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【摘 要】超宽带信号的特点是发送不需要载波调制、抵抗干扰能力强、传输速率快同时系统容量大。在光纤中传输可以解决它传输距离短的问题。本文介绍了超宽带信号的特点，描述了超宽带信号在光纤系统的传输的模型，分析了该模型的的具体模块并介绍相关参数指标。
【关键词】超宽带 光纤 传输
一 超宽带信号在光纤系统中传输的相关背景
自由灵活和环保高速是现今通信业务发展的时代要求。用户业务需求变得越来越多样化，业务形式包括语音、图像、数据文件等多媒体形式。过去的无线数据技术都以窄带无线通信为主，已经无法跟上时代的脚步。目前相关领域的研究专家和电信运营商研究热点是下一代宽带无线技术，在现有的无线通信和光纤通信的基础上进行改造，不必再次投入大量人力物力来完善网络设备和基础设施建设。宽带无线技术建网费开销小、运营维护成本低、操作简单同时安全可靠性高。但是多径衰落严重和基站体积大建设成本高是它的缺陷。
二 超宽带技术以及光纤通信系统的特点
早期的UWB系统主要运用在军事方面，民用方面主要用于雷达定位等等，英特尔和摩托罗拉等公司开始了UWB系统的民用技术开发，主要研究方向是将UWB技术运用到消费电子领域，来满足用户的短距离、低功率、高速率、低成本的要求。国内的关于UWB的研究已经列入863计划的信息领域。
FCC关于UWB信号的定义是-10dB的相对带宽大于20%或者-10dB绝对带宽大于1.5GHz，超宽带允许使用的频带范围是3.1GHz～10.6GHz，发射功率限定在1mW以下。UWB信号是时间短至仅仅几十纳秒的脉冲信号，直接在一个很宽的频带上实现信号调制，所占用频率范围取决于该调制过程的时间长短。其极宽的带宽使其区别于传统的宽带。UWB技术特点是系统结构简单、发射功率低、多径分辨能力强、传输速率高、信道容量大和穿透能力强等，主要应用场景是室内WLAN应用、雷达系统、定位应用和传感器应用等等。
在UWB系统中，超宽带天线会引起色散现象，信号会因此产生畸变，无线传输的可靠性会降低，这一特性使得UWB传输距离限定在10m范围内，这一缺点也限制了UWB的应用范围。而光纤通信和无线通信结合起来的新技术ROF技术的基本原理是利用分布式光纤网络在中心站将微波调制到激光上，再通过光纤链路进行传输，在基站利用光电转换对微波进行解调，借此来延长无线信号传播距离，降低衰减，提高传输速度。将UWB技术和ROF两种具有互补优势的两种技术结合在一起构成UWB over fiber系统，利用光纤来代替自由空间的无线兼职，传输损耗大大降低，系统损耗也较轻、脉冲窄，在光纤中传播也会减少电磁干扰。
三 UWB over fiber系统
1 系统总体框图。UWB over fiber系统流程是先让超宽带信号进行直接或者间接调制到光纤上传输，然后利用光链路中的耦合器实现信号一对多的点传输，信号通过光缆到达目的覆盖地，之后再进行光电转换之后还原出所要的超宽带信号，再由UWB天线发射。系统总体框图如下：
UWB在光纤系统中的传输系统的组成部分是超宽带信号发射机、光电转换器、发送光缆和光电转换器等。
UWB over fiber系统是建立在ROF系统之上的，ROF系统构架是基于传统的光纤通信的链路结构，为了使射频信号也能在光链路上传输，ROF系统也包含星型结构、总线结构和环形结构等网络拓扑结构。以下用一个星型结构的UWB over fiber系统为例说明。在一辆安装有中央处理单元的列车上，每一节车厢都配有远端天线单元，这些天线单元通过多模光纤互相连接起来，分散的远端天线单元直接与移动终端进行通信，中央处理单元集中处理信号，每一台远端天线单元成本较为低廉。在超宽带室内覆盖系统中，点对点通信结构的终端用户没有直接进行通信，UWB芯片组数量大。为了解决这些问题，出现了带有1×N耦合器的点对多点结构和N×N的多点对多点耦合器，多点对多点的优势是光和无线设备之间通信可以通过单一UWB系统的物理层来控制。
2 光发射模块。光发射模块的作用是把微波信号转换成光信号，由激光光源、温度/功率控制模块、外调器件和电路器件部分等构成。可以使用的调制方式有直接调制和外调制两种，根据外调制的结果进行阻抗设计，满足系统带内平坦型参数要求。
3 光接收模块。接收模块负责将光信号转换成微波信号，主要包含光路自适应器件、检测器、宽带放大等部分。光探测器选择要求是暗电流小、电容小而且具有高响应度。根据光探测器结果进行阻抗电路匹配设计，使得光电转换率高，反射效率低，降低信号的非线性失真，增加输出信噪比。
4 影响UWB系统中的器件选择和参数。激光器件性能优于发光二极管，但是成本高昂。垂直腔面发射激光器技术的发展解决了光源成本和性能的抉择难题，它的优势是光谱窄、速度快、耦合效率高，可以满足中距离室内网络信号的传输。多模光纤与垂直腔面半导体激光器联合起来可以提高耦合率，多模光纤的传送波长性能选择原则是在满足系统指标要求时尽可能选择短波长。简单的PN光电二极管无法满足ROF系统性能要求，APD的响应度较高，但是巨大的噪声和非线性特性是无法规避的缺点，相较而言，PIN光电二极管的量子效率高、偏压低以及不倍增等优点十分适合使用在ROF系统中。光链路增益包括超宽带信号输入增益、电光转换增益、光纤链路增益、光电转化增益和超宽带信号输出增益。光纤受到的噪声影响很小，光链路噪声则主要来自热噪声、光电探测器散粒噪声和强度噪声。其中，热噪声是系统主要的噪声来源。PIN接收机的信噪比为平均信号功率比上噪声功率，正比于电功率和电流的平方比。
四 结语
无线通信技术的高速发展伴随着人们对于无线通信速度和容量的愈来愈高的要求。无线通信与光纤通信技术的互补结合是未来通信技术的主流发展方向。ROF技术的成熟和元器件工艺的发展使得二者的结合成为可能。UWB技术的诸多优势使得其与ROF组合的UWB over fiber系统被引用在家庭网络等场合。自身技术的进步和市场的推动是实现关键技术突破的要点。
【关键词】超宽带 光纤 传输
一 超宽带信号在光纤系统中传输的相关背景
自由灵活和环保高速是现今通信业务发展的时代要求。用户业务需求变得越来越多样化，业务形式包括语音、图像、数据文件等多媒体形式。过去的无线数据技术都以窄带无线通信为主，已经无法跟上时代的脚步。目前相关领域的研究专家和电信运营商研究热点是下一代宽带无线技术，在现有的无线通信和光纤通信的基础上进行改造，不必再次投入大量人力物力来完善网络设备和基础设施建设。宽带无线技术建网费开销小、运营维护成本低、操作简单同时安全可靠性高。但是多径衰落严重和基站体积大建设成本高是它的缺陷。
二 超宽带技术以及光纤通信系统的特点
早期的UWB系统主要运用在军事方面，民用方面主要用于雷达定位等等，英特尔和摩托罗拉等公司开始了UWB系统的民用技术开发，主要研究方向是将UWB技术运用到消费电子领域，来满足用户的短距离、低功率、高速率、低成本的要求。国内的关于UWB的研究已经列入863计划的信息领域。
FCC关于UWB信号的定义是-10dB的相对带宽大于20%或者-10dB绝对带宽大于1.5GHz，超宽带允许使用的频带范围是3.1GHz～10.6GHz，发射功率限定在1mW以下。UWB信号是时间短至仅仅几十纳秒的脉冲信号，直接在一个很宽的频带上实现信号调制，所占用频率范围取决于该调制过程的时间长短。其极宽的带宽使其区别于传统的宽带。UWB技术特点是系统结构简单、发射功率低、多径分辨能力强、传输速率高、信道容量大和穿透能力强等，主要应用场景是室内WLAN应用、雷达系统、定位应用和传感器应用等等。
在UWB系统中，超宽带天线会引起色散现象，信号会因此产生畸变，无线传输的可靠性会降低，这一特性使得UWB传输距离限定在10m范围内，这一缺点也限制了UWB的应用范围。而光纤通信和无线通信结合起来的新技术ROF技术的基本原理是利用分布式光纤网络在中心站将微波调制到激光上，再通过光纤链路进行传输，在基站利用光电转换对微波进行解调，借此来延长无线信号传播距离，降低衰减，提高传输速度。将UWB技术和ROF两种具有互补优势的两种技术结合在一起构成UWB over fiber系统，利用光纤来代替自由空间的无线兼职，传输损耗大大降低，系统损耗也较轻、脉冲窄，在光纤中传播也会减少电磁干扰。
三 UWB over fiber系统
1 系统总体框图。UWB over fiber系统流程是先让超宽带信号进行直接或者间接调制到光纤上传输，然后利用光链路中的耦合器实现信号一对多的点传输，信号通过光缆到达目的覆盖地，之后再进行光电转换之后还原出所要的超宽带信号，再由UWB天线发射。系统总体框图如下：
UWB在光纤系统中的传输系统的组成部分是超宽带信号发射机、光电转换器、发送光缆和光电转换器等。
UWB over fiber系统是建立在ROF系统之上的，ROF系统构架是基于传统的光纤通信的链路结构，为了使射频信号也能在光链路上传输，ROF系统也包含星型结构、总线结构和环形结构等网络拓扑结构。以下用一个星型结构的UWB over fiber系统为例说明。在一辆安装有中央处理单元的列车上，每一节车厢都配有远端天线单元，这些天线单元通过多模光纤互相连接起来，分散的远端天线单元直接与移动终端进行通信，中央处理单元集中处理信号，每一台远端天线单元成本较为低廉。在超宽带室内覆盖系统中，点对点通信结构的终端用户没有直接进行通信，UWB芯片组数量大。为了解决这些问题，出现了带有1×N耦合器的点对多点结构和N×N的多点对多点耦合器，多点对多点的优势是光和无线设备之间通信可以通过单一UWB系统的物理层来控制。
2 光发射模块。光发射模块的作用是把微波信号转换成光信号，由激光光源、温度/功率控制模块、外调器件和电路器件部分等构成。可以使用的调制方式有直接调制和外调制两种，根据外调制的结果进行阻抗设计，满足系统带内平坦型参数要求。
3 光接收模块。接收模块负责将光信号转换成微波信号，主要包含光路自适应器件、检测器、宽带放大等部分。光探测器选择要求是暗电流小、电容小而且具有高响应度。根据光探测器结果进行阻抗电路匹配设计，使得光电转换率高，反射效率低，降低信号的非线性失真，增加输出信噪比。
4 影响UWB系统中的器件选择和参数。激光器件性能优于发光二极管，但是成本高昂。垂直腔面发射激光器技术的发展解决了光源成本和性能的抉择难题，它的优势是光谱窄、速度快、耦合效率高，可以满足中距离室内网络信号的传输。多模光纤与垂直腔面半导体激光器联合起来可以提高耦合率，多模光纤的传送波长性能选择原则是在满足系统指标要求时尽可能选择短波长。简单的PN光电二极管无法满足ROF系统性能要求，APD的响应度较高，但是巨大的噪声和非线性特性是无法规避的缺点，相较而言，PIN光电二极管的量子效率高、偏压低以及不倍增等优点十分适合使用在ROF系统中。光链路增益包括超宽带信号输入增益、电光转换增益、光纤链路增益、光电转化增益和超宽带信号输出增益。光纤受到的噪声影响很小，光链路噪声则主要来自热噪声、光电探测器散粒噪声和强度噪声。其中，热噪声是系统主要的噪声来源。PIN接收机的信噪比为平均信号功率比上噪声功率，正比于电功率和电流的平方比。
四 结语
无线通信技术的高速发展伴随着人们对于无线通信速度和容量的愈来愈高的要求。无线通信与光纤通信技术的互补结合是未来通信技术的主流发展方向。ROF技术的成熟和元器件工艺的发展使得二者的结合成为可能。UWB技术的诸多优势使得其与ROF组合的UWB over fiber系统被引用在家庭网络等场合。自身技术的进步和市场的推动是实现关键技术突破的要点。