面向5G的光纤无线融合通信技术

2013-09-06 15:27

　　在发送端：经DAC输出的阵列天线射频信号利用M个N路（N可取4或8）射频合路器分成M个射频信号组，每个组包含N路信号。然后利用本地N个中心频率分别为的较低频率本振和上变频器，把各路信号的中心频点分别搬移到，形成电频域多频带复用射频信号，再用N个电光调制器调制多波长光源，经波分复用器输入到单根单模光纤进行传输。多波长光源的数量在不使用偏振复用时为M。在波长资源受限的场合（如天线数量过多，M数值太大），可以加入光偏振复用技术，即用偏振控制器和分路器把单波长光信号分成偏振正交的两路光信号，再分别加载一路多频带复用射频信号，此时波长信道数将减半为M/2。

　　在接收端：单模光纤输入的多波长光信号经波分复用器分离以及光探测器光电变换后，恢复出M组多频带复用射频信号。针对上述各组信号，由同样频率的N个本振下变频恢复出对应的N路天线射频信号，经滤波和放大后馈入天线发射。如果发射端采用了光偏振复用技术，则在波分复用器输出端会接入一个由自适应偏振解复用单元，把两路偏振正交但瞬时偏正呈随机状态的光信号稳定的分离开。

　　假设阵列天线数为128根，无线载波频率为3.5GHz，信号带宽200MHz，信道保护间隔10MHz，单波长采用8信道多音调制，则单光纤中需要16个波长信道，激光器调制带宽和探测器的响应带宽约5.1GHz，现有的线性光电子器件可以很好地满足上述技术规格需求，非常适合规模化应用。如果加入偏振复用技术，所需波长数可以减少一半，可以进一步地降低RRH结构复杂度。

大规模协作配置下时变光纤信道与空间信道联合信道估计技术

　　在信息理论中，Massive MIMO下多天线的多用户波束成形（MUBF）能够通过空分复用极大提高频谱容量，粗略地讲，MUBF的频谱容量增益值为min（M，K）（M，K分别代表基站侧和终端侧天线数量）。大数目M可以让基站同时地服务于更多终端，因此可以实现更高的频谱容量。任何多天线MUBF会面临由于物理传输信道相干时间产生的基本时间的限制。MUBF必须收集每个终端的信道状态信息（CSI），然后用它来计算部分相干时间内的波束成形权重。

　　如前所述，光纤无线融合传输是支撑Massive MIMO技术与云架构大规模协作无线网络的必然选择。我们有理由相信，结合了FDM、WDM、PDM和Massive MIMO技术的光纤无线融合系统能同时具备灵活的扩展性、强的信道容忍度、高频谱利用率、大带宽等特性，十分适合5G的128根多天线应用场景。也正是因为这些技术的引入，导致基于光纤和空间混合信道的CSI会同时受到包含光纤色度色散、偏振模色散和空间多径效应、频率选择性衰落等特性的影响，因此需要研究时变光纤信道与空间信道联合信道估计技术势在必行。

　　结束语

　　提出研究"面向5G的光纤无线融合传输"关键技术，将需要恒温工作的基带信号处理基站与大规模天线阵列分离，基站上移到中心机房，再利用光纤无线融合传输技术将集中处理的基站射频信号送至远端天线阵列。与现有3G和4G纯无线传输比较，本项目提出的"光纤无线融合传输" 具有较显著的优越性：1）可以实现远端无机房和低能耗的天线阵列，大幅降低5G能耗；2）可以构建远端无机房基站，大幅度降低5G建设和维护成本；3）基于光纤承载射频技术，单根光纤可以传输128路天线射频信号，极大提高5G信号传输容量。"光纤无线融合传输"可望成为国际上面向5G开展研究的关键热点技术之一。

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