光纤无线电和微波

  原则上，可以通过合适的电缆(例如同轴电缆)直接传输射频(RF)和微波信号(例如，传输音频，视频或常规Internet数据)。然而，这样的电缆表现出相当大的衰减损耗，其随着频率的增加而迅速增加。这些损耗的频率依赖性也可能导致信号失真。由于这样的原因，通常变得难以到达远超过几十米的距离，并且即使那样，也可能需要附加的RF放大器和信号再生器，以将信号功率维持在足够高的水平并保持信号质量。

  光纤无线电原理

  所解释的问题可以用该方法来解决光纤无线电或微波通过光纤，在短期通常被称为前通过光纤RF有时通过光纤射频。本质上，该想法是用无线电或微波频率信号调制光波，在光纤中传输该光，最后检测该光以恢复射频信号。因此，人们在光传输介质的两端采用了电光(E / O)转换和光电(O / E)转换。有效地实现了无线和光纤网络的集成，并进入了RF或微波光子学领域。

  尽管传输的信号频率可以相差很大，范围从几兆赫兹到几十兆赫兹甚至更高，但是基本技术始终是相同的。在不同的频率区域中，只有各种技术细节可以进行不同的优化。尽管该领域的检测很困难，但该技术甚至可以在一定程度上适应太赫兹信号。

  在最简单的情况下，使用单频激光源(例如DFB激光器)，由射频信号驱动的强度调制器(例如Mach-Zehnder调制器)，光纤(通常是单模光纤，或可能是渐变折射率多模光纤)和快速光电二极管作为光电探测器，然后是简单的电子设备将RF信号放大到所需的功率水平。图1显示了具有直接调制的单向链路的基本设置。

  对于发射器，甚至更简单的方法，但是质量稍低，涉及到半导体激光器的直接调制，而不是使用单独的调制器。

  也可以实现双向链路，其中使用两条光纤的一条仅是一条，如果在右侧有信号发送器和接收器，则可能是一条共用天线。

  在某些情况下，可能会使用光学外差检测，也可能涉及来自两个不同激光源的光传输，其中差频通过一个光学锁相环(OPLL)得以稳定。例如，当要传输带宽适中但载波频率非常高的信号时，这可能会很方便。然后，可以仅以中等频率调制其中一个激光器，并且得到的中心频率是两个激光器的平均频率差。但是，这种方法对激光器的相位噪声非常敏感。因此，可能优选使用单个激光源并通过强高频相位调制来产生多个边带。

  信号传输通常是模拟的，而不是典型的光纤通信系统中的数字。但是，也存在涉及数字检测的光纤数字无线电(D-RoF)解决方案。

  借助更先进的技术，通常可以使用波分复用技术通过一根光纤同时传输许多不同的RF信号，其中每个信号通道都会获得自己的中心波长和一定的光带宽。所需的组件在光纤通信中很常见。通过这种方法，可以更好地利用光纤的巨大光带宽，该带宽比要传输的典型RF带宽大几个数量级。

  一种变体是光纤上的中频，其中光纤传输以较低的中间RF频率进行，并且在光电检测之后，一个上变频将信号转换为所需的RF频率。这种方法降低了对光电系统在频率方面的要求，并且还减少了光纤色散的影响，但是在接收端需要更复杂的技术。

  沿该方向进一步发展的另一种变体是光纤上的基带，其中光信号承载基带数据，而RF载波仅在接收器中添加。这种方法使光学部件更简单，而在接收器端则需要更先进的电子技术。也可能会降低链接的透明度，即在以后更改传输格式时灵活性降低。

  当然，可以基于自由空间光通信来实现类似的技术，只需在一定的自由空间距离附近简单地用光束准直器和透镜或类似物代替光纤即可。

  发射的RF带宽通常受发射器和接收器(即E / O和O / E转换器)的带宽限制，但不受光纤的限制。

  通常，如果使用低噪声激光源和高质量光电探测器，则光纤上的RF或微波只会引入适度的传输噪声。光纤本身仅引起相对较低水平的相位噪声。

  优于射频电缆

  与光纤相比，无线电或微波的主要优点如下：

  即使对于极高的频率，低的传播损耗也可能是该技术的主要优势。

  由于光纤中的传播损耗非常小(例如，在1550 nm附近的单模电信光纤中，损耗仅为0.2 dB / km的数量级)，并且在整个感兴趣的光学频率范围内，这些损耗几乎与频率无关(平坦频率响应)，就可以轻松使用几公里长的光纤。使用光纤放大器时另外，可以容易地实现更长的传输距离。在如此长的长度上，RF甚至微波电缆的传播损耗将是令人望而却步的。(对于适度的传播距离，也可以使用其他光波长区域，这些区域的传输损耗较高，但发射器和接收器价格较便宜，例如0.8μm区域。)

  由于RF或微波带宽远低于可以通过光纤以低传输损耗传输的光学频率范围的宽度，因此该电缆具有前瞻性：如果以后需要更大的RF带宽或平均频率，则仅发射器和接收器可能必须进行调整，而光缆则不需要。与此相反，当转移到基于卫星的电视信号时，建筑物中的许多同轴电缆安装变得无用，因为卫星电视信号需要更高的频率并且电缆损耗变得过高。

  与RF同轴电缆相比，光纤电缆可以更细并且可能更柔软，例如，使其更容易放置在建筑物中。此外，每米电缆的成本可以大大降低。

  在某些情况下，可以节省大量成本。

  因为可以使接收器端相对简单并且同时可以接受传输格式的进一步更改(请参阅下文)，所以该技术可以节省大量成本，尤其是在需要操作许多远程站的情况下。

  通过光纤的信号传输不受电磁干扰的影响。

  例如，对于带有天线的应用，电缆不导电是一个优势，因为可以更好地保护下端的电子设备免受雷击。