面向5g的光纖無線融合通信技術

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1、面向5G的光纖無線融合通信技術移動通信網9月6日消息，2013年寬帶通信與物聯(lián)網前沿技術研討會昨日下午在深圳金中環(huán)酒店舉行。會上，來自華中科技大學的張敏明博士帶來了題為“面向5G的光纖無線融合通信技術”的演講，闡述了光纖傳輸在面向5G的無線融合領域應用的關鍵技術。【OFweek2013寬帶通信與物聯(lián)網前沿技術研討會專題報道】華中科技大學　張敏明博士　　以下為演講內容。　　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)網的高速擴容而正在研究開發(fā)的新一代移動通信技術。根據(jù)國際前沿研究，未來的5G網絡建設應該體現(xiàn)"大容量、低能耗、低

2、成本"三大技術要求，采用何種體制以及何種技術路線，目前國際上正在開展熱烈研究，也提出多種方案?，F(xiàn)有已經部署的3G和即將部署的4G，射頻信號均采用純無線傳輸，其重要特征即是"基站"和"天線"的一體化架構。而未來的5G網絡，與現(xiàn)有的3G和4G具有極大的不同，一是天線數(shù)目從4根可能增大至128根，致使基站的處理能力要求倍增，能耗也相應增大，可能需要機房設施；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)目大幅度增加，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期將達到T比特量級，傳統(tǒng)的信號傳輸方式成本將會很高。為了解

3、決5G傳輸存在的瓶頸問題，因此，"光纖無線融合傳輸"成為國際上面向5G開展研究的關鍵熱點技術之一?！　‰S著移動通信技術的發(fā)展，基于移動通信網絡的豐富應用帶動了移動數(shù)據(jù)業(yè)務的大幅度增長。據(jù)預測，隨著智能終端的普及以及互聯(lián)網業(yè)務的飛速發(fā)展，到2020年，移動數(shù)據(jù)業(yè)務流量將增長1000倍，這就給移動和無線接入網絡帶來了巨大的挑戰(zhàn)。按照諾基亞-西門子網絡公司的預計，為了在大幅度擴容時同時滿足綠色和低成本的運營要求，5G無線網絡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?！　∈紫?，在無線網絡架構層面，基于云架構大規(guī)模協(xié)作的無線網絡是實現(xiàn)大容量、

4、綠色和低成本5G網絡的最佳選擇。云架構無線接入網原理結構如圖1-1所示，利用光纖分配網絡連接云機房的基帶處理單元（BBU）和室外的遠端射頻頭（RRH）。其通過1)BBU"云"化方式極大減少基站機房數(shù)量，減少配套設備特別是空調的能耗（目前約占總能耗33%）；2)減小小區(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30%）；3)網絡動態(tài)資源協(xié)同調度避免負載時段潮汐效應造成的大量發(fā)射功率浪費；4)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；5)軟件定義無線電技術靈活支持多標準降低運營成本?！　∑浯危跓o線傳輸技術層面，大規(guī)模

5、陣列天線多輸入多輸出（MassiveMIMO）技術以其在頻譜效率、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之一。多天線多輸入多輸出（MIMO）技術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，已經成為4G通信系統(tǒng)的關鍵技術之一。目前的IMT-Advanced（4G）標準采用了基于多天線的MIMO傳輸技術，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蜂窩網絡的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。2010年貝爾實驗室研究人員提出了大規(guī)模陣列天線

6、MIMO技術，通過在基站使用大數(shù)量的天線和相應的波束成型技術，不僅能夠顯著地克服信道衰落和噪聲影響，而且能夠有效克服同信道干擾問題，從而大幅提升通信系統(tǒng)的頻譜和功率效率。大規(guī)模陣列天線MIMO技術是MIMO技術的擴展和延伸，其基本特征就是在基站側配置大規(guī)模的天線陣列（從幾十至幾千），利用空分多址（SDMA）原理，同時服務多個用戶。理論上，無論是在視距環(huán)境的強相關信道，還是富散射下的非相關信道，任意兩個用戶的信道之間的相關系數(shù)隨著天線數(shù)目的增加成指數(shù)形式衰減，比如當基站側配置有100根天線時，任意兩個用戶的信道之間相關系數(shù)趨近于0，也即是說多用戶

7、對應信道之間接近正交。由于大規(guī)模天線陣列帶來的巨大陣列增益和干擾抑制增益，使得小區(qū)總的頻譜效率和邊緣用戶的頻譜效率得到了極大的提升。此外，在基站側的天線陣可以增加無線傳輸?shù)墓β市剩瑥男畔⒄摻嵌瓤?，當天線數(shù)趨于無窮時，對單用戶發(fā)射功率可以任意小。由于發(fā)射端天線數(shù)通常遠大于用戶天線數(shù)，其充裕的天線自由度為鏈路的高魯棒性和可靠性提供了可能性?！　〈笠?guī)模陣列天線MIMO技術相對常規(guī)MIMO技術，天線數(shù)將增加1~2個數(shù)量級，在陣列結構、信道估計、預編碼、檢測等技術實現(xiàn)上帶來的"量變"：結構和算法的復雜度呈數(shù)量級提高。同時，目前關于大規(guī)模陣列天線MIMO

8、的研究都忽略了它在云架構無線接入網的無線傳輸技術層面可能帶來的"質變"。假設陣列天線由128根天線組成，信號帶寬100MHz，采用16bits量化和8