基于光纖傳送網(wǎng)的5G移動(dòng)通信前傳關(guān)鍵技術(shù)

劉晨 王克信

【摘要】? ? 近年來，我國5G移動(dòng)通信技術(shù)快速發(fā)展，配套設(shè)施的建設(shè)水平不斷提高，為社會(huì)的智能化發(fā)展提供了技術(shù)保障，為各行業(yè)提供了新的發(fā)展機(jī)遇。光纖傳送網(wǎng)是5G移動(dòng)通信技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一，加強(qiáng)對(duì)光纖傳送網(wǎng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用下的5G移動(dòng)通信前傳關(guān)鍵技術(shù)的研究，對(duì)促進(jìn)5G移動(dòng)通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展來說具有重要意義。基于此，本文從5G移動(dòng)通信技術(shù)內(nèi)容和未來5G技術(shù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展方向概述出發(fā)，對(duì)基于光纖傳送網(wǎng)的5G移動(dòng)通信前傳關(guān)鍵技術(shù)和基于光載射頻技術(shù)的移動(dòng)通信前傳技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究和論述，旨在為相關(guān)人員提供參考。

【關(guān)鍵詞】? ? 光纖傳送網(wǎng)? ? 5G移動(dòng)通信技術(shù)? ? 前傳技術(shù)

引言：

5G移動(dòng)通信技術(shù)具有比4G無線通信技術(shù)更快的傳播速度、更大的帶寬，5G移動(dòng)通信技術(shù)的出現(xiàn)直接促進(jìn)萬物互聯(lián)時(shí)代的到來，使虛擬現(xiàn)實(shí)、無人駕駛、密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新科技成為可能。當(dāng)前，5G移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)成為世界各國戰(zhàn)略競(jìng)爭的關(guān)鍵技術(shù)，從4G技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)可以推測(cè)，5G移動(dòng)通信技術(shù)勢(shì)必會(huì)成為全球產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭的重要焦點(diǎn)。這一背景下，相關(guān)人員更應(yīng)穩(wěn)步發(fā)展，加強(qiáng)對(duì)支撐5G移動(dòng)通信實(shí)現(xiàn)的前傳關(guān)鍵技術(shù)的研究，為5G移動(dòng)通信技術(shù)提供更加可靠的前傳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，才能促進(jìn)我國5G移動(dòng)通信技術(shù)水平不斷提升。

一、5G移動(dòng)通信技術(shù)概述

1.1技術(shù)內(nèi)容概述

第五代移動(dòng)通信技術(shù)，簡稱5G，是當(dāng)前世界上最先進(jìn)的新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，具有低時(shí)延、高速率、大連接等顯著特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)、推動(dòng)社會(huì)全面信息化的關(guān)鍵技術(shù)[1]。

在5G移動(dòng)通信技術(shù)的支持和帶動(dòng)下，室內(nèi)基帶處理單元（BBU）的組織建設(shè)工作也在有條不紊地推進(jìn)，BBU+RRU多通道數(shù)據(jù)傳輸方案支持以指定通道傳輸用戶信號(hào)的目的，避免同一區(qū)域內(nèi)不同信號(hào)帶來的干擾，大幅提高信號(hào)傳輸?shù)母咝院头€(wěn)定性，使網(wǎng)絡(luò)通信資源的利用率更高。

5G移動(dòng)通信技術(shù)功能性的實(shí)現(xiàn)離不開通信方式的升級(jí)，5G移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用使萬物互相成為可能，為消除互聯(lián)網(wǎng)建立和應(yīng)用過程中存在的滯后性，必須對(duì)通信方式進(jìn)行研究，以保證通信階段數(shù)據(jù)的傳輸頻率和能源應(yīng)用效率能充分滿足5G移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用要求。與4G移動(dòng)通信技術(shù)相比，5G移動(dòng)通信技術(shù)的通信頻譜效率約提升10倍，數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)10Gb/s，讓用戶獲得全新的通信體驗(yàn)，并且有效推動(dòng)了移動(dòng)通信技術(shù)的整體發(fā)展。

1.2 5G技術(shù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展方向分析

1.提高通信技術(shù)中資源的利用率一直是5G技術(shù)研究和發(fā)展的重要方向，當(dāng)前無線技術(shù)發(fā)展的已經(jīng)較為成熟，在該技術(shù)的支持下，未來可能會(huì)有非正交多址接入技術(shù)應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)中，以此實(shí)現(xiàn)提高資源利用率的目的。

2. 5G技術(shù)本身就是移動(dòng)蜂窩技術(shù)，為推動(dòng)5G技術(shù)的應(yīng)用，在5G技術(shù)運(yùn)營初期，各大運(yùn)營商主要應(yīng)用宏蜂窩技術(shù)進(jìn)行大型宏蜂窩小區(qū)的建設(shè)，以此提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率[2]。但隨著系統(tǒng)覆蓋面積的擴(kuò)大，通信質(zhì)量逐漸下降，微蜂窩技術(shù)的研究和發(fā)展就十分必要，微蜂窩技術(shù)比宏蜂窩技術(shù)的覆蓋面積小、傳輸功率低、安裝便捷性強(qiáng)，能為宏蜂窩進(jìn)行有效的補(bǔ)充，使小范圍內(nèi)資源利用率和網(wǎng)絡(luò)傳輸速率得到有效提升。

3.豐富5G技術(shù)使用過程中的網(wǎng)絡(luò)接入方式，能使用戶得到更加豐富的信息服務(wù)體驗(yàn)。5G移動(dòng)通信技術(shù)在設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí)，是將集中式/云無線作為主要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)模式，該種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)模式中依托BBU進(jìn)行信號(hào)的傳輸和處理，電波種類為射頻信號(hào)。集中式/云無線網(wǎng)絡(luò)接入功能的實(shí)現(xiàn)是將BBU和RRU之間使用光纖或CPRI進(jìn)行連接，單個(gè)BBU中可接入數(shù)個(gè)RRU，以此實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?/p>

二、基于光纖傳送網(wǎng)的5G移動(dòng)通信前傳關(guān)鍵技術(shù)

2.1波分復(fù)用前傳技術(shù)

波分復(fù)用技術(shù)是利用單根光纖傳輸多個(gè)不同波長、不同信息光信號(hào)，并在光信號(hào)的接收端使用輔助方法將不同光信號(hào)進(jìn)行區(qū)分實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)接收的通信技術(shù)。該技術(shù)信號(hào)傳輸速度可達(dá)2.5b/s，不僅數(shù)據(jù)傳輸速度快，而且具有良好的綜合效率。波分復(fù)用前傳技術(shù)應(yīng)用過程中，光纖一方面幫助傳輸數(shù)據(jù)和信息，另一方面也需要進(jìn)行信息傳輸監(jiān)控，以確定信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。該技術(shù)的出現(xiàn)充分滿足了光纖傳輸技術(shù)的使用需求，但也在一定程度上提高了網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)的強(qiáng)度和難度，因此，通常在波分復(fù)用前傳技術(shù)應(yīng)用的過程中，會(huì)輔助使用放射式半導(dǎo)體放大器來緩解網(wǎng)絡(luò)管理運(yùn)行的壓力。

2.2? 時(shí)分復(fù)用前傳技術(shù)

時(shí)分復(fù)用是應(yīng)用多個(gè)通信傳輸通道或時(shí)隙中的交叉位脈沖，為單個(gè)通信媒體同時(shí)傳輸語音、視頻、數(shù)字化數(shù)據(jù)等多樣性數(shù)據(jù)信息的技術(shù)[3]。該技術(shù)雖然具有非常突出的性能表現(xiàn)，與移動(dòng)通信前傳技術(shù)的適應(yīng)性較好，但傳輸成本明顯高于波分復(fù)用前傳技術(shù)。

另外，時(shí)分復(fù)用前傳技術(shù)在應(yīng)用過程中信號(hào)穩(wěn)定性較差，需要配合TDM、以太網(wǎng)等輔助技術(shù)提高信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，幫助其更好的抵抗外界因素的干擾。具體應(yīng)用方式是先利用系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芫€終端中，然后在時(shí)分復(fù)用前傳技術(shù)的作用下將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到光網(wǎng)絡(luò)單元，最后利用轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)的傳輸?shù)絉RH，以此實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)據(jù)的同時(shí)傳輸。新技術(shù)中，無需對(duì)普通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行二次建設(shè)，可直接將普通網(wǎng)轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)，既能最大程度發(fā)揮無源光技術(shù)的作用，又能有效提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。

由于時(shí)分復(fù)用前傳技術(shù)在應(yīng)用過程中會(huì)使用多個(gè)通信傳輸通道，使得不同類型的數(shù)據(jù)在傳輸過程中可能存在時(shí)間差，影響數(shù)據(jù)的整合表現(xiàn)效果，可應(yīng)用MAC幀數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行處理。時(shí)分復(fù)用前傳技術(shù)雖然在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間上略慢，但具有良好帶寬傳輸表現(xiàn)。

2.3? 物理層功能重構(gòu)前傳技術(shù)

數(shù)據(jù)傳輸過程中，帶寬越大，傳輸成本越高，為控制移動(dòng)通信前傳技術(shù)的應(yīng)用成本，可將數(shù)據(jù)傳輸過程中的帶寬控制在10G bifs內(nèi)[4]。雖然預(yù)先將數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮也可有效控制帶寬，但壓縮后的數(shù)據(jù)與傳輸規(guī)定不符，可通過優(yōu)化BBU和RRH之間的分割點(diǎn)，使原有傳輸通道中的傳輸站點(diǎn)增加，以此減少數(shù)據(jù)傳輸中的帶寬。

2.4? 純模擬信號(hào)傳輸前傳技術(shù)的光載中頻

RRU的全稱是射頻拉遠(yuǎn)單元，分為近端機(jī)（無線基帶控制）和遠(yuǎn)端機(jī)（射頻拉遠(yuǎn)）兩個(gè)部分，系統(tǒng)中包含多個(gè)支持光載天線數(shù)據(jù)傳輸?shù)纳葏^(qū)。為保障系統(tǒng)內(nèi)扇區(qū)能有效傳輸?shù)墓庑盘?hào)，需要將光信號(hào)的波長進(jìn)行預(yù)先處理，使其能與扇區(qū)進(jìn)行完全匹配，但是對(duì)光信號(hào)波長進(jìn)行處理時(shí)會(huì)受到外界因素的干擾，需要結(jié)合實(shí)際情況采取科學(xué)的措施保證光信號(hào)的調(diào)制質(zhì)量。

三、基于光載射頻技術(shù)的移動(dòng)通信前傳技術(shù)的應(yīng)用

3.1光載射頻技術(shù)

光載射頻技術(shù)是直接利用光纖進(jìn)行射頻信號(hào)的傳輸，利用光電探測(cè)器接收射頻信號(hào)，由于射頻信號(hào)中已經(jīng)承載了一定數(shù)據(jù)，可直接使用射頻信號(hào)中的數(shù)據(jù)[5]。在此技術(shù)應(yīng)用的過程中，主要應(yīng)用光電探測(cè)器將光纖信號(hào)轉(zhuǎn)化為射頻信號(hào)，然后直接將射頻信號(hào)輸送到用戶終端。光載射頻技術(shù)功能性的實(shí)現(xiàn)主要依靠光纖鏈路、中心站、基站等設(shè)備。

3.2? 中心站調(diào)制方式

光信號(hào)在進(jìn)行傳輸?shù)倪^程中，需要由中心站對(duì)波長進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制方法主要為直接調(diào)制和外調(diào)制兩種[6]。其中直接調(diào)制是將驅(qū)動(dòng)電流直接傳喚成射頻信號(hào)，再由激光器對(duì)輸出的光波強(qiáng)度進(jìn)行控制，最終產(chǎn)生可直接傳輸?shù)墓廨d射頻信號(hào)。外調(diào)制在對(duì)廣播進(jìn)行調(diào)制時(shí)，無需使用激光機(jī)進(jìn)行輔助。

3.3? 基站探測(cè)方法

光載射頻技術(shù)在應(yīng)用過程中主要依靠光電探測(cè)器接收射頻信號(hào)，光電探測(cè)器具有良好的高頻特性，能承受較大電流，且噪聲小，優(yōu)勢(shì)較多。

3.4? 光載射頻技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

光載射頻技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出以下優(yōu)勢(shì)：

1.射頻信號(hào)在傳輸過程中能有效抵抗電磁干擾，損耗率較小，并且?guī)挻蟆?/p>

2.濾波處理和光電轉(zhuǎn)換限制性非常小。

3.在應(yīng)用過程中具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，基站大小可控。

4.支持多業(yè)務(wù)同傳。

5.應(yīng)用范圍廣，安全性高，不僅可用于移動(dòng)通信，還可用于建設(shè)智慧交通網(wǎng)絡(luò)和軍事網(wǎng)絡(luò)[7]。

3.5基于光載射頻系統(tǒng)的模擬前傳網(wǎng)絡(luò)

基于光載射頻系統(tǒng)的模擬前傳網(wǎng)絡(luò)主要功能是在前傳網(wǎng)絡(luò)中傳輸模擬信號(hào)，并利用輔助器件的幫助，優(yōu)化RRU結(jié)構(gòu)[8]。將光載射頻技術(shù)應(yīng)用到集中式/云無線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)中，不僅滿足用戶多樣化的網(wǎng)絡(luò)使用需求，還能大幅優(yōu)化用戶體驗(yàn)。同時(shí)已有相關(guān)研究表明，基于光載射頻系統(tǒng)的模擬前傳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與5G技術(shù)相比，相同數(shù)據(jù)傳輸速度中，模擬前傳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所需的信號(hào)和寬帶環(huán)境要求比5G更低。

四、結(jié)束語

綜上所述，5G技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展大幅提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率，對(duì)實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)和社會(huì)全面信息化都有重要推動(dòng)作用。移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)5G技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)成為當(dāng)前行業(yè)內(nèi)的研究重點(diǎn)，通過對(duì)移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，為5G技術(shù)的應(yīng)用提供了更多解決前傳網(wǎng)絡(luò)問題的辦法，不斷優(yōu)化數(shù)據(jù)的傳輸速度和傳輸效率，滿足用戶更加多元化的網(wǎng)絡(luò)使用需求，為用戶帶來更好的使用體驗(yàn)。本文圍繞基于光纖傳送網(wǎng)的5G移動(dòng)通信前傳關(guān)鍵技術(shù)展開研究和論述，希望能為相關(guān)人員提供更多研究思路，促進(jìn)我國5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] 雷軍麗. 基于光纖傳送網(wǎng)的5G移動(dòng)通信前傳關(guān)鍵技術(shù)[J]. 集成電路應(yīng)用， 2020， v.37;No.324（09）：70-71.

[2] 王振宇. 基于光纖傳送網(wǎng)的5G移動(dòng)通信前傳關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 數(shù)碼設(shè)計(jì)（上）， 2019， 000（010）：279.

[3] 張建輝. 試論基于光纖傳送網(wǎng)的5G移動(dòng)通信前傳關(guān)鍵技術(shù)[J]. 數(shù)字通信世界， 2019， No.179（11）：117-117.

[4] 張俞. 光纖傳送網(wǎng)在5G移動(dòng)通信前傳關(guān)鍵技術(shù)中的應(yīng)用[J]. 信息記錄材料， 2019， 020（007）：47-48.

[5] 董曦. 光纖傳輸網(wǎng)的5G移動(dòng)通信前傳技術(shù)分析[J]. 科學(xué)與信息化， 2019， 000（011）：37-37.

[6] 齊官文. 以光纖傳送網(wǎng)為基礎(chǔ)的5G移動(dòng)通信前傳技術(shù)[J]. 數(shù)字通信世界， 2020， No.185（05）：66-67.

[7] 景輝. 5G移動(dòng)通信技術(shù)下傳輸?shù)奈磥戆l(fā)展趨勢(shì)探索[J]. 信息與電腦（理論版）， 2019（22）.

[8] 姚利民， 錢永良， 王義濤. 5G前傳傳輸承載網(wǎng)絡(luò)部署方案淺析[J]. 江西通信科技， 2019（2）：4-8.