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(hào)處理能力，這是第5代移動(dòng)通信骨干光網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高速傳輸?shù)挠行Х桨?。首先探討第五代移?dòng)互聯(lián)網(wǎng)衡量指標(biāo)、關(guān)鍵技術(shù)等，對(duì)基于偏振復(fù)用技術(shù)的相干光OFDM系統(tǒng)傳輸機(jī)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(hào)均衡算法。結(jié)果表明，PMD-CO-OFDM系統(tǒng)采用聯(lián)合信號(hào)均衡可有效抑制偏振復(fù)用帶來的噪聲影響，實(shí)現(xiàn)偏振信號(hào)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(hào)：TN929.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(dòng)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(dòng)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(dòng)通信領(lǐng)域發(fā)展情況來看，2G最開始時(shí)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(duì)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(diǎn)，理論研究和實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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蛩兀萍s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(hào)，提升系統(tǒng)容量。對(duì)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(shì)。

2 第5代移動(dòng)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(chǎng)合達(dá)到數(shù)十萬/平方公里；

端到端傳輸時(shí)延：毫秒級(jí)；

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

用戶移動(dòng)性：保證速度為500km/h的高速移動(dòng)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(dòng)通信無線傳輸?shù)牡皖l段已經(jīng)基本被占用，針對(duì)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(diǎn)，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(dòng)通信的頻譜利用率。

（3）小蜂窩技術(shù)

目前移動(dòng)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(hào)通過光纖鏈路傳輸，到達(dá)小蜂窩無線接入端，將光信號(hào)解調(diào)，再通過天線發(fā)射給用戶終端。在長(zhǎng)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(dòng)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(yùn)營(yíng)商和設(shè)備提供商的產(chǎn)品差異，可對(duì)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(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展?；谄裥?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(hào)均衡，有效抑制偏振效應(yīng)帶來的系統(tǒng)損傷，可實(shí)現(xiàn)大容量、高速率信息傳輸，為5G時(shí)代的物聯(lián)網(wǎng)、智慧地球以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供核心支持。

參考文獻(xiàn)：

[1] 林金桐，許曉東. 第5代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)[J]. 電信科學(xué)， 2015（5）： 1351-1358.

[2] Brendon J C， Schmidt， Arthur James Lowery， et al. Impact of PMD in Single-Receiver and Polarization-Diverse Direct-Detection Optical OFDM[J]. JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY， 2009，27（14）： 2792-2799.

[3] HAO Yaohong， LI Yuquan， WANG Rong. Fiber Nonlinearity Mitigation by PAPR Reduction in Coherent Optical OFDM Systems via Biased Clipping OFDM[J]. Chinese Optics Letters， 2012，10（1）： 16-19.

[4] Tang Y， Ma Y， Shieh W. 107Gb/s CO-OFDM transmission with inline chromatic dispersion compensation[A]. Opt Fiber Commun Conf， 2009.

[5] 郝耀鴻，李玉權(quán)，王榮. 相干光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中光調(diào)制的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)激光， 2011，38（3）： 144-148.

[6] W Shieh， X Yi， Y Ma， et al. Theoretical and experimental study on PMD supported transmission using polarization diversity in coherent optical OFDM systems[J]. Optical Society of America， 2007，15（16）： 9936-9947.

[7] L Cheng， H Wen， X Zheng， et al. Predistortion of high speed optical OFDM signal for aliasing-free receiving in multiple low-bandwidth receiver system[J]. Chinese Optics Letters， 2010，8（4）： 377-380.

[8] Y Li， W Li， X Liang， et al. Novel 64×2.5Gb/s all-optical OFDM symbol generator based on triangle waveform driving-LINbO3 modulators[J]. Chinese Optics Letters， 2010，8（5）： 449-453.

[9] Xianming Zhu， Shiva Kumar. Nonlinear phase noise in coherent optical OFDM transmission systems[J]. OPTICS EXPRESS， 2010，18（7）： 7347-7360.

[10] 謝昌敏. 基于ROF-PON的光無線接入系統(tǒng)研究[J]. 移動(dòng)通信， 2015，39（18）： 58-61.★

作者簡(jiǎn)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。