光纖無線融合傳輸為5G鋪路

      ICCSZ訊 第五代移動通信（簡稱“5G”）是為滿足智能終端的普及以及移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展而正在研究開發(fā)的新一代移動通信技術(shù)。未來的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)應(yīng)該體現(xiàn)大容量、低能耗、低成本三大技術(shù)要求。現(xiàn)已商用的3G和4G，射頻信號均采用純無線傳輸，其重要特征是基站和天線的一體化架構(gòu)。而未來的5G網(wǎng)絡(luò)，與現(xiàn)有的3G和4G具有極大的不同，一是天線數(shù)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(yīng)增大，可能需要機房設(shè)施升級；二是天線覆蓋范圍由數(shù)公里縮小至數(shù)百米，這就要求基站數(shù)目大幅增加，進一步形成能耗和成本壓力；三是大規(guī)模天線陣列射頻信號數(shù)字化的總傳輸容量預(yù)計將達到T比特量級，傳統(tǒng)的信號傳輸方式成本將會很高。為了解決5G傳輸存在的瓶頸問題，“光纖無線融合傳輸”成為國際上面向5G開展研究的關(guān)鍵熱點技術(shù)之一。

      隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，基于移動通信網(wǎng)絡(luò)的豐富應(yīng)用帶動了移動數(shù)據(jù)量的激增。據(jù)預(yù)測，隨著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年移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量將增長1000倍，這就給移動和無線接入網(wǎng)絡(luò)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。為了在網(wǎng)絡(luò)大幅擴容的同時滿足綠色和低成本的運營要求，5G無線網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率和能量效率都需要在4G標準上提高一個數(shù)量級。

      在無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層面，基于云架構(gòu)大規(guī)模協(xié)作的無線網(wǎng)絡(luò)是構(gòu)建大容量、綠色和低成本5G網(wǎng)絡(luò)的最佳選擇。云架構(gòu)無線接入網(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BBU“云”化方式極大減少基站機房的數(shù)量，減少配套設(shè)備特別是空調(diào)的能耗（目前約占總能耗的33%）；減少小區(qū)覆蓋以及大規(guī)模天線協(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)動態(tài)資源協(xié)同調(diào)度避免負載時段潮汐效應(yīng)造成的大量發(fā)射功率浪費；集中化大規(guī)模協(xié)作,變小區(qū)間干擾為增益，大幅度提高頻譜效率；軟件定義無線電技術(shù)靈活支持多標準，從而降低運營成本。

      在無線傳輸技術(shù)層面，大規(guī)模陣列天線多輸入多輸出（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5G通信中具有革命性的技術(shù)之一。多天線多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)能夠充分挖掘空間維度資源，顯著提高頻譜效率和功率效率，已經(jīng)成為4G通信系統(tǒng)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的MIMO傳輸技術(shù)，利用無線信道的空間信息大幅提高頻譜效率。但是現(xiàn)有4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)的8端口多用戶MIMO（MU-MIMO）不可能滿足頻譜效率和能量效率的數(shù)量級提升需求。大規(guī)模陣列天線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(cè)配置大規(guī)模的天線陣列（從幾十至幾千），利用空分多址（SDMA）原理，同時服務(wù)多個用戶。

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

      低成本光纖無線融合傳輸系統(tǒng)具有全新的結(jié)構(gòu)。其關(guān)鍵技術(shù)包括：基于光纖無線融合傳輸?shù)募惺交鶐С丶夹g(shù)、面向大規(guī)模協(xié)作陣列天線的多域復(fù)用光載射頻傳輸技術(shù)、大規(guī)模協(xié)作配置下時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的光纖無線融合傳輸”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(guī)模天線陣列分離，基站上移到中心機房，再利用光纖無線融合傳輸技術(shù)將集中處理的基站射頻信號送至遠端天線陣列。與現(xiàn)有的3G和4G純無線傳輸系統(tǒng)相比較，“光纖無線融合傳輸” 具有明顯的優(yōu)越性：第一，可以實現(xiàn)遠端無機房和低能耗的天線陣列，大幅降低5G網(wǎng)絡(luò)的能耗；第二，可以構(gòu)建遠端無機房基站，大幅度降低5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)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路天線射頻信號，可極大提高5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量。