Радио по оптоволокну (RoF) или RF через оптоволокно (RFoF) относится к технологии, при которой свет модулируется радиочастотным сигналом и передается по оптоволоконному каналу. Основными техническими преимуществами использования волоконно-оптических линий связи являются более низкие потери при передаче и меньшая чувствительность к шумам и электромагнитным помехам по сравнению с передачей полностью электрических сигналов.
Область применения простирается от передачи мобильных радиосигналов ( 3G , 4G , 5G и Wi - Fi) и передачи сигналов кабельного телевидения ( CATV ) до передачи сигналов РЧ L-диапазона в наземных станций для спутниковой связи .
Общее преимущество
Низкое затухание
Сигналы, передаваемые по оптическому волокну, затухают намного меньше, чем через другие среды, такие как металлические кабели или беспроводные среды. [1] При использовании оптического волокна радиосигналы могут пропускать большие расстояния передачи, уменьшая потребность в дополнительных повторителях или усилителях.
Приложения
Беспроводная связь
В области беспроводной связи одним из основных приложений является облегчение беспроводного доступа, например, одновременного использования 5G и WiFi с одной антенны. [2] Другими словами, радиосигналы передаются по оптоволоконному кабелю. Таким образом, одна антенна может принимать любые и все радиосигналы (5G, Wi-Fi, сотовая связь и т. Д.), Передаваемые по одножильному кабелю в центральное место, где оборудование затем преобразует сигналы; это отличается от традиционного способа, когда для каждого типа протокола (5G, WiFi, сотовая связь) требуется отдельное оборудование в месте расположения антенны. [2]
Хотя радиопередача по оптоволокну используется для различных целей, например, в сетях кабельного телевидения (CATV) и в спутниковых базовых станциях, термин RoF обычно применяется, когда это делается для беспроводного доступа.
В системах RoF беспроводные сигналы передаются в оптической форме между центральной станцией и набором базовых станций до передачи по воздуху. Каждая базовая станция адаптирована для связи по радиоканалу с по меньшей мере одной мобильной станцией пользователя, находящейся в пределах радиодиапазона указанной базовой станции. Преимущество заключается в том, что оборудование для WiFi, 5G и других протоколов может быть централизовано в одном месте с удаленными антеннами, подключенными через оптоволокно, обслуживающим все протоколы. Это значительно снижает стоимость оборудования и обслуживания сети. [2]
Технология RoF обеспечивает конвергенцию фиксированных и мобильных сетей.
Системы передачи RoF обычно подразделяются на две основные категории ( RF-по-волокну ; IF-по-волокну ) в зависимости от диапазона частот передаваемого радиосигнала.
a) В архитектуре RF-over-fiber , RF-сигнал с высокой частотой, несущий данные, накладывается на световой сигнал перед передачей по оптическому каналу. Следовательно, беспроводные сигналы оптически распределяются по базовым станциям непосредственно на высоких частотах и преобразуются из оптической в электрическую область на базовых станциях перед усилением и излучением антенной. В результате на различных базовых станциях не требуется преобразование частоты вверх-вниз, в результате чего обеспечивается простая и довольно экономичная реализация на базовых станциях. [2]
b) В архитектуре IF-over-fiber радиосигнал IF (промежуточная частота) с более низкой частотой используется для модуляции света перед передачей по оптическому каналу. Следовательно, перед излучением через воздух сигнал должен быть преобразован с повышением частоты в РЧ на базовой станции.
Доступ в мертвые зоны
Важным применением RoF является его использование для обеспечения беспроводного покрытия в зоне, где беспроводное транзитное соединение невозможно. Этими зонами могут быть участки внутри конструкции, такие как туннель, участки за зданиями, горные места или уединенные места, такие как джунгли.
FTTA (волокно к антенне)
Используя оптическое соединение непосредственно с антенной, поставщик оборудования может получить ряд преимуществ, таких как низкие потери в линии, невосприимчивость к ударам молнии / электрическим разрядам и снижение сложности базовой станции за счет непосредственного подключения легкого оптико-электрического (O / E) преобразователя. к антенне. [3]
Преимущества беспроводной связи
Низкая сложность
RoF использует концепцию удаленной станции (RS). Эта станция состоит только из оптико-электрического (O / E) (и дополнительного повышающего или понижающего преобразователя частоты), усилителей и антенны. Это означает, что схемы управления ресурсами и генерации сигналов базовой станции могут быть перемещены в централизованное место и совместно использованы несколькими удаленными станциями, что упрощает архитектуру.
Более низкая стоимость
Более простая структура удаленной базовой станции означает меньшую стоимость инфраструктуры, меньшее энергопотребление устройствами и более простое обслуживание - все это способствует снижению общих затрат на установку и обслуживание. Дальнейшее сокращение также может быть достигнуто за счет использования недорогого оптического волокна с градуированным показателем преломления полимера (GIPOF) [3]
На будущее
Волоконная оптика предназначена для работы со скоростями гигабит в секунду, что означает, что они смогут работать со скоростями, предлагаемыми сетями будущих поколений, на долгие годы. Технология RoF также прозрачна для протокола и скорости передачи данных, поэтому может использоваться для использования любых текущих и будущих технологий. [2] [4] Также были предложены новые методы RoF, которые поддерживают беспроводные услуги с поддержкой MIMO , в частности стандарты мобильной связи 4G / 5G и 802.11 WLAN. [5]
Спутниковая связь
В спутниковой связи технология RF-over-fiber используется для передачи, в основном, RF-сигналов в частотном диапазоне L-диапазона (от 950 МГц до 2150 МГц) между центральной диспетчерской и спутниковой антенной на земной спутниковой станции . Таким образом можно централизовать высокочастотное оборудование и заменить тяжелые и дорогие коаксиальные кабели с высокими потерями . [6] Обычно эта технология RF-over-Fiber рассматривается для расстояний передачи, начинающихся примерно от 50 метров. Благодаря использованию систем DWDM RF-over-Fiber возможна даже двунаправленная передача нескольких радиочастотных сигналов с низкими потерями по одному оптическому волокну с расстояниями передачи до 100 км.
Разнесение земных станций K a- диапазона в спутниковой связи
Государство-оф-арт системы спутниковой связи на самых высоких скоростях передачи данных работает на K в группу . Поскольку качество передачи на частотах диапазона K a сильно зависит от погодных условий, необходимо тщательно спланировать и выбрать подходящие конфигурации системы. В конфигурациях разнесения сайтов в диапазоне K передача сигнала перенаправляется с главного сайта на разнесенный сайт в случае неблагоприятных погодных условий. Эти конфигурации с разнесением сайтов часто полагаются на системы передачи DWDM RF-over-Fiber, поскольку они являются наиболее экономически эффективными решениями и обеспечивают хорошее качество сигнала. [6] [7]
Кабельное телевидение
Одно из популярных применений RF по оптоволокну - это системы кабельного телевидения. Поставщики контента могут транспортировать всю линейку каналов CATV по единому оптоволоконному кабелю, потому что таким образом они могут передавать сигнал на сотни километров. Это работает следующим образом: электрический радиочастотный сигнал обычно в диапазоне 54–870 МГц преобразуется в модулированный свет с помощью лазерной оптики RF 1310 нм или 1550 нм. Свет проходит по одномодовому волокну к оптоволоконному РЧ-приемнику, где снова преобразуется в электрические РЧ-сигналы. Электрический ВЧ напрямую подключается к телевизору или приставке. 1550 нм более популярен, потому что он имеет меньшие потери в волокне, а с помощью волоконно-оптического усилителя, известного как EDFA, можно увеличить расстояние транспортировки. 1310 нм теряет около 0,35 дБ / км оптического сигнала, 1550 нм теряет всего 0,25 дБ / км. Оптический баланс между передатчиком и приемником варьируется в зависимости от мощности передатчика и чувствительности приемника.
Развертывание
По состоянию на апрель 2012 года у AT&T было 3000 систем, развернутых в США в таких местах, как стадионы, торговые центры и внутри зданий. [2] «Мы продолжаем очень, очень агрессивно распространять решения для антенных систем», - сказал генеральный директор Рэндалл Стивенсон в 2012 году. [2]
В Китае системы широко используются в промышленных зонах, портах, больницах и супермаркетах. [2] Имеются планы по расширению в сельские районы вдоль железнодорожных путей, а также в новые жилые и коммерческие застройки. [2] Считается, что Китай будет ведущим пользователем технологии, и это снизит стоимость оборудования. [2]
Реализации
Для проектирования систем RoF можно использовать несколько инструментов моделирования. Популярные коммерческие инструменты были разработаны Optiwave Systems Inc. и VPIphotonics.
Very Large Array в Нью - Мексико был одним из первых РЧ систем переключиться на использование волокна вместо коаксиального и волноводов .
Рекомендации
- ^ М. Видмар, «Оптоволоконная связь: компоненты и системы» , Информация MIDEM, т. 31., нет. 4., 2001 г.
- ^ a b c d e f g h i j Хэл Ходсон (15 сентября 2012 г.). «Проводная связь - это новая беспроводная связь». Новый ученый .
- ^ a b А. Нг'ома, «Технология радио по оптоволокну для широкополосной беспроводной связи. Коммуникационные системы » , докторская диссертация, Технологический университет Эйндховена, Эйндховен, 2005 г.
- Перейти ↑ Hoon Kim (2005) Radio-over-Fiber Technology for Wireless Communication Services , Samsung Electronics
- ^ GSD Gordon, "Демонстрация осуществимости мультиплексированной антенной системы с мультиплексированием с разделением по модам и MIMO-оптоволоконной распределенной антенной" , IEEE Journal of Lightwave Technology, vol. 32, нет. 20, стр. 3521-3528, октябрь 2014 г.
- ^ а б «Максимальное увеличение времени безотказной работы сети в Ka-диапазоне за счет разнесения наземных станций» (PDF) . Через спутник . Октябрь / ноябрь 2015 г.
- ^ "Разнообразие Ka-диапазонов - DEV-Systemtechnik" . www.dev-systemtechnik.com . Проверено 24 октября 2017 года .