光纖傳送網(wǎng)基礎(chǔ)上的5G移動通信前傳關(guān)鍵技術(shù)

姜麗 楊曉東

摘要

本文對5G移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)況進(jìn)行了簡單的闡述，分析了C-RAN基本結(jié)構(gòu)，探討了光纖傳送網(wǎng)基礎(chǔ)上的5G移動通信前傳關(guān)鍵技術(shù)，以期為廣大研究相同問題的人士提供參考。

【關(guān)鍵詞】光纖傳送網(wǎng) 移動前傳網(wǎng)絡(luò) 分割層物理處理

相關(guān)調(diào)查報告表明，移動前傳是近期在集中式或者云無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)中衍生出來的一種新技術(shù)?，F(xiàn)階段，前傳網(wǎng)絡(luò)多數(shù)采用的是CPRI，可是思考到5G移動通信的需求，必須要有更為復(fù)雜、更多的扇區(qū)和天窗數(shù)量，來獲取到很高的信號帶寬。而單個RRU對于數(shù)據(jù)傳輸提出了高要求，常常達(dá)到上百G，即使是對其進(jìn)行壓縮，也很難采用現(xiàn)階段的通用公共無線接口來傳輸，所以必須要建立新的前傳結(jié)構(gòu)。

1 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)況

由4G演變成5G，不單單可以提高速率與性能而且還會將全智能化發(fā)展成5G時代的重要特點(diǎn)。現(xiàn)階段，全世界的移動設(shè)備供應(yīng)商和移動通信系統(tǒng)管理人員還處在協(xié)作的階段，同時進(jìn)行了移動頻譜管理合作，在技術(shù)研究領(lǐng)域，營銷與服務(wù)行業(yè)構(gòu)建了一體化移動通信網(wǎng)絡(luò)，在5G時代中，智能手機(jī)下載速度通過預(yù)測可以達(dá)到1千兆比特，而且還會增長。這些跡象表明， 5G會在全球范圍內(nèi)進(jìn)行推廣，與此同時對我國居民生活會帶來很大的影響。可是，現(xiàn)如今，5G關(guān)鍵技術(shù)依舊處在研發(fā)過程中，需要相關(guān)人員進(jìn)行深入探索與研究。

2 C-RAN結(jié)構(gòu)

以往的基站關(guān)鍵設(shè)備就是數(shù)字化信號處理系統(tǒng)、接收與射頻傳輸系統(tǒng)。接口是人們經(jīng)?？匆姷腃PRI接口，有數(shù)據(jù)鏈路層以及物理層這兩個部分。伴隨無線接入網(wǎng)口的持續(xù)發(fā)展，云計算等虛擬技術(shù)的5G無線接口誕生了，構(gòu)成了信息前傳技術(shù)，而信息前傳是大數(shù)據(jù)發(fā)展過程中衍生出來的產(chǎn)物。

3 基于光纖傳送網(wǎng)的5G移動通信前傳技術(shù)

3.1 純模擬信號傳輸前傳網(wǎng)絡(luò)IFOF

在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)之中的RRU結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，與此同時會和多入多出技術(shù)相整合。為充分滿足該要求，波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)光載中頻技術(shù)在前傳網(wǎng)絡(luò)中盛行。倘若RRU里面有M個扇區(qū)，同時各個扇區(qū)里面設(shè)置了很多的天線，則光載天線的鏈路里面就有M*N個中頻載波，攜帶基帶信息的中頻載波可以經(jīng)過波分復(fù)用到每一個光纖中。此種傳輸系統(tǒng)與以往的波分復(fù)用系統(tǒng)相比，其優(yōu)勢更大一些，在光載中頻系統(tǒng)里面，各個波長均能夠具備很多的傳輸中頻，因此，這一系統(tǒng)可以對波長開展科學(xué)且有效的管理。可是，這一系統(tǒng)的缺點(diǎn)是傳輸容量常常會遭受到半導(dǎo)體激光器固有非線性的制約。另外，長期演進(jìn)增強(qiáng)系統(tǒng)的信號常常會比風(fēng)駿功率比的特性高，所以和單載波調(diào)制信號展開比較，常常更易于被非線性失真所影響。

3.2 物理層功能重構(gòu)前傳網(wǎng)絡(luò)

為了把移動前傳網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行成本費(fèi)用減少，使前傳網(wǎng)絡(luò)更為經(jīng)濟(jì)且有效，通常需要把光傳輸帶寬控制在10Gbit/s內(nèi)。雖然IQ數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)能夠?qū)鬏數(shù)膸挏p少，可是現(xiàn)階段壓縮一半或三分之一的帶寬是無法滿足傳輸需求的。因此，在處理傳輸帶寬問題的時候，比較有效的處理方法就是把RRH和BBU間的功能分割點(diǎn)轉(zhuǎn)變。該方案是模擬與數(shù)字處理方案的一種平衡，構(gòu)建一種分割物理層處理基礎(chǔ)上的新結(jié)構(gòu)，如此不僅可以降低光傳輸帶寬，與此同時還具備協(xié)作多點(diǎn)傳輸?shù)谋憩F(xiàn)。在SPP結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，基站功能被分割為無線信道編碼與別的無線調(diào)制和MIMO處理，這個時候前傳網(wǎng)絡(luò)最大光傳輸帶寬是由下行鏈路無線數(shù)據(jù)帶寬大小來決定的，而相似于MAC和物理層之間的分割。除此以外，雖MIMO處理功能被分散，可是在分割物理層處理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上卻可以經(jīng)過額外的信號解決實(shí)現(xiàn)聯(lián)合傳輸與接收功能。

3.3 純數(shù)字信號通用公共無線接口協(xié)議前傳網(wǎng)絡(luò)

（1）根據(jù)短時間的效益看，前傳網(wǎng)絡(luò)部署還是在以往的2.5與5Gbit/s的基礎(chǔ)上構(gòu)建的通用公共無線接口（CPRI），這一個系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)整體建造簡單，同時成本低，特別適合部署在室外，可以確保其可靠性。在這一系統(tǒng)里面，一條鏈路主要是使用功能來傳輸信息，而還有一條鏈路是使用來監(jiān)控鏈路傳輸過程。這一部署方案可以明顯將光纖需求量減少，可是會增加網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)工作的負(fù)擔(dān)。在波分復(fù)用前傳網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用反射式半導(dǎo)體光放大器可以實(shí)現(xiàn)無色收發(fā)機(jī)。5G網(wǎng)絡(luò)由于設(shè)置了多個中站點(diǎn)，同時在這里面的光模塊類型與數(shù)量很多，簡單的波分復(fù)用難以達(dá)到該要求，所以在詳細(xì)處理的方案中，需要引進(jìn)無色波分復(fù)用技術(shù)，使光模塊只作為區(qū)分速率的工具，不用區(qū)分波長。

（2）找到一種經(jīng)濟(jì)性的多信道波分復(fù)用技術(shù)，通過時分復(fù)用技術(shù)將前傳網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)?？墒荰DM處理方法卻常常遭受到各種條件的制約，比如數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間、光寬帶等。實(shí)際上可通過一種以太網(wǎng)與TDM前傳網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方案。其中系統(tǒng)構(gòu)建里面的BBU集中池所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀通過通用公共無線接口與以太網(wǎng)傳播器傳輸?shù)焦芫€終端，后續(xù)經(jīng)過前傳網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)把管線分發(fā)至各個ONU里面，最終通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)以后傳輸?shù)絉RH。

由于第二層的C-RAN新技術(shù)是把網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變成以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)整體成本下降，基于以太網(wǎng)C-RAN在前傳網(wǎng)絡(luò)里面?zhèn)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)是第二層數(shù)據(jù)，因此更適合時分復(fù)用PON。除此以外，這一傳輸模式基帶處理常常是在RRU里面完成的，所以數(shù)據(jù)傳輸效率與時間常常會遭受到一定的限制，究其根本原因是由于中心局需要在無線調(diào)度完成以后才能夠開展MAC幀數(shù)據(jù)處理。對這一問題的處理，可采用時分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)廣播特性，致使無線規(guī)劃完成以后把數(shù)據(jù)傳遞到ONU，與此同時在完成規(guī)劃以后，只需要把ONU中選出來的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絉RU就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸操作，這一方式可將數(shù)據(jù)傳輸時間延長，同時還可以將前傳網(wǎng)絡(luò)帶寬增加。

4 結(jié)束語

移動前傳網(wǎng)絡(luò)作為5G中的C-RAN核心構(gòu)成部分，受到了通信行業(yè)的普遍關(guān)注。伴隨現(xiàn)階段對5G架構(gòu)研究的持續(xù)深入，多種高速率與高性能前傳網(wǎng)絡(luò)處理方案的持續(xù)提出與更新。根據(jù)現(xiàn)如今主要的前傳網(wǎng)絡(luò)方案的構(gòu)成而言，現(xiàn)如今依然采用的是純數(shù)字信號CPRI協(xié)議組成的前傳網(wǎng)絡(luò)，可是不管是波分復(fù)用前傳網(wǎng)絡(luò)，還是時分復(fù)用前傳網(wǎng)絡(luò)，其均有著一定的劣勢，即成本高。所以，進(jìn)行比較以后可以發(fā)現(xiàn)純模擬信號前傳網(wǎng)絡(luò)光載中頻有著非常好的發(fā)展效益，可是在進(jìn)行建立的過程中，怎么消除光載中頻非線性效還有待有關(guān)研究人員進(jìn)一步探索。

參考文獻(xiàn)

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