面向5G的光纤无线融合通信技术

2013-09-06 15:27

　　在下行方向，位于中心单元的基带处理单元在数字域对用户数据进行编码、调制后根据光纤无线融合传输信道状态信息进行预编码（波束成形）；经预失真处理补偿上下行传输链路非互易性造成的信号畸变，送入DAC获得射频信号；对这些射频信号分组副载波调制后加载到光发射机阵列输出多波长光载射频信号；再利用光偏振合束技术进行光域偏振复用（可配置选择），经波分复用器输入单模光纤传输至远端大规模阵列天线；天线侧经单模光纤输入的光信号分别经过波分复用器和光偏振分束后由光探测器阵列转换为多路射频信号，(6) 然后被与中心侧对称的副载波解调模块解调，并经滤波放大后馈入天线发射。

　　在上行方向，基本上是上述过程的逆过程。其中数字域信道校准模块用于系统对上下行传输信道非互易性进行自校准，以获得相应的特征参数供发射机预失真使用。

基于光纤无线融合传输的集中式基带池技术

　　目前，市场上已经有很多基于RRH和BBU构架的分布式基站。一些厂家的设备实现了BBU内载波处理资源的动态调度以适应潮汐效应。这样构架实现了初步的集中式基带池的思想，但是一般来说，单个BBU所支持的处理能力有限，一般只能支持10个左右宏站的载波处理；另外，不能实现跨BBU间的载波处理资源调度，很难根本解决更大覆盖区域内的潮汐效应。当前的RRH加BBU的分布式基站的一个特点是，RRH是固定连接在某个BBU的处理板的。RRH只能将基带信号数据和O&M信令数据传输到其唯一归属的BBU中。这就使得任意一个BBU难以获取其它BBU所属RRH的上行基带信号数据；同样，任意一个BBU也难以向其它BBU所属的RRH发送下行基带信号数据。由于每个BBU所连接的RRH基带信号数据源受到限制，不同BBU之间的基带处理资源也难以彼此补充、互相利用：即闲置的BBU处理能力并不能用来处理其它负载重的BBU上的基带信号数据。因此，集中化基带池需要解决的问题是：提供一个高容量、低延迟的交换矩阵以及相关协议支持多个BBU之间的高速、低延迟、低成本的互联互通。

　　Infinite Band 技术可以提供极大的交换带宽（20Gbps-40Gpbs/port）和极低的交换延迟，并广泛应用于超级计算机。然而，其成本高达2万元每端口，难以满足低成本的要求。提出可借鉴数据中心网络的分布式交叉互联的思想，拟采用分布式的光纤网络连接多个BBU，将它们构成一个集中式的基带池。载波基带信号可以通过这个分布式的光纤网络交换到集中式基带池中任意一个BBU来进行信号处理。由此，集中式基带池可以有效地实现载波负载均衡，避免部分BBU过载以及部分BBU较空闲的现象发生。这可以实现更大范围的载波负载均衡，提高设备利用率，降低能耗，并可以更方便地部署协作式MIMO以及干扰消除等信号处理算法，从而增加无线系统的性能增益。

面向大规模协作阵列天线的多域复用光载射频传输技术

　　Massive MIMO天线数可能达到数十甚至数百根，如果采用空分复用传输，即采用与天线数相同芯数光缆直接连接，每根天线独占一芯光纤。其成本和资源代价显然过高，无规模化应用价值。如果仅采用波分复用传输，即单光纤中利用与天线数相等的百量级波长数复用技术，以逻辑上点对点方式并行承载百量级路数射频信号。同样的，由于波长信道数太多，需要的光电子器件数量过多，系统成本和能耗过高，也不适合规模化应用。

　　提出基于频分复用、波分复用和偏振复用的可配置光载射频技术，采用电域多频带复用技术实现天线射频信号分组聚合，再利用高线性宽频带光电组件调制到光波上，同时引入光偏振复用技术进一步把需要的光波长信道数降低一半。三种复用技术在频域、波长域和偏振域的复用都可灵活配置，以满足不同规模阵列天线的传输需要。图2是下行方向原理结构图，上行方向与此类似。

图2. 下行方向多域混合复用可配置光载射频原理结构图

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