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光纤无线融合传输为5G铺路

光纤无线融合传输为5G铺路

   第五代移动通信(简称“5G”)是为满足智能终端的普及以及移动互联网的高速发展而正在研究开发的新一代移动通信技术。未来的5G网络建设应该体现大容量、低能耗、低成本三大技术要求。现已商用的3G和4G,射频信号均采用纯无线传输,其重要特征是基站和天线的一体化架构。而未来的5G网络,与现有的3G和4G具有极大的不同,一是天线数目可能从4根增至128根,致使基站的处理能力倍增,能耗也相应增大,可能需要机房设施升级;二是天线覆盖范围由数公里缩小至数百米,这就要求基站数目大幅增加,进一步形成能耗和成本压力;三是大规模天线阵列射频信号数字化的总传输容量预计将达到T比特量级,传统的信号传输方式成本将会很高。为了解决5G传输存在的瓶颈问题,“光纤无线融合传输”成为国际上面向5G开展研究的关键热点技术之一。

   随着移动通信技术的发展,基于移动通信网络的丰富应用带动了移动数据量的激增。据预测,随着智能终端的快速普及以及互联网业务的飞速发展,到2020年移动数据业务流量将增长1000倍,这就给移动和无线接入网络带来了巨大的挑战。为了在网络大幅扩容的同时满足绿色和低成本的运营要求,5G无线网络的频谱效率和能量效率都需要在4G标准上提高一个数量级。

   在无线网络架构层面,基于云架构大规模协作的无线网络是构建大容量、绿色和低成本5G网络的最佳选择。云架构无线接入网利用光纤分配网络连接云机房的基带处理单元(BBU)和室外的远端射频头(RRH),可以通过BBU“云”化方式极大减少基站机房的数量,减少配套设备特别是空调的能耗(目前约占总能耗的33%); 减少小区覆盖以及大规模天线协作,大幅提高射频功率效率(目前约占总能耗的30%); 网络动态资源协同调度避免负载时段潮汐效应造成的大量发射功率浪费;集中化大规模协作,变小区间干扰为增益,大幅度提高频谱效率;软件定义无线电技术灵活支持多标准,从而降低运营成本。

   在无线传输技术层面,大规模阵列天线多输入多输出(Massive MIMO)技术以其在频谱效率、能量效率、鲁棒性及可靠性方面巨大的潜在优势,可能成为未来5G通信中具有革命性的技术之一。多天线多输入多输出(MIMO)技术能够充分挖掘空间维度资源,显著提高频谱效率和功率效率,已经成为4G通信系统的关键技术之一。目前的IMT-Advanced(4G)标准采用了基于多天线的MIMO传输技术,利用无线信道的空间信息大幅提高频谱效率。但是现有4G蜂窝网络的8端口多用户MIMO(MU-MIMO)不可能满足频谱效率和能量效率的数量级提升需求。大规模阵列天线MIMO技术是 MIMO 技术的扩展和延伸,其基本特征就是在基站侧配置大规模的天线阵列(从几十至几千),利用空分多址(SDMA)原理,同时服务多个用户。

   利用新型的低成本光纤无线融合传输技术替换常规的无线传输技术,把远端ADC/DAC等数字化单元剥离并上移到基带池云机房,通过光纤中多域混合复用技术,如频分复用、波分复用和偏振复用等,用光信号“直接”传输未经数字化的天线,待发射或接收到几十甚至几百路模拟无线信号,就可以构建大规模阵列天线MIMO技术与大规模协作的云架构完美结合的5G无线网络。

   低成本光纤无线融合传输系统具有全新的结构。其关键技术包括:基于光纤无线融合传输的集中式基带池技术、面向大规模协作阵列天线的多域复用光载射频传输技术、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等。

   研究“面向5G的光纤无线融合传输”关键技术,需要将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的3G和4G纯无线传输系统相比较,“光纤无线融合传输” 具有明显的优越性:第一,可以实现远端无机房和低能耗的天线阵列,大幅降低5G网络的能耗;第二,可以构建远端无机房基站,大幅度降低5G网络的建设和维护成本;第三,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,可极大提高5G网络的传输容量。


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