高峰期后再配置到其他地區(qū)，比如傍晚的居民居住區(qū)。隨著需求的增大，這些功能可以通過WMD技術分配配置光波實現。根據業(yè)務需求配置通信容量可以克服只能固定永久性配置容量的需求，畢竟這種固定性配置在業(yè)務需求變化頻繁的大型區(qū)域是一種很大的資源浪費。而且，因為中心局端的存在，更加簡易鞏固了其他信號處理功能，比如移動性切換功能和宏觀復用傳輸等。

　　6  抗電磁干擾能力強

　　良好抗電磁干擾性能對光纖通信，尤其微波通信來說是極具吸引力的一個特性。而采用光的方式在光纖中傳輸微波信號恰恰實現了這個功能。光導纖維是石英玻璃絲，是一種非導電介質，交變電磁波在其中不會產生感生電動勢，即不會產生與信號無關的噪聲。因為這個特性，光纜在毫米波的短距離鏈接中都被較大范圍的利用。與抗電磁干擾相關的，光纖通信還有良好的抗竊聽性，可以保護隱私和提供更好的安全性。結構簡單、裝備減少的RAUS能夠使電能消耗大大降低?；旧纤袕碗s的設備都放置在中心局端。某些應用上，RUAS還可以是無源操作的。由于RAU端功率消耗的降低，可以考慮把RAUS放置在遙遠沒有電力供應的地點。

光載無線通信的現狀及展望

　　在光載無線通信系統(tǒng)中，由于光載波上承載的是模擬的微波信號，與傳統(tǒng)的數字光纖傳輸鏈路相比，其系統(tǒng)對光器件的性能以及鏈路自身的色散、非線性效應等都有了更為苛刻的要求。目前，對于光載無線通信技術的研究仍然集中在物理層上，例如基于微波光子學的毫米波信號源產生，光調制器、濾波器的特性分析與改進，光纖鏈路的色散控制，以及基站中光載波的再利用等系統(tǒng)設計與優(yōu)化。

　　其中，以毫米波信號源的產生技術為例，傳統(tǒng)的高頻信號發(fā)生源需要昂貴的本振源，可以利用光波的外差混頻技術來得到高頻載波。在雷達或光纖無線電（光載無線通信）通信系統(tǒng)中，在光域里對中頻微波信號進行上變頻，可以得到承載高數據率的毫米波信號，目前比較成熟的技術有，基于強度調制器、基于EAM中XAM效應、基于SOA中XGM效應、基于高非線性光纖中的XPM或FWM效應的全光頻率上變換技術。

　　目前，IEEE收錄的電子期刊以及其他光學權威期刊Optics Letters、Optics Express等都刊載了大量關于光載無線通信的文章，但是，這些研究都停留在對信號處理技術以及鏈路系統(tǒng)研究的層面上，對網絡層次的研究成果較少。一種技術的成熟必定要依賴于市場的驅動進而產生利潤。光載無線通信技術要在實際通信系統(tǒng)中應用，還有許多現實的問題需要研究。例如：網絡融合中的接口問題，MAC協(xié)議的問題，天線的更高增益問題以及高速移動在微微蜂窩中頻繁切換的問題和多普勒效應問題等等。

　　在研究領域，美國喬治亞理工大學的張教授研究組對40G/60G射頻光載無線通信系統(tǒng)作了大量的研究，并且搭建出了一套光無線傳輸系統(tǒng)，將DVD存儲的高清晰電視數據源調制到40G的微波上，然后經過調制到光載波上傳輸，經過探測接收并由天線發(fā)射，并在接收端將信號送給高清晰電視進行播放，得到很好的實驗效果。但是，發(fā)射天線和接收天線的距離很近并且容易受水蒸氣的干擾。　　不久前，OFC 2008會議在美國加州圣地亞哥成功舉行，網絡融合成為一個熱點話題，關于光載無線通信技術的文章也有很多被收錄其中，與以往不同，這次收錄的光載無線通信論文都趨向于對應用的研究。其中比較典型的文章有：將正交頻分復用(OFDM)應用于光載無線通信系統(tǒng)，來增加頻譜利用率并減小碼間干擾；研究在上行傳輸時光波長再利用技術，從而去掉基站的光源；基于WiMAX或WiFi與光載無線通信技術結合的研究；基于光分叉復用器(OADMs)的光載無線通信系統(tǒng)環(huán)形網絡的研究；基于多模光纖和塑料光纖的光載無線通信系統(tǒng)。

　　光纖無線電（光載無線通信）被認為是很有前途和有研究價值的課題，尤其在路途車輛系統(tǒng)中，利用光載無線通信技術我們可以將多業(yè)務無線電信號通過光纖傳送。在日本可用的無線業(yè)務很多，比如PDC（800MHz/1500MHz）、PHS（1900MHz）、VICS（2.5GHz）、FM商用無線電（70-90MHz）、TV廣播（90-770MHz）和ETC（5.8GHz）。為了降低空中接口數量，已經建議采用基于光載無線通信的發(fā)送技術。另外，在下一代網絡中，在一些熱點區(qū)域，如商場，機場等，光載無線通信都將具有誘人的應用前景。例如在國外，基于光載無線通信技術的分布式天線系統(tǒng)(DAS)已經應用于許多熱點區(qū)域?？傊廨d無線通信技術在未來光無線融合的潮流中必將扮演越來越重要的角色。

　　光載無線通信技術充分結合光纖和高頻無線電波傳輸的特點，能實現大容量、低成本的射頻信號有線傳輸和超過1Gbit／s的超寬帶無線接入，并具有覆蓋面廣、易于動態(tài)管理和維護等特點，盡管目前市場不是很大，但隨著微波光子技術的發(fā)展，光載無線通信系統(tǒng)將會在未來的寬帶無線通信領域占有很大的市場份額。光載無線通信系統(tǒng)具有的優(yōu)點，除了寬帶無線接入，還可以應用于室內覆蓋、基站客棧、車載無線通信系統(tǒng)以及軍事用途中。在未來泛在超寬帶蜂窩網絡、室內無線局域網絡、衛(wèi)星通信、視頻分布式系統(tǒng)、智能交通通信和控制等領域具有巨大的應用前景。

　　令人注目的是60 GHz附近的毫米波作為無線信號載波的毫米波光載無線通信通信。在這個波段，由于大氣中氧的存在，信號衰減很快(10～15 dB/km)，這一原本是缺點的性質正好自然實現了不同基站之間的無干擾以及很好的保密性，提高了頻譜利用效率。而這一高頻率的附近以“GHz”為單位的寬廣頻帶以及不需要頻率使用授權，足以實現超大容量超高速通信的需求。同時，在這個波段的射頻設備可以實現很小的尺寸，由于MMIC技術的迅速發(fā)展，使得低成本的射頻集成電路和天線單元日趨可能。