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。

光生毫米波60 GHz无线通信系统研究

设计并实现了一种用于光生毫米波无线局域网的低成本千兆比特数据率的通信系统,用于满足未来光生毫米波WPAN/WLAN的需求。用户端采用单载波差分编码二相移键控调制和1bit A/D接收解调技术,有效解决了由于在毫米波波段通信信道受人和物体引起很大的衰减而需要高动态范围接收机的问题。在收发天线角度为120°、发射功率为1mW、通信距离为0.5～20m的情况下实现了1 000Mbit/s的高速数据通信,动态范围大于50dB。

一种60 GHz高速无线通信系统宽带低功耗基带电路

实现了一种宽带低功耗正交模拟基带电路,接收(RX)基带和发射(TX)基带包含可变增益放大器(VGA)、低通滤波器(LPF)和直流偏移消除(DCOC)电路.RX VGA采用改进型Cherry-Hooper放大器结构,实现宽增益范围;TX VGA采用改进型折叠式吉尔伯特放大器结构,增强输入线性度;RX LPF和TX LPF均采用Nauta-OTA作跨导的八阶Gm-C滤波器结构,具有高带宽和高电流效率的特点,满足低功耗需求.芯片基于Fujitsu 55nm CMOS工艺制造,采用QFN64封装,所有端口包含静电保护(ESD)电路.测试结果表明:正交接收和发射基带均实现1.1GHz 3dB带宽,在1.2V电源电压下,分别消耗电流13.0mA和11.5mA.接收基带增益范围-29^+56dB,最大线性输出幅度(OP1dB)4dBm;发射基带增益范围-22.5^+33.0dB,最大线性输入幅度(IP1dB)6dBm.性能符合IEEE 802.11ad、IEEE 802.15.3c和ECMA-387协议规定的60GHz高速无线通信系统中收发基带的指标要求.

光载无线通信链路拉格朗日乘子线性度优化

非线性失真是影响光载无线通信链路无杂散动态范围和工作带宽的主要因素.通过结合射频功率比、偏振复用和偏置控制技术,针对分布式天线系统,构建了一种大动态范围和跨倍频程带宽多通道光载无线通信链路.利用拉格朗日乘子法对所提链路进行线性度优化建模,得到了射频输出功率、偏振入射角和射频功率比之间的最佳折衷,从而在抑制三阶交调失真和二阶谐波失真的基础上,实现了链路线性度的最优化.仿真和实验结果验证了所提方案的有效性和可行性.

超宽带光载无线系统及其关键技术

基于微波光子技术的超宽带光载无线(RoF)系统是未来低成本、高性能超宽带无线接入网络的重要解决方案,前人已有许多研究成果。基于已有研究成果,文章设计了基于全光矢量调制技术的光载无线(RoF)系统,使信号的频谱效率进一步提高;基于毫米波相移键控调制的全双工光载无线系统,可以大大简化基站的结构和光纤的铺设;多业务混合传送的光载无线系统,可以同时承载有线和多个无线信号的业务。文章还展示了一种基于RoF的高清视频传输平台。

基于网络性能分析的分布式无线通信系统切换算法及其OPNET仿真

根据分布式无线通信系统特点并综合考察网络范围内移动台路径损失、平均接收功率等性能指标，进行切换算法设计；利用OPNET仿真平台，对系统和算法进行了建模和等效处理，结合光载无线电技术参数对算法和模型等进行针对性修正，增加平均切换次数及最小接收功率等指标进行网络级仿真，验证了算法合理性并总结了理想状况下光载无线电网络的基本特性，提供了一种网络级分析的基本思路。

一种基于OPNET的分布式无线通信系统切换算法仿真

根据分布式无线通信系统特点并综合考察网络范围内移动台路径损失、平均接收功率等性能指标,进行切换算法设计;利用OPNET仿真平台,对系统和算法进行了建模和等效处理,结合光载无线电技术参数对算法和模型等进行针对性修正,增加平均切换次数及最小接收功率等指标进行网络级仿真,验证了算法合理性并总结了理想状况下光载无线电网络的基本特性,提供了一种网络级分析的基本思路。

基于自差60GHz接收机的光载无线通信系统设计与实现

提出并理论证明了一个基于自差60GHz接收机的光载无线通信(RoF)系统,克服了非相干光源的相位噪声问题,避免使用高速电光调制器件和锁相环。此RoF系统既支持高速数据传输,又简化了中心站(CS)和远端天线单元(RAU)。上下行链路采用光载基带和光载中频(IF)信号,提高了光链路的频谱利用率。下行链路用高速光电探测器(PD)光生60GHz毫米波,终端用自差接收机消除相位噪声的影响,并直接得到接收基带信号。上行链路采用低速光电探测器探测直接得到基带信号,降低了中心站的造价,同时减少了光源数量。OptiSystem和Matlab模拟实验证明了下行和上行链路误码率(BER)为10-9时,光灵敏度性能分别提高7.1dB和1.5dB,实现了2.5Gb/s信号在32.4km的单模光纤(SMF)光链路上的无差错传输。

基于压扩变换的60GHz正交频分复用光载无线通信系统实验研究

提出并实验研究了在60GHz正交频分复用(OFDM)-光载无线通信(ROF)系统中采用压扩变换技术降低OFDM信号峰值平均功率比(PAPR),并提高系统的接收灵敏度。实验结果表明,携带基于压扩变换的2.5Gb/s60GHz的OFDM-ROF信号经标准单模光纤传输50km后,在无色散补偿和误码率为10-3的条件下,当入纤功率为12dBm时,系统接收灵敏度提高约2.3dB,并且当互补累积分布函数(CCDF)为10-4时,OFDM信号的PAPR下降约3dB。

60GHz微带波导转换结构设计及其在通信集成前端中的应用

60 GHz无线通信技术具有非常宽的带宽,可以应用于超高速无线数据传输,已经成为第四代无线通信的重要组成部分,学术界和工业界对此投入了持续的关注。对60 GHz频段微带波导转换结构进行了设计,结果显示在57 GHz～64 GHz通信频率范围内,插入损耗小于1 dB,回波损耗小于-15 dB,达到了实用化要求。并利用MMIC芯片完成了60 GHz毫米波通信系统T/R模块的集成设计,对QPSK通信体制下的调制和解调信号进行了分析,验证了系统的可行性。

MZI产生光载毫米波的ROF系统

提出一种采用马赫增德尔干涉仪(MZI)产生光载毫米波的光纤无线通信(ROF)系统。该系统采用基带信号与本振信号的混频信号驱动光相位调制器,以产生多边带光信号,用MZI将多边带光信号的重复频率增至2倍。建立了产生光载毫米波的理论模型,并通过仿真试验验证了系统的可行性。结果表明:用40 GHz光载毫米波调制2.5 Gbit/s基带信号,经60 km光纤传输后,眼图清晰可见,功率代价为4.2 dB。

60GHz ROF-OFDM系统的变编码技术性能研究

本文提出采用变编码技术提高60GHz ROF-OFDM系统的传输性能。通过对60GHz毫米波OFDM信号在光纤传输中的色散效应进行理论分析,得到60GHz毫米波OFDM信号在传输过程中,随着传输带宽的增加以及传输距离的增长,OFDM信号的高频区域子载波会受到频率选择性衰减效应的影响,产生严重的幅度衰减,导致系统误码分布不均的情况出现。为了均衡误码分布,提高系统传输容量,我们提出将变编码技术应用于60GHz ROF-OFDM系统中。验证分析发现,在60GHz ROF-OFDM系统中使用变编码技术能够有效的提高ROF系统的接收灵敏度,增强系统的传输可靠性。并且在相同冗余度下,变编码技术比固定编码效率的Turbo编码性能更优。

基于RS码及网格编码调制技术的60GHz OFDM-RoF系统

分析了60 GHz正交频分复用技术光纤无线通信系统中的子载波互拍及频率选择性衰落.提出利用里德-所罗门码级联网格编码调制技术结合符号交织来降低两者对系统性能的不良影响.采用符号交织来分散正交频分复用中子载波上的误码,然后通过高码率的里德-所罗门码级联实用的网格编码调制技术来纠正比特错误.仿真结果表明:经过符号交织后,误码在子载波上的分布变得较均匀,有利于纠错;2.5 Gb/s正交频分复用信号采用RS-PTCM-64QAM方案比采用未编码的16QAM调制提高了5 dB左右的接收机灵敏度.

基于18倍频技术的60 GHz光载无线通信系统研究

理论提出并仿真研究了采用铌酸锂-马赫曾德尔调制器(LN-MZM)和高非线性光纤(HNLF)中四波混频(FWM)效应产生18倍频光载毫米波的光载无线通信(ROF)系统。在中心站(CS),通过调节LN-MZM的直流偏置电压和调制深度,射频(RF)信号间的相位差,产生±3阶边带,再利用强度调制器将基带数据调制到-3阶边带上,耦合后的两个3阶边带经光纤发送至基站(BS)。在基站,将耦合后的±3阶边带送入HNLF,经过FWM后生成±9阶边带,经滤波后在光电检测器中拍频得到18倍频电毫米波信号。仿真结果表明,采用3.3 GHz的RF信号,可产生频率为60 GHz的光载毫米波。2.5 Gb/s信号经光纤传输40 km后,信号质量仍然良好。还研究了HNLF的输入光功率和长度对系统性能的影响,得到了系统性能最佳的条件。

采用两个级联外部调制器产生四倍频光载毫米波的光纤无线通信系统

研究了一种采用两个级联外部调制器基于光载波抑制原理产生四倍频毫米波的光纤无线通信(ROF)系统。在中心站利用电混频器产生副载波复用信号,通过第一个外部调制器产生两倍射频(RF)信号的光载毫米波信号,再通过第二个外部调制器产生四倍射频信号的光载毫米波。实验显示采用频率为10 GHz的射频信号源和2.5 Gbit/s的数据基带信号混频通过两个级联外部调制器后产生毫米波的频率为40 GHz,并且在单模光纤中传输距离达20 km,功率代价小于2 dB。

采用外调制器产生四倍频的光载毫米波光纤无线通信系统

实验研究了采用一个外部调制器和一个光纤布拉格光栅(FBG)滤波器产生四倍频光载毫米波的光纤无线通信(ROF)系统。在中心站(CS),数据和射频(RF)信号通过混频后驱动外调制器,调节外调制器的直流偏置,产生抑制奇数阶边带的信号,用FBG将中心载波滤除,两个二阶边带通过光纤发送至基站。在基站(BS),两个边带在带宽为60 GHz的光电二极管中拍频,产生四倍射频信号的毫米波信号。实验显示,当射频频率为10 GHz时,可以产生频率为40 GHz的光载毫米波信号,得到的毫米波眼图和信号解调后的眼图效果都很好,功率代价小于1 dB。从眼图和功率代价两方面来看,2.5 Gbit/s的数据信号可在下行链路的光纤中传输40 km以上。

基于级联MZM的12倍频抑制载波全双工RoF系统

为优化光载无线通信系统(RoF)结构,提出了一种基于两级马赫曾德尔调制器级联的12倍频抑制载波光生毫米波信号产生方案,结合波分复用和波长重用技术,仿真实现了基于该方案的全双工RoF系统。理论推导和实验仿真表明,利用该方案可实现光边带抑制比及射频杂散抑制比分别为38.44 dB和30.7 dB的毫米波信号,在传输30km后全双工RoF系统下行和上行链路功率代价仅分别为0.79dB和0.07dB,表现出了较好的系统性能。该毫米波产生方案及全双工RoF系统实现结构简单、产生频谱纯净、系统性能高效,为实际RoF系统设计提供了理论指导。

RoF系统中光DSB、SSB和OCS双二进制传输特性

利用马赫-曾德尔外调制技术,提出了基于双二进制的光双边带-双二进制、光单边带-双二进制和光抑制载波-双二进制调制方案,并在光载无线通信系统中进行了传输性能分析.结果表明:光双边带-双二进制调制方案以高抗色散和抗非线性效应能力,在36 km以上的光载无线通信系统中表现出较好的传输特性.

60 GHz下基于QCLDPC编码的均衡方案性能研究

针对60 GHz脉冲无线通信系统中多径衰落引起的误码问题,提出一种适用于该系统的QCLDPC码均衡方案。在构建系统模型的基础上,通过比较几种典型的编码方法,综合误码性能及复杂度,选取QCLDPC编码作为与均衡器结合的编码方案。接收端由均衡滤波器和QCLDPC译码器两部分构成,两者通过互相交换信息使迭代结果更加可靠,可以有效消除干扰信息,提高通信质量。仿真结果表明,在误码率达到10-5时,结合QCLDPC编码的MMSE-DFE均衡系统,较未编码系统性能提升了约5.6 dB,可以满足5G热点高容量场景下高速可靠数据传输的需求,具有实际意义。

RoF系统中基于双重幅度调制的载波重用技术

为了进一步降低系统成本,提高传输性能,提出了一种上、下行传输链路都采用幅度调制实现光载波重用的新方法。介绍了该方法的原理,采用Optisystem软件验证了其可行性。仿真结果表明:当下行传输数据"0"码幅值为1.4 V,光分束器的分光比为5∶5,调制器的消光比为5.2 dB时,系统的性能最优。