5G光载无线通信前传系统数字预失真线性化研究

第五代移动通信系统新空口(5G NR)的信号带宽、调制度和峰均比相比4G信号高很多。用于小蜂窝或微蜂窝基站组网的光载无线通信(Radio-over-Fiber, RoF)前传系统的非线性失真也更加严重。为了使5G NR信号线性传输,采用记忆多项式(Memory Polynomial, MP)和广义记忆多项式(Generalized Memory Polynomial, GMP)模型构建数字预失真器,矫正5G RoF前传系统的非线性。在实验中搭建了2 km光纤的RoF前传系统,并采用100 MHz带宽5G NR信号作为测试信号对其进行线性化测试。实验结果表明,采用MP和GMP数字预失真器进行线性化时,5G RoF前传系统的邻信道功率比(Adjacent Channel Power Ratio, ACPR)可分别改善13 dB和17 dB以上。这说明MP和GMP数字预失真器对5G RoF前传系统的非线性具有显著的抑制作用。因此基于MP和GMP两个模型的数字预失真器均可用于5G RoF前传系统的线性化,而且GMP预失真器比MP预失真器对该系统线性化的能力更强。     

Improved aquila optimization-based parameter evaluation framework and meta-heuristic algorithm in radio-over-fiber SpatialMux multi-input multi-output long-term evolution system

In heterogeneous access network, Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) radio-over-fiber (RoF) system is an efficient approach for multiple signal transmission with low cost and complexity. The performance of RoF fronthaul system in MIMO system will be varied with different nonlinear effects. By adjusting various transmission parameters, such as the input signal power or the laser bias current, the nonlinear impacts produced by the RoF system can be reduced. In this paper, a novel algorithm Improved Aquila Optimization (IAO) is proposed to optimize transmission circumstances of MIMO RoF system. It determines the appropriate bias current for both lasers and Radio Frequency (RF) signal power in a short period. The input signals are wavelength multiplexed with Intensity Modulation and Direct Detection (IM/DD) applied. The carrier as well as transmission frequency is governed by the MIMO-Long-Term Evolution (LTE) standard. The proposed system is implemented in MATLAB, and the performance is evaluated. The experimental results show that fast convergence and trade-off between noise and nonlinearity are obtained with varying bandwidth. In the experimental scenario, the maximum Error Vector Magnitude (EVM) of 1.88, 3.14, and signal-to-noise ratio (SNR) of 3.204, and 2.698 was attained for both quadrature phase shift keying (QPSK) and quadrature amplitude modulation (QAM) modulation. [Correction added on 24 April 2023, after first online publication: the SNR values were corrected in the preceding sentence.] For 100 iterations, the processing time was reduced to 0.137 s. When compared with the conventional state-of-the-art approaches, the accuracy and computational complexity of the proposed approach are improved.     

一种基于OPM和FBG滤波器的新型双工ROF系统

提出了一种采用光相位调制器(OPM)和光纤布 拉格光栅(FBG)滤波器实现的双向光纤无线通信(ROF)系统。在中心站,系统采用OPM和FBG滤波器产生抑制一阶边带的多边带光信号 ,而2.5Gbit/s 的下行链路信号只调制在中心光载波上同时经过光纤进行传输。在基站,未被调制的边带信 号用来重新调 制上行链路信号。建立了产生光载毫米波的理论模型,分析了光纤色散导致的相位影响,并 通过仿真实验 验证了系统的可行性。结果显示,经过60km光纤传输后,上、下行 链路信号的眼图都清晰可见,上行链 路功率代价小于0.2dB,下行链路功率代价小于1.8dB,系统具有较好的抗色散能力。     

基于光载无线技术的毫米波轨道角动量多维联合调制/解调研究

提出了一种基于光载无线(ROF)技术的W波段涡旋毫 米波生成及轨道角动量(OAM)多维联合调制 /解调方法。采用ROF技术在光域对微波源进行倍频生成W 波段光学毫米波,并通 过集成光调制 器对光学毫米波的相位和幅度进行调控。通过合理调控圆环天线阵列(CAAs)的辐射毫米波 相移,从而实 现涡旋毫米波的生成以及状态切换。同时,设计了64阶OAM、幅度和 相位的三维联合调制格式, 并通过模拟仿真,成功实现了75Gbit/s高阶联合调制信号的调制/解 调。研究结果表明,OAM 作为一个新 的物理维度不仅可以通过复用来实现传输容量密度的提升,同时也可以作为调制手段实现 传输容量的提 升,在提高无线频谱效率以及保密通信中具有重要的潜在应用价值。     

光载无线通信技术及其应用分析

光载无线通信（Radio over Fiber）技术充分结合了光纤和高频无线电波传输的优势,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。首先分别对ROF技术的产生背景、技术优势和发展过程做了简单介绍。然后在对其技术实现方案详细讨论的基础上,重点研究和分析了该技术在未来通信领域中的应用情况。分析和研究的结果表明光载无线通信技术市场应用前景广阔,具有很大的发展空间。     

基于单边带调制的直接探测光OFDM-RoF系统研究

研究基于单边带调制(SSB)的直接探测光正交频分复用-光载射频(OFDM-RoF)系统的性能。10Gbit/s的二进制数据信号经过QAM符号映射和OFDM调制后,与10GHz射频信号混频并驱动双电极LiNbO3马赫-曾德尔调制器(LN-MZM)产生SSB-OFDM信号,调制信号通过光纤传输至基站,进行直接探测转换为毫米波电信号后再无线发送到用户端。仿真结果证实,OFDMRoF系统在4QAM和16QAM两种调制格式下的EVM都满足FEC的要求。同时,理论分析并仿真验证存在一个最佳调制指数可以使信号传输性能达到最佳,并且最佳调制指数与光纤长度无关。     

光载无线电系统实验方案设计与教学实践

本文介绍光纤通信实验中安排的光载无线电的综合性设计性实验项目。该实验采用学生自主设计的模式,实验教学环节有:核心模块设计、自主系统搭建、传输信号分析、参数优化和总结汇报及考核等,可以在仿真软件上对自行设计的系统进行测试及优化。教学实践证明,大部分学生能自主设计各具特色的光载无线电系统,在波分复用单通道下行链路中,速率达到1Gbits/s;通过实验学生能学到科学研究的方法,进而锻炼了创新意识与创新实践能力;该实验方案对于高校实验室教学改革具有较好的借鉴意义。     

一种克服色度色散影响的四倍频光毫米波信号产生方法

提出一种克服色度色散影响的四倍频光毫米波信号产生方法。该方法使用一个双驱动马赫曾德尔调制器,通过调整上、下两路射频信号的相位差、直流偏置点、调制系数以及基带信号增益,将数据信号仅调制到四倍频光毫米波信号的一个2阶边带上传输,解决了色度色散引起的码元走离问题,有效增加了传输距离。理论分析和仿真实验结果表明,信号在光纤中传输120 km后眼图仍然十分清晰,经过60 km传输后的功率代价约为0.45 dB。另外,基于频率再用技术,没有调制数据的另一个2阶边带信号还可以作为全双工光纤无线通信(RoF)系统的上行链路光载波,简化了基站配置。仿真实验结果表明,双向2.5 Gbit/s数据信号在光纤中传输40 km后,功率代价小于0.6 dB。     

面向2G/3G/4G/WLAN融合接入应用的光载无线分布式天线系统

文章认为满足2G/3G/4G/WLAN四网融合业务的多样性、多业务等级、高品质要求,需要建设能够实现宽带接入的光载无线分布式天线网络。为了实现低成本、高性能、多业务融合接入的光载无线(ROF)分布式天线网络,文章基于商用的千兆以太网光器件,设计了低成本、宽带的光收发模块;利用光损耗和受激布里渊散射(SBS)效应对链路传输性能的影响,基于激光器线宽展宽技术,抑制了受激布里渊散射效应;采用副载波复用技术,实现了点到点的多业务混合传输;采用粗波分复用技术,实现了点到多点的多业务分布式传输。     

基于低速光调相信号注入DFB-LD产生4～16倍频的40GHz和60GHz毫米波信号

提出一种基于低速光调相信号注入半导体分布反馈激光器(DFB-LD)产生最低4倍频,最高16倍频的40GHz和60GHz的毫米波调相信号。该方案利用注入光的N阶调相边带锁定DFB-LD的波长,同时DFB-LD放大此调相边带并与原注入光信号通过相干差拍作用在LD腔内形成毫米波调相信号。通过理论建模分析了工作原理,经系统实验验证了此方案的可行性。应用2.5,5和10GHz的光调相信号均得到40GHz或60GHz的毫米波信号,实现了最低4倍频,最高16倍频的毫米波信号产生,并通过单边带相位噪声的测量验证了毫米波的频率稳定度。