面向5G的偏振復(fù)用相干光MIMO—OFDM系統(tǒng)研究

【摘 要】相干光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)具有高效的數(shù)字信號處理能力，這是第5代移動通信骨干光網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)高速傳輸?shù)挠行Х桨?。首先探討第五代移動互?lián)網(wǎng)衡量指標(biāo)、關(guān)鍵技術(shù)等，對基于偏振復(fù)用技術(shù)的相干光OFDM系統(tǒng)傳輸機理及數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上介紹了系統(tǒng)聯(lián)合信號均衡算法。結(jié)果表明，PMD-CO-OFDM系統(tǒng)采用聯(lián)合信號均衡可有效抑制偏振復(fù)用帶來的噪聲影響，實現(xiàn)偏振信號的不敏感接收。

【關(guān)鍵詞】5G MIMO 正交頻分復(fù)用 偏振復(fù)用

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.06.008 中圖分類號：TN929.11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-1010（2016）06-0034-05

引用格式：郝耀鴻. 面向5G的偏振復(fù)用相干光MIMO-OFDM系統(tǒng)研究[J]. 移動通信， 2016，40（6）： 34-38.

1 引言

4G建設(shè)方興未艾，面向第5代移動通信的研究已經(jīng)全面開啟。提到5G首先想到的是其無與倫比的速度。根據(jù)移動通信領(lǐng)域發(fā)展情況來看，2G最開始時的速度是9kbps，峰值達(dá)到100kbps；3G的最低要求是1.4Mbps，后來提高到8.8Mbps；隨后的3G又發(fā)展出HSDPA、HSUPA和HSPA+等制式，速度也從7.2Mbps到42Mbps不等；發(fā)展到現(xiàn)在的4G，速率更是得到大幅提高，超過100Mbps；而到了5G，速率更有望達(dá)到1Gbps。如何承載接入速率如此之高的要求，這對骨干光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)提出了更高要求。

面向5G，光纖通信技術(shù)無疑將是提供網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)功能的核心。近幾年，光載OFDM技術(shù)成為一大熱點，理論研究和實驗進(jìn)展都取得了巨大成果，極有可能成為未來骨干光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。如在用戶網(wǎng)絡(luò)接入方面，光載無線技術(shù)（ROF）可滿足5G高速率、多業(yè)務(wù)需求；在長骨干光傳輸網(wǎng)絡(luò)方面，將OFMD技術(shù)融合光通信，可提供100Gbps，甚至1Tbps的光傳輸速率[1]。偏振效應(yīng)是影響光傳輸?shù)牟焕蛩?，制約系統(tǒng)傳輸性能，隨著激光器技術(shù)和偏振控制技術(shù)的飛速發(fā)展，可有效利用光的偏振效應(yīng)，承載數(shù)據(jù)信號，提升系統(tǒng)容量。對于高速光傳輸，將偏振復(fù)用應(yīng)用于光OFDM系統(tǒng)，這是提高傳輸容量的必然趨勢。

2 第5代移動通信

2.1 參數(shù)指標(biāo)

用戶無線接入速率：100Mbps～1Gbps；

設(shè)備連接密度：在接入設(shè)備眾多的場合達(dá)到數(shù)十萬/平方公里；

端到端傳輸時延：毫秒級；

數(shù)據(jù)流量密度：在室內(nèi)熱點覆蓋場景，每平方公里達(dá)到幾十Tbps；

用戶移動性：保證速度為500km/h的高速移動用戶可正常通信。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）高頻段通信

目前適合移動通信無線傳輸?shù)牡皖l段已經(jīng)基本被占用，針對5G研發(fā)，高頻段通信將成為關(guān)鍵技術(shù)手段。

（2）大規(guī)模MIMO技術(shù)

隨著5G技術(shù)的研發(fā)，大規(guī)模MIMO將成為新的熱點，大規(guī)模MIMO技術(shù)可充分挖掘空間資源，進(jìn)一步提高移動通信的頻譜利用率。

（3）小蜂窩技術(shù)

目前移動通信技術(shù)采用宏蜂窩（macro cell）基站，覆蓋半徑約2km。隨著5G接入速率和業(yè)務(wù)多樣性的提升，微蜂窩（micro cell）將是提高系統(tǒng)容量，減小系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵技術(shù)。

（4）光載OFMD技術(shù)

將攜帶信息的微波/毫米波調(diào)制到激光上，調(diào)制后的光信號通過光纖鏈路傳輸，到達(dá)小蜂窩無線接入端，將光信號解調(diào)，再通過天線發(fā)射給用戶終端。在長距離骨干傳輸線路上，通過將OFDM技術(shù)與DWDM（密集波分復(fù)用）技術(shù)相結(jié)合，將能承擔(dān)起5G移動通信的傳輸，滿足帶寬需求。

（5）軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）架構(gòu)是一種新的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，通過將控制面和數(shù)據(jù)面分離，打破不同網(wǎng)絡(luò)運營商和設(shè)備提供商的產(chǎn)品差異，可對所有產(chǎn)品進(jìn)行編程通知，很好地適應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)需求的靈活變化。

6 結(jié)論

5G網(wǎng)絡(luò)的物理層由光纖網(wǎng)路構(gòu)成，也正是不斷進(jìn)步的光纖技術(shù)，才支撐和保證了移動通信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展。基于偏振效應(yīng)MIMO-OFDM系統(tǒng)采用偏振復(fù)用技術(shù)，通過采用聯(lián)合信號均衡，有效抑制偏振效應(yīng)帶來的系統(tǒng)損傷，可實現(xiàn)大容量、高速率信息傳輸，為5G時代的物聯(lián)網(wǎng)、智慧地球以及移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供核心支持。

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作者簡介

郝耀鴻：講師，博士畢業(yè)于解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院，現(xiàn)任職于解放軍特種作戰(zhàn)學(xué)院，主要從事信息安全及保密技術(shù)的研究工作。