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无线电符合光纤:RF纤维

2017年6月14日经过玛丽·克里斯太亚诺

无线电通过光纤(ROF)结合了RF和光学,提供了光学链接以取代蜂窝,卫星和基于铜系统的战略部分。

了解ROF(无线电/射频)是什么以及它如何运作,以及其缺陷和福利。

两种具有巨大影响的技术已经是无线和光纤通信。使用射频(RF)信号,无线给我们给我们军用雷达,航空电子设备,蜂窝和卫星通信;由于无线突破提供的所有好处,我们的世界更安全,更有趣。我们不再需要为预期的呼叫“自制”,或捕捉播客;我们的银行业,健身惯例,运输,通信和家庭安全都可以安排和控制我们的手机。

搭配带衬垫的股线作为其骨干,光纤网络由于其巨大的带宽而提供了携带大量数据的能力。在固定电话电信和有线电视(CATV)分布中,光纤网络从铜线接管,更有效地携带电话交谈和专业内容,更具可靠性。它们启用各种娱乐选择,并允许我们的设备成为互联网的一部分。

链接这两种技术是RF通过光纤(RFOF),也称为无线电(ROF)。

ROF是一种模拟传输,它使用RF信号调制在光纤电缆上传输的光。在接收端,回收RF能量。光链路提供高带宽,低损耗通信链路,以在光学频率下传输RF能量,然后RF信号被恢复以用于负载点。

传统的RF传输线

RF信号的传统传输线是同轴电缆(同轴电缆)。同轴的历史具有熟悉的名称:奥利弗省去(归功于Replyating Maxwell的方程),Nikola Tesla和AT&T的贝尔实验室。同轴的物理构造允许RF能量在其屏蔽内运输。我们仍然在1880年代后期使用具有起源的电缆证明了他们的实用性。

尽管如此,凭借其铜中心和电介质,套圈存在一些刚性和重量。它的带宽是有限的,它具有损失,并且易受噪声,射频干扰(RFI)和电磁干扰(EMI)的影响。由于其物理成分,同轴承始终有局限性;如果弯曲过多,屏蔽被中断;水分随着时间的推移降低它。

虽然光线已被用于返回Alexander Graham Bell的通信的通信,但携带信号超过几英尺需要开发低损耗玻璃电缆和半导体激光器。到了20世纪80年代,光纤网络用于有线电视(CATV),更换同轴电缆和微波链路。

图1。ROF光学链接

如图1所示,ROF采用RF信号并通过光链路处理。光学链接包括:

  • 光源用作光学载体,通常由激光二极管提供。通过向前偏置半导体结来控制该半导体激光器。由于光纤电缆的物理性质,某些频率衰减较小。最常使用的光学频率是:
    • LED:780nm,850nm,1300nm
    • 激光:1310,1550nm,1625nm
  • 电气光学调制器(E / O),使用RF信号转换/调制光束。使用强度调制;这些换能器具有一种信号控制元件,用于调节光束。RF信号可用于直接调制光源,或者可以使用中频。调制带宽可以接近Gigahertz范围。
  • 光传输介质:单模光纤电缆。单模具有较小的光反射数,降低衰减并允许信号进一步比多模。掺杂光纤,如掺铒电缆,通过泵送纤维的芯来提供放大以产生增益。
  • 光学电气调制器(O / E)为了在接收器侧恢复RF信号,通常是光电二极管或雪崩光电二极管(APD)。这些组件由于吸收与接收光的强度成比例的光子而产生电流。

此时,恢复原始RF信号。

波分复用(WDM)和密集波分复用(DWDM)用于最大化容量。这些多路复用技术将单独的光信号组合在不同波长上通过单个光进行传输。然后将组合信号分开以在传输之后恢复单独的光信号,如图2所示。

图2。rof链接的一个例子

无线电在纤维上的好处

ROF减少了RFI / EMI。航空电子设备需要控制和通信设备驻留在本地化区域。更换飞机中的同轴不仅可以防止RFI / EMI,但它的轻质结构消除了同轴电缆的重量。

ROF缓解频谱约束。额外的RF光谱不能像光纤电缆一样制造。在建筑物和体育场中使用rof可减轻拥塞并有效使用可用频谱。新兴技术,如自动驾驶汽车,正在考虑控制和通信的ROF。

rof替换了多个同轴电缆。利用先进的移动产品,可能需要多个天线在每个细胞塔上提供服务和覆盖范围。ROF用单个光纤电缆替换多个同轴电缆。光纤到天线(FTTA)系统,如图3所示,包括在天线处所需的控制。

图3。rofftta.

ROF有效地运输RF。卫星系统物理位置接收器,其中可以获得最好的接收,然后将信号传送到控制中心。ROF替换了长同轴电器,有效地携带长距离的RF信号,而无需使用额外的放大器。光纤电缆的较低衰减消除了同轴电缆所需的多个连接的需求。

图4。rof分布

ROF增强了细胞覆盖率。它扩展了电池覆盖,其中RF信号由于地理和覆盖而不可能。图5显示了当隧道通常会导致死区时的持续电池覆盖率。ROF链接可以在隧道内提供网络访问,如建筑物内的网络。

图5。通过ROF增强细胞覆盖率

rof的技术问题和未来挑战

必须考虑通信链路的特征。

光纤链路的增益,噪声图(NF)和动态范围(DR)与电信通信一样重要。噪声的来源是不同的:激光相位噪声,光电二极管的射击噪声。还有热噪声。由于色散和相位去相关性,电缆的长度可以受到限制。与所有模拟传输一样,发射器和接收器需要阻抗匹配以获得最大功率传输。

ROF链路的初始安装比使用同轴电缆的初始安装。如果切断光纤链路,则维修通常需要更长时间。

处理这些技术问题意味着系统内的额外电路和控制,并增加了安装ROF链接的费用。ROF的好处确保研究继续解决任何限制因素。

概括

随着RF频谱变得约束,工程师正在寻找提供内容的替代方案。ROF在死区提供覆盖范围,并提供了获取新兴技术频谱的替代方案。ROF对RFI / EMI免疫,可以取代LONG COAX运行以有效地运输RF能量。