光纖無(wú)線(xiàn)融合傳輸為5G鋪路

      ICCSZ訊 第五代移動(dòng)通信（簡(jiǎn)稱(chēng)“5G”）是為滿(mǎn)足智能終端的普及以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展而正在研究開(kāi)發(fā)的新一代移動(dòng)通信技術(shù)。未來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò )建設應該體現大容量、低能耗、低成本三大技術(shù)要求?，F已商用的3G和4G，射頻信號均采用純無(wú)線(xiàn)傳輸，其重要特征是基站和天線(xiàn)的一體化架構。而未來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò )，與現有的3G和4G具有極大的不同，一是天線(xiàn)數目可能從4根增至128根，致使基站的處理能力倍增，能耗也相應增大，可能需要機房設施升級；二是天線(xiàn)覆蓋范圍由數公里縮小至數百米，這就要求基站數目大幅增加，進(jìn)一步形成能耗和成本壓力；三是大規模天線(xiàn)陣列射頻信號數字化的總傳輸容量預計將達到T比特量級，傳統的信號傳輸方式成本將會(huì )很高。為了解決5G傳輸存在的瓶頸問(wèn)題，“光纖無(wú)線(xiàn)融合傳輸”成為國際上面向5G開(kāi)展研究的關(guān)鍵熱點(diǎn)技術(shù)之一。

      隨著(zhù)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的豐富應用帶動(dòng)了移動(dòng)數據量的激增。據預測，隨著(zhù)智能終端的快速普及以及互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，到2020年移動(dòng)數據業(yè)務(wù)流量將增長(cháng)1000倍，這就給移動(dòng)和無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)了巨大的挑戰。為了在網(wǎng)絡(luò )大幅擴容的同時(shí)滿(mǎn)足綠色和低成本的運營(yíng)要求，5G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的頻譜效率和能量效率都需要在4G標準上提高一個(gè)數量級。

      在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )架構層面，基于云架構大規模協(xié)作的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )是構建大容量、綠色和低成本5G網(wǎng)絡(luò )的最佳選擇。云架構無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)利用光纖分配網(wǎng)絡(luò )連接云機房的基帶處理單元（BBU）和室外的遠端射頻頭（RRH），可以通過(guò)BBU“云”化方式極大減少基站機房的數量，減少配套設備特別是空調的能耗（目前約占總能耗的33%）；減少小區覆蓋以及大規模天線(xiàn)協(xié)作,大幅提高射頻功率效率（目前約占總能耗的30%）；網(wǎng)絡(luò )動(dòng)態(tài)資源協(xié)同調度避免負載時(shí)段潮汐效應造成的大量發(fā)射功率浪費；集中化大規模協(xié)作,變小區間干擾為增益，大幅度提高頻譜效率；軟件定義無(wú)線(xiàn)電技術(shù)靈活支持多標準，從而降低運營(yíng)成本。

      在無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)層面，大規模陣列天線(xiàn)多輸入多輸出（Massive MIMO）技術(shù)以其在頻譜效率、能量效率、魯棒性及可靠性方面巨大的潛在優(yōu)勢，可能成為未來(lái)5G通信中具有革命性的技術(shù)之一。多天線(xiàn)多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)能夠充分挖掘空間維度資源，顯著(zhù)提高頻譜效率和功率效率，已經(jīng)成為4G通信系統的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前的IMT-Advanced（4G）標準采用了基于多天線(xiàn)的MIMO傳輸技術(shù)，利用無(wú)線(xiàn)信道的空間信息大幅提高頻譜效率。但是現有4G蜂窩網(wǎng)絡(luò )的8端口多用戶(hù)MIMO（MU-MIMO）不可能滿(mǎn)足頻譜效率和能量效率的數量級提升需求。大規模陣列天線(xiàn)MIMO技術(shù)是 MIMO 技術(shù)的擴展和延伸，其基本特征就是在基站側配置大規模的天線(xiàn)陣列（從幾十至幾千），利用空分多址（SDMA）原理，同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶(hù)。

      利用新型的低成本光纖無(wú)線(xiàn)融合傳輸技術(shù)替換常規的無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，把遠端ADC/DAC等數字化單元剝離并上移到基帶池云機房，通過(guò)光纖中多域混合復用技術(shù)，如頻分復用、波分復用和偏振復用等，用光信號“直接”傳輸未經(jīng)數字化的天線(xiàn),待發(fā)射或接收到幾十甚至幾百路模擬無(wú)線(xiàn)信號，就可以構建大規模陣列天線(xiàn)MIMO技術(shù)與大規模協(xié)作的云架構完美結合的5G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。

      低成本光纖無(wú)線(xiàn)融合傳輸系統具有全新的結構。其關(guān)鍵技術(shù)包括：基于光纖無(wú)線(xiàn)融合傳輸的集中式基帶池技術(shù)、面向大規模協(xié)作陣列天線(xiàn)的多域復用光載射頻傳輸技術(shù)、大規模協(xié)作配置下時(shí)變光纖信道與空間信道聯(lián)合信道估計技術(shù)等。

      研究“面向5G的光纖無(wú)線(xiàn)融合傳輸”關(guān)鍵技術(shù)，需要將恒溫工作的基帶信號處理基站與大規模天線(xiàn)陣列分離，基站上移到中心機房，再利用光纖無(wú)線(xiàn)融合傳輸技術(shù)將集中處理的基站射頻信號送至遠端天線(xiàn)陣列。與現有的3G和4G純無(wú)線(xiàn)傳輸系統相比較，“光纖無(wú)線(xiàn)融合傳輸” 具有明顯的優(yōu)越性：第一，可以實(shí)現遠端無(wú)機房和低能耗的天線(xiàn)陣列，大幅降低5G網(wǎng)絡(luò )的能耗；第二，可以構建遠端無(wú)機房基站，大幅度降低5G網(wǎng)絡(luò )的建設和維護成本；第三，基于光纖承載射頻技術(shù)，單根光纖可以傳輸128路天線(xiàn)射頻信號，可極大提高5G網(wǎng)絡(luò )的傳輸容量。