【摘 要】
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随着增强现实、自动驾驶和物联网等新型通信业务的快速发展,国际通信联盟提出了5G（Fifth Genaration）移动通信的三大应用场景:增强移动带宽、超可靠低时延通信和大规模机器类通信。这对连接基带处理单元和远端射频单元的移动前传链路提出了更高带宽、更低时延和更多连接数的要求。目前应用最为广泛的基于公共无线电接口的数字光载射频技术虽然有高信号保真度的优势,但是其低频谱效率的问题导致其无法支持大规
【基金项目】
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国家863项目“宽带模拟通信用光收发阵列芯片与模块”项目编号:2015AA016900； 国家自然科学基金面上项目“面向5G移动通信的高效多维光载无线扩容机理研究”项目编号:61675083； 国家自然科学基金面上项目“基于无DSP远端射频单元的全双工相干B5G前传技术研究”项目编号:62171190；
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随着增强现实、自动驾驶和物联网等新型通信业务的快速发展,国际通信联盟提出了5G（Fifth Genaration）移动通信的三大应用场景:增强移动带宽、超可靠低时延通信和大规模机器类通信。这对连接基带处理单元和远端射频单元的移动前传链路提出了更高带宽、更低时延和更多连接数的要求。目前应用最为广泛的基于公共无线电接口的数字光载射频技术虽然有高信号保真度的优势,但是其低频谱效率的问题导致其无法支持大规模容量升级。基于模拟光载射频（Analog Radio over Fiber,A-Ro F）的移动前传技术具备高频谱效率、低时延、远端基站结构简单等优势,被认为是5G和超5G（Beyond 5G,B5G）移动前传最有潜力的方案。针对B5G移动通信的6 GHz以下（Sub-6 GHz）频段和毫米波频段的不同特点,提出了两个研究目标,分别为:面向Sub-6 GHz的低成本高线性集成四通道射频光收发模块和面向毫米波频段的单载波多路同频毫米波信号的产生与传输。具体研究内容和成果如下:（1）提出低损耗光耦合方案,实现射频链路的宽频带阻抗匹配,成功制备一款大小为58 mm×46 mm×20 mm集成四通道直接调制射频光收发模块。该模块的四个通道在2-12 GHz的三阶无杂散动态范围均大于93.46 d B·Hz2/3。该模块可以支持2-12 GHz的4×600 Mbps 64QAM-OFDM（Quadrature Amplitude Modulation-Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号和Sub-6 GHz的5.801 Gpbs 16QAM-OFDM信号的移动前传。（2）分析IQ幅度失衡、IQ时延差和电光调制器的有限消光比导致的对称边带信号串扰的原因,并提出了在发射端消除该串扰的方案。该方案可将基于DDMZM（Dual-Drive Mach Zehnder Modulator）的光单边带调制的边带抑制比从低于8 d B提升至30 d B以上,借助该串扰消除方案,两路载频为14 GHz的8 Gbps 16QAM信号传输50 km标准单模光纤后的误差矢量幅度（Error Vector Magnitud,EVM）均低于10%。提出基于光IQ调制器的非对称双单边带调制方案,该方案在发射端调制12 GHz和20GHz的射频信号,借助自外差相干探测可在接收端获得载频为32 GHz的毫米波信号。在接收端未使用任何数字补偿算法的情况下,两路载频为32 GHz的3.2 Gbps 16QAM信号传输25.5 km标准单模光纤后的EVM值均低于12.5%。（3）借助自外差相干探测技术,成功实现单载波四路同频毫米波信号的产生与传输。将MZM与双偏振IQ调制器并联,将四个低频射频信号上变频为同频高频毫米波信号。实验证明,在发射端使用四路载频为10 GHz的1.6 GBaud 16 QAM射频信号和一个20 GHz的单音信号,可在接收端产生四路载频为30 GHz的1.6 GBaud 16QAM毫米波信号,且发射端数模转换器的采样率可以低至24 Gsa/s。同时,该方案无需在接收端使用任何数字补偿算法。该方案可以提升单载波的前传容量和频谱效率,有效降低B5G移动前传系统的成本和复杂度。
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