Radio över fiber
Radio över fiber (RoF) eller RF över fiber (RFoF) hänvisar till en teknik där ljus moduleras av en radiofrekvenssignal och sänds över en optisk fiberlänk . De viktigaste tekniska fördelarna med att använda fiberoptiska länkar är lägre överföringsförluster och minskad känslighet för brus och elektromagnetiska störningar jämfört med helelektrisk signalöverföring.
Tillämpningarna sträcker sig från överföring av mobilradiosignaler ( 3G , 4G , 5G och WiFi) och överföring av kabel-tv-signaler ( CATV ) till överföring av RF L-Band-signaler i markstationer för satellitkommunikation .
Allmän fördel
Låg dämpning
Signaler som överförs på optisk fiber dämpar mycket mindre än genom andra media som metallkablar eller trådlösa media. Genom att använda optisk fiber kan radiosignalerna gapa över större överföringsavstånd, vilket minskar behovet av ytterligare repeatrar eller förstärkare.
Ansökningar
Trådlös kommunikation
Inom området för trådlös kommunikation är en huvudapplikation att underlätta trådlös åtkomst, såsom 5G och WiFi samtidigt från samma antenn. Radiosignaler förs med andra ord över fiberoptisk kabel. Således kan en enda antenn ta emot alla radiosignaler (5G, Wifi, cell, etc..) som förs över en enkelfiberkabel till en central plats där utrustning sedan omvandlar signalerna; detta är i motsats till det traditionella sättet där varje protokolltyp (5G, WiFi, cell) kräver separat utrustning på platsen för antennen.
Även om radioöverföring över fiber används för flera ändamål, såsom i kabel-tv -nät (CATV) och i satellitbasstationer , används termen RoF vanligtvis när detta görs för trådlös åtkomst.
I RoF-system transporteras trådlösa signaler i optisk form mellan en centralstation och en uppsättning basstationer innan de strålar ut genom luften. Varje basstation är anpassad att kommunicera över en radiolänk med åtminstone en användares mobilstation belägen inom nämnda basstations radioräckvidd. Fördelen är att utrustningen för WiFi, 5G och andra protokoll kan centraliseras på ett ställe, med fjärrantenner kopplade via fiberoptik som betjänar alla protokoll. Det minskar avsevärt utrustningen och underhållskostnaderna för nätverket.
RoF-teknik möjliggör konvergens av fasta och mobila nät.
RoF-överföringssystem klassificeras vanligtvis i två huvudkategorier ( RF-över-fiber ; IF-över-fiber ) beroende på frekvensområdet för radiosignalen som ska transporteras.
a) I RF-over-fiber- arkitektur påtvingas en databärande RF-signal (radiofrekvens) med hög frekvens på en ljusvågssignal innan den transporteras över den optiska länken. Därför distribueras trådlösa signaler optiskt till basstationer direkt vid höga frekvenser och omvandlas från den optiska till den elektriska domänen vid basstationerna innan de förstärks och strålas ut av en antenn. Som ett resultat krävs ingen frekvens upp-nedkonvertering vid de olika basstationerna, vilket resulterar i att en enkel och ganska kostnadseffektiv implementering möjliggörs vid basstationerna.
b) I IF-over-fiber arkitektur används en IF (mellanfrekvens) radiosignal med en lägre frekvens för att modulera ljus innan den transporteras över den optiska länken. Därför, innan strålning genom luften, måste signalen uppkonverteras till RF vid basstationen.
Tillgång till döda zoner
En viktig tillämpning av RoF är dess användning för att tillhandahålla trådlös täckning i det område där trådlös backhaul- länk inte är möjlig. Dessa zoner kan vara områden inuti en struktur som en tunnel, områden bakom byggnader, bergiga platser eller avskilda områden som djungler.
FTTA (fiber till antennen)
Genom att använda en optisk anslutning direkt till antennen kan utrustningsleverantören få flera fördelar som låga linjeförluster, immunitet mot blixtnedslag/elektriska urladdningar och minskad komplexitet hos basstationen genom att ansluta lätt optisk-till-elektrisk (O/E)-omvandlare direkt till antenn.
Fördelar för trådlös kommunikation
Låg komplexitet
RoF använder sig av konceptet med en fjärrstation (RS). Denna station består endast av en optisk-till-elektrisk (O/E) (och en valfri frekvensupp- eller nedomvandlare), förstärkare och antennen. Detta innebär att basstationens resurshanterings- och signalgenereringskretsar kan flyttas till en centraliserad plats och delas mellan flera fjärrstationer, vilket förenklar arkitekturen.
Lägre kostnad
Enklare struktur för fjärrbasstation innebär lägre kostnad för infrastruktur, lägre strömförbrukning för enheter och enklare underhåll bidrog alla till att sänka den totala installations- och underhållskostnaden. Ytterligare minskning kan också göras genom att använda lågkostnadsgraded index polymer optical fiber (GIPOF)
Framtidssäker
Fiberoptik är designad för att hantera gigabit/sekundhastigheter vilket innebär att de kommer att kunna hantera hastigheter som erbjuds av framtida generationer av nätverk i många år framöver. RoF-teknik är också protokoll- och bithastighetstransparent, och kan därför användas för att använda alla nuvarande och framtida teknologier. Nya RoF-tekniker som stöder MIMO- aktiverade trådlösa tjänster, särskilt 4G/5G mobil och 802.11 WLAN-standarder, har också föreslagits.
Satellitkommunikation
Inom satellitkommunikation används RF-över-fiberteknik för att sända, främst RF-signaler i L-bandets frekvensområde (950 MHz till 2150 MHz), mellan ett centralt kontrollrum och en satellitantenn vid en satellitjordstation . Genom att göra så kan högfrekvensutrustning centraliseras och höga förluster, tunga och dyra koaxialkablar kan ersättas. Typiskt övervägs denna RF-över-fiber-teknik för överföringsavstånd som börjar på cirka 50 meter. Med användningen av DWDM RF-over-Fiber-system möjliggörs till och med lågförlust dubbelriktad överföring av flera RF-signaler över en optisk fiber med överföringsavstånd upp till 100 km.
K a -Band Earth Station Diversity in Satellite Communication
Moderna satellitkommunikationssystem med de högsta datahastigheterna drivs på Ka - bandet . Eftersom överföringskvaliteten på K a- bandets frekvenser är starkt beroende av väderförhållandena, måste lämpliga systemkonfigurationer planeras och väljas noggrant. I K a band Site Diversity-konfigurationer omdirigeras signalöverföringen från huvudplatsen till en diversifierad plats i händelse av ogynnsamma väderförhållanden. Dessa Site Diversity-konfigurationer förlitar sig ofta på DWDM RF-over-Fibre-överföringssystem, eftersom det är de mest kostnadseffektiva lösningarna och säkerställer god signalkvalitet.
Kabel-tv
En populär användning för RF över fiber är för kabel-TV-system. Innehållsleverantörer kan transportera hela sin CATV-kanallinje via en enfiberoptisk kabel, eftersom de på så sätt kan transportera signalen i hundratals km. Det fungerar så här: En elektrisk RF-signal vanligtvis i intervallet 54–870 MHz omvandlas till modulerat ljus med RF 1310 nm eller 1550 nm laseroptik. Ljuset färdas över singelmodsfiber till den fiberoptiska RF-mottagaren där det omvandlas tillbaka till elektrisk RF. Elektrisk RF är direkt ansluten till en TV eller set-top box. 1550 nm är mer populärt eftersom det har mindre förluster i fibern och genom att använda en fiberoptisk förstärkare känd som EDFA är det möjligt att förlänga transportavståndet. 1310 nm förlorar cirka 0,35 dB/km i optisk signal, 1550 nm förlorar bara 0,25 dB/km. Optisk budget mellan sändare och mottagare varierar beroende på sändarens effekt och mottagarens känslighet.
Spridning
I april 2012 hade AT&T 3000 system utplacerade i USA på platser som arenor, köpcentra och inne i byggnader. "Vi fortsätter att gå väldigt, väldigt offensivt på att distribuera antennsystemlösningarna", sa VD Randall Stephenson 2012.
I Kina används system i stor utsträckning i industriområden, hamnar, sjukhus och stormarknader. Planer finns för att expandera till landsbygdsområden längs järnvägslinjer och i nya bostäder och kommersiella byggutrymmen. Man tror att Kina kommer att vara den ledande användaren av tekniken och detta kommer att sänka kostnaderna för utrustning.
Genomföranden
Flera simuleringsverktyg kan användas för att designa RoF-system. Populära kommersiella verktyg har utvecklats av Optiwave Systems Inc. och VPIphotonics.
The Very Large Array i New Mexico var ett av de första RF-systemen som gick över till att använda fiber istället för koaxial och vågledare .