Radio przez światłowód
Radio przez światłowód (RoF) lub RF przez światłowód (RFoF) odnosi się do technologii, w której światło jest modulowane za pomocą sygnału o częstotliwości radiowej i przesyłane łączem światłowodowym . Głównymi zaletami technicznymi stosowania łączy światłowodowych są mniejsze straty transmisyjne oraz zmniejszona wrażliwość na szumy i zakłócenia elektromagnetyczne w porównaniu do transmisji sygnału całkowicie elektrycznego.
Zastosowania obejmują transmisję mobilnych sygnałów radiowych ( 3G , 4G , 5G i WiFi) i transmisję sygnałów telewizji kablowej ( CATV ) po transmisję sygnałów RF w paśmie L w stacjach naziemnych do komunikacji satelitarnej .
Ogólna zaleta
Niskie tłumienie
Sygnały przesyłane światłowodem tłumią znacznie mniej niż w przypadku innych mediów, takich jak kable metalowe lub media bezprzewodowe. Dzięki zastosowaniu światłowodu sygnały radiowe mogą rozdzielać się na większe odległości, redukując potrzebę stosowania dodatkowych wzmacniaczy lub wzmacniaczy.
Aplikacje
Komunikacja bezprzewodowa
W obszarze komunikacji bezprzewodowej jednym z głównych zastosowań jest umożliwienie jednoczesnego dostępu bezprzewodowego , takiego jak 5G i Wi-Fi, z tej samej anteny. Innymi słowy, sygnały radiowe przesyłane są kablem światłowodowym. W ten sposób pojedyncza antena może odbierać dowolne sygnały radiowe (5G, Wi-Fi, sieć komórkowa itp.) przesyłane kablem jednowłóknowym do lokalizacji centralnej, gdzie sprzęt następnie konwertuje sygnały; jest to przeciwieństwo tradycyjnego sposobu, w którym każdy typ protokołu (5G, WiFi, komórka) wymaga oddzielnego sprzętu w miejscu ustawienia anteny.
Chociaż transmisja radiowa przez światłowód jest wykorzystywana do wielu celów, na przykład w sieciach telewizji kablowej (CATV) i w satelitarnych stacjach bazowych, termin RoF jest zwykle stosowany w przypadku dostępu bezprzewodowego.
W systemach RoF sygnały bezprzewodowe są przesyłane w formie optycznej pomiędzy stacją centralną a zestawem stacji bazowych, zanim zostaną wyemitowane w powietrzu. Każda stacja bazowa jest przystosowana do komunikowania się za pośrednictwem łącza radiowego z co najmniej jedną stacją mobilną użytkownika zlokalizowaną w zasięgu radiowym wspomnianej stacji bazowej. Zaletą jest to, że sprzęt obsługujący Wi-Fi, 5G i inne protokoły można scentralizować w jednym miejscu, z podłączonymi zdalnymi antenami za pomocą światłowodu obsługującego wszystkie protokoły. Znacząco zmniejsza koszty sprzętu i utrzymania sieci.
Technologia RoF umożliwia konwergencję sieci stacjonarnych i mobilnych.
Systemy transmisji RoF są zwykle podzielone na dwie główne kategorie ( RF-przez światłowód ; IF-przez światłowód ) w zależności od zakresu częstotliwości przesyłanego sygnału radiowego.
a) W architekturze RF-over-fibre , przenoszący dane sygnał RF (częstotliwość radiowa) o wysokiej częstotliwości jest nakładany na sygnał fali świetlnej przed przesłaniem łączem optycznym. Dlatego sygnały bezprzewodowe są rozprowadzane optycznie do stacji bazowych bezpośrednio przy wysokich częstotliwościach i przekształcane z domeny optycznej na elektryczną w stacjach bazowych, zanim zostaną wzmocnione i wyemitowane przez antenę. W rezultacie nie jest wymagana konwersja częstotliwości w różnych stacjach bazowych, co pozwala na prostą i raczej opłacalną implementację na stacjach bazowych.
b) W architekturze IF-over-fibre sygnał radiowy IF (częstotliwość pośrednia) o niższej częstotliwości jest wykorzystywany do modulowania światła przed przesłaniem go łączem optycznym. Dlatego przed wyemitowaniem w powietrzu sygnał musi zostać przekształcony w górę na RF w stacji bazowej.
Dostęp do martwych stref
Ważnym zastosowaniem RoF jest jego wykorzystanie do zapewnienia zasięgu sieci bezprzewodowej na obszarze, gdzie bezprzewodowe łącze typu backhaul nie jest możliwe. Strefami tymi mogą być obszary wewnątrz budowli, takie jak tunele, obszary za budynkami, miejsca górzyste lub obszary odosobnione, takie jak dżungle.
FTTA (światłowód do anteny)
Stosując połączenie optyczne bezpośrednio z anteną, sprzedawca sprzętu może zyskać kilka korzyści, takich jak niskie straty w linii, odporność na uderzenia pioruna/wyładowania elektryczne i zmniejszona złożoność stacji bazowej poprzez bezpośrednie podłączenie lekkiego konwertera optyczno-elektrycznego (O/E). do anteny.
Zalety komunikacji bezprzewodowej
Niska złożoność
RoF wykorzystuje koncepcję stacji zdalnej (RS). Stacja ta składa się wyłącznie z przetwornika optyczno-elektrycznego (O/E) (oraz opcjonalnego przetwornika częstotliwości w górę lub w dół), wzmacniaczy i anteny. Oznacza to, że obwody zarządzania zasobami i generowania sygnału stacji bazowej można przenieść do scentralizowanej lokalizacji i współdzielić między kilkoma zdalnymi stacjami, upraszczając w ten sposób architekturę.
Niższy koszt
Prostsza struktura zdalnej stacji bazowej oznacza niższy koszt infrastruktury, mniejsze zużycie energii przez urządzenia i prostszą konserwację, co przyczyniło się do obniżenia całkowitego kosztu instalacji i konserwacji. Dalszą redukcję można również osiągnąć poprzez zastosowanie taniego światłowodu z polimeru o stopniowanym indeksie (GIPOF)
Przyszłościowe
Światłowody są zaprojektowane do obsługi prędkości gigabitowych na sekundę, co oznacza, że będą w stanie przez wiele lat obsługiwać prędkości oferowane przez sieci przyszłych generacji. Technologia RoF jest również przejrzysta pod względem protokołu i przepływności, dlatego można ją wykorzystać do wykorzystania dowolnych obecnych i przyszłych technologii. Zaproponowano również nowe techniki RoF obsługujące usługi bezprzewodowe z obsługą MIMO , w szczególności standardy mobilne 4G/5G i WLAN 802.11.
Łączność satelitarna
W komunikacji satelitarnej technologia RF-over-fibre jest wykorzystywana do przesyłania, głównie sygnałów RF w zakresie częstotliwości pasma L (950 MHz do 2150 MHz), pomiędzy centralną sterownią a anteną satelitarną w satelitarnej stacji naziemnej . W ten sposób można scentralizować sprzęt wysokiej częstotliwości i wymienić powodujące duże straty, ciężkie i drogie kable koncentryczne . Zwykle tę technologię RF-over-Fiber rozważa się w przypadku odległości transmisji zaczynających się od około 50 metrów. Z wykorzystaniem DWDM Systemy RF-over-Fiber umożliwiają nawet niskostratną dwukierunkową transmisję wielu sygnałów RF przez jedno światłowód na odległość transmisji do 100 km.
K a -Zróżnicowanie stacji naziemnych w komunikacji satelitarnej
W paśmie K a pracują najnowocześniejsze systemy łączności satelitarnej o najwyższych przepływnościach . Ponieważ jakość transmisji w paśmie K jest w dużym stopniu zależna od warunków pogodowych, należy dokładnie zaplanować i wybrać odpowiednie konfiguracje systemu. W paśmie K w przypadku konfiguracji typu Site Diversity transmisja sygnału jest przekierowywana z lokalizacji głównej do lokalizacji zróżnicowanej w przypadku niesprzyjających warunków pogodowych. Te konfiguracje różnorodności lokacji często opierają się na DWDM Systemy transmisji RF-over-Fibre, gdyż są to rozwiązania najbardziej ekonomiczne i zapewniające dobrą jakość sygnału.
Telewizja kablowa
Jednym z popularnych zastosowań RF przez światłowód są systemy telewizji kablowej. Dostawcy treści mogą przesyłać całą ofertę kanałów CATV za pomocą jednowłóknowego kabla światłowodowego, ponieważ w ten sposób mogą przesyłać sygnał na setki kilometrów. Działa to w następujący sposób: Elektryczny sygnał RF, zwykle w zakresie 54–870 MHz, jest konwertowany na modulowane światło za pomocą optyki laserowej RF 1310 nm lub 1550 nm. Światło przechodzi przez światłowód jednomodowy do światłowodowego odbiornika RF, gdzie jest przekształcane z powrotem na elektryczną energię RF. Elektryczny RF jest bezpośrednio podłączony do telewizora lub dekodera. Popularniejsza jest fala 1550 nm, ponieważ charakteryzuje się mniejszymi stratami we włóknie, a zastosowanie wzmacniacza światłowodowego zwanego EDFA umożliwia wydłużenie drogi transportu. 1310 nm traci około 0,35 dB/km sygnału optycznego, 1550 nm traci tylko 0,25 dB/km. Budżet optyczny między nadajnikiem a odbiornikiem różni się w zależności od mocy nadajnika i czułości odbiornika.
Zastosowanie
Według stanu na kwiecień 2012 r. firma AT&T wdrożyła w USA 3000 systemów, takich jak stadiony, centra handlowe i wnętrza budynków. „Nadal bardzo, bardzo agresywnie zajmujemy się dystrybucją rozwiązań systemów antenowych”, powiedział dyrektor generalny Randall Stephenson w 2012 roku.
W Chinach systemy są szeroko wdrażane w strefach przemysłowych, portach, szpitalach i supermarketach. Istnieją plany rozszerzenia działalności na obszary wiejskie wzdłuż linii kolejowych oraz na nowe obszary budownictwa mieszkaniowego i komercyjnego. Uważa się, że głównym użytkownikiem tej technologii będą Chiny, co obniży koszty sprzętu.
Wdrożenia
Do projektowania systemów RoF można zastosować kilka narzędzi symulacyjnych. Popularne narzędzia komercyjne zostały opracowane przez Optiwave Systems Inc. i VPIphotonics.
Very Large Array w Nowym Meksyku był jednym z pierwszych systemów RF, w którym zastosowano światłowód zamiast kabla koncentrycznego i falowodów .