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10Gbps-60GHz RoF传输系统在5G中的应用
时间:2018-09-05 23:13来源:讯技光电作者: 技术部点击:打印
S Chaudhary , D Thakur , A Sharma
 
简介
 
5G网络的频率通常在毫米量级范围内,光载无线通信是一种通过光纤传输信号的革命性技术。而本文完成了对非归零码(NRZ)和归零码(RZ)编码方案的分析对比,根据Q因子,误码率以及眼图来阐述结果。结果表明,在60 km光纤上成功传输了高速10 Gbps- 60 GHz毫米波信号。

关键词:光载无线通信(RoF), 非归零码(NRZ),归零码(RZ),5G应用
 
1.简介
 
第五代(5G)移动网络系统通常使用毫米波(mm-Wave)频带,频率在30到300 GHz之间 [1]。这样的频率见证了短波长使用转向天线的新可能性[2]。毫米波频带具有良好的传输效率,可以实现光载无线通信的高速传输。5G网络为无线射频接入网与光核心网的融合提供了一个通用平台。在提供宽带无线接入服务的跨地域地区,RoF系统由于其光纤链路和自由空间无线电路径的混合系统,正迅速成为网络提供商的热门选择[5]。RoF系统使用宽带微波数据信号来调制中心站的光载波,然后用光纤传输到基站和偏远地区[6]。 该系统广泛应用于卫星和移动通信、移动宽带服务和无线局域网等领域[7,8]。此外,研究人员利用RoF系统传输毫米频率和宽带服务[3,9,10]。目前的工作是通过60km光纤高速传输10 Gbps数据60GHz毫米波信号,分析不归零(NRZ)和归零(RZ)不同调制方案的差别。本文在第二节中描述了系统细节,第三节主要阐明了结果及其讨论,在第四节中总结了结论。

2.系统描述
 
用于5G应用的10 Gbps-60GHz RoF系统在OptiSystem软件中进行了仿真,如图1所示。在Mach-Zehnder光调制器的帮助下,通过使用在载波上调制的NRZ / RZ编码格式对10Gbps数据进行编码,其波长为1550nm。通过使用CW激光器产生功率为0dBm的所需1550nm载波。借助硝酸锂(LiNb)光调制器,10 Gbps NRZ / RZ编码数据再次使用60 GHz信号和3 a.u直流偏置信号进行调制。然后,这些10 Gbps-60GHz数据通过长度为50 km的光纤信道进行传输。光纤通道包括单模光纤和作为前后色散补偿的光放大器。在接收器端,则是具有60GHz的截止带宽的高斯滤波器,它用于检测光信号。将高斯滤波器的输出反馈给光电探测器,恢复原来的10gbps- 60GHz毫米波。误码率(BER)测试仪用于测量输出信号的BER
 
 
图1.针对5G应用提出的10 Gbps-60GHz RoF传输系统
 
3.结果和讨论
 
在本节中,讨论了所提出的RoF传输系统建模的结果。
 

 
图2表。示所提出的RoF传输系统在Q因子和BER方面的性能评估。从图2(a)可以看出,NRZ编码在30km,45km和60km处的Q因子是24.10dB,16.43dB和10dB,而RZ编码相对应的Q因子分别是69.23dB,22.11dB和5.76dB。这表明RZ编码方案在30 km光纤上的性能优于NRZ编码方案,但随着距离增加到60 km,NRZ的性能优于RZ编码格式。同样的,可以从图2(b)的误码率中得到相同的结果。NRZ编码在30km,45km和60km处的的误码率为8.63x10-130,1.02x10-064以及8.66x10-025,而RZ编码的误码率为0,1.12x10-111,8.27x10-009。这也与Q因子参数分析匹配,RZ对短距离通信表现更好,而NRZ对长途通信表现更好。图3示出了NRZ编码方案的眼图以及RZ编码方案的眼图。眼图显示,在距离为30 km时,RZ与NRZ相比具有更好的“眼睛”,而在距离为60 km时,NRZ优于RZ编码方案。

4 结论
 
本文中,10Gbps数据以60GHz毫米波传输了超过60km,我们根据Q因子,BER和眼图评估所提出的RoF传输系统的性能。从结果和讨论部分可以得出结论,RZ编码方案在45km光纤距离上表现更好,但随着光纤传输距离在45km后增加,NRZ编码方案与RZ编码相比表现更好。10 Gbps数据和60GHz毫米波信号通过可接受的BER、Q因子和眼图范围内成功传输。
 

图3.接收端眼图(a)30km处NRZ眼图,(b)45km处NRZ眼图,(c)60km处NRZ眼图,(d)30km处RZ眼图,(e)45km处RZ眼图,(f)60km处RZ眼图
 
参考
1. Rappaport TS, Sun S, Mayzus R, Zhao H, Azar Y, Wang K et al. Millimeter wave mobile communications for 5G cellular: It will work!. IEEE Access 2013;1:335–349.
2. Qiao J, Shen XS, Mark JW, Shen Q, He Y, Lei L. Enabling device-to-device communications in millimeter-wave 5G cellular networks. IEEE Communications Magazine 2015; 53:209–215.
3. Stöhr A, Hermelo MF, Chuenchom R, Rymanov V, Khani B, Zou X, et al. Highly spectral-efficient and high capacity millimeter-wave wireless data transmission using a Coherent Radio-over-Fiber system (CRoF). In: Networks and Optical Communications (NOC), 2016 21st European Conference on, 2016: 201–206.
4. Rappaport TS, MacCartney GR, Samimi MK, Sun S. Wideband millimeter-wave propagation measurements and channel models for future wireless communication system design. IEEE Trans Commun 2015;63:3029–3056.
5. Sharma V, Kumar S. Empirical evaluation of wired-and wireless-hybrid OFDM–OSSB–RoF transmission system. Opt-Int J Light Opt 2013;124:4529–4532.
6. Sharma V, Kumar S. Hybrid OFDM-OSSB-RoF transmission system incorporating fiber Bragg grating. Opt-Int J Light Opt 2013;124:4670–4672.
7. Wake D, Webster M, Wimpenny G, Beacham K, Crawford L. Radio over fiber for mobile communications. In: Microwave Photonics, 2004. MWP’04. 2004 IEEE International Topical Meeting on, 2004: 157–160.
8. Sauer M, Kobyakov A, George J. Radio over fiber for picocellular network architectures. J Lightwave Technol 2007;25:3301–3320.
9. Lu F, Xu M, Cheng L, Wang J, Zhang J, Chang G-K. Non-ortho-gonal multiple access with successive interference cancellation in millimeter-wave radio-over-fiber systems. J Lightwave Technol 2016;34:4179–4186.
10. Thomas VA, El-Hajjar M, Hanzo L. Millimeter-wave radio over fiber optical upconversion techniques relying on link nonlinearity. IEEE Commun Surveys & Tutorials 2016;18:29–53.
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