光纖通信技術(shù)在5G移動通信中的應(yīng)用

劉榆華

（中時訊通信建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510050）

0 引 言

近年來，移動互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展，光纖通信逐漸滲透到人們生活的方方面面。光纖通信具有通信速率快、效率高以及帶寬寬的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用在多終端的數(shù)據(jù)交換領(lǐng)域[1]。隨著社會對信息傳輸速度要求的提高，4G技術(shù)已經(jīng)難以滿足當前需求，因此加快5G技術(shù)的建設(shè)具有重要的現(xiàn)實意義。

1 5G通信技術(shù)的概述

1.1 概 念

5G是第五代移動蜂窩通信的簡稱，相較于4G，5G具有更大的技術(shù)優(yōu)勢，具體對比如表1所示。5G允許大規(guī)模設(shè)備進行連接，極大地提升了系統(tǒng)的整體容量，同時信息的傳輸延遲和運行的成本都會大大降低。尤其是在低延遲方面，5G適用于自動駕駛、多人游戲、實時數(shù)據(jù)監(jiān)控采集等需要及時反應(yīng)的場景，推動社會不斷向前發(fā)展。

表1 4G、5G技術(shù)關(guān)鍵能力對比

1.2 通信特點

5G技術(shù)的通信特點主要集中在以下3個方面。

（1）提高頻譜的利用范圍。在5G技術(shù)之前，大部分的信號傳輸采用低頻頻譜資源，高頻段的利用率極低。而5G通信技術(shù)則可以利用高頻段的頻譜，盡管在在當前的技術(shù)水平下，高頻的利用率還不太高，但通過技術(shù)的更迭，其利用率將不斷提升。

（2）通信系統(tǒng)的性能高。5G技術(shù)可以實現(xiàn)多點、多用戶以及多區(qū)域之間的組網(wǎng)協(xié)作，有效提升通信系統(tǒng)的性能。

（3）設(shè)計理念先進。室內(nèi)通信是通信的主體業(yè)務(wù)，5G技術(shù)的首要目標就是保證室內(nèi)的高效率通信，從根本上革新傳統(tǒng)移動通信的設(shè)計理念[2]。

2 5G通信對光纖通信技術(shù)的要求

由于5G的無線接入網(wǎng)對光纖傳輸系統(tǒng)的帶寬和延時提出了更高的要求，因此為了5G基站更好的組網(wǎng)，周邊需要布置大量光纖。光纖通信主要傳遞來源于移動電話、電腦等的數(shù)位信號，其主要有以下3個發(fā)展目標。

2.1 擴展波分復(fù)用系統(tǒng)的波長范圍

波分復(fù)用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技術(shù)是指在單條光纖中同時讓兩個或兩個以上的光波長信號通過不同光信道各自傳輸信息的光波分復(fù)用技術(shù)，基于WDM技術(shù)可以實現(xiàn)在不同波長的激光上承載不同的光波信號，從而在實現(xiàn)雙向通信的同時將帶寬容量翻倍。傳統(tǒng)信息傳輸?shù)牟ㄩL在1.53～1.57 μm，而光纖可以將范圍擴展到1.30～1.60 μm，將網(wǎng)絡(luò)的帶寬擴大至7倍以上。為了更好地應(yīng)對遠距離信號傳輸，密集WDM（DWDM）技術(shù)逐步興起，其承載的最大波長數(shù)可以達到160個，而且數(shù)目仍在增加[3]。

2.2 光弧子通信

利用光纖中的非線性效應(yīng)以及色散補償作用實現(xiàn)高精準光脈沖傳輸?shù)囊环N超短脈沖被稱為光弧子。對于光纖來說，無論是處在正常光還是反常色散區(qū)，其傳輸過程都不可避免地出現(xiàn)脈沖展寬的現(xiàn)象。除此之外，在正常光下，光纖本身存在的自相位調(diào)制效應(yīng)也是導(dǎo)致脈沖展寬的重要原因。但是，在反常色散區(qū)就出現(xiàn)了抵消現(xiàn)象，經(jīng)過抵消，光脈沖的脈沖寬度在傳輸過程中維持穩(wěn)定[4]。相應(yīng)地，如果在信號傳輸過程中及時對光纖的損耗進行補償，就可以實現(xiàn)脈沖寬度和幅度的穩(wěn)定，從而形成光弧子傳播。光弧子通信相較線性通信具有極其顯著的優(yōu)勢，一是前者的傳輸容量是后者的10～100倍；二是光孤子的特性可以有效簡化中繼過程，更加經(jīng)濟、簡便、高效，可以實現(xiàn)全光中繼；三是光孤子通信具有更高的保真度、更長的傳輸距離以及更高的傳輸效率[5]。

2.3 全光網(wǎng)絡(luò)

對于全光網(wǎng)絡(luò)來說，由于在信息傳輸時無需進行光電的相互轉(zhuǎn)換，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不處理信息，同時不會受到電子設(shè)備響應(yīng)速度慢的影響，因此其信息傳輸質(zhì)量和效率都能夠得到保證。全光通信網(wǎng)由全光部分和通信控制部分組成。前者為完全透明結(jié)構(gòu)，可以容納更多的業(yè)務(wù)格式，通過波長的合理適配可以完成信號的發(fā)送和接收[6]。如果適當輔助光交叉設(shè)備，將實現(xiàn)更遠距離的信號傳輸。后者的外部通信控制部分可以幫助重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，使整個網(wǎng)絡(luò)的通信量、業(yè)務(wù)類型以及需求量可以動態(tài)分配，形成一個更具容錯性和兼容性的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

3 光纖技術(shù)在5G通信中的應(yīng)用

3.1 超寬視頻業(yè)務(wù)

我國視頻流量占據(jù)信息管道流量總數(shù)的70%以上，隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，更多更先進、更智能、更豐富的通信產(chǎn)品會被研發(fā)出來，同時這個比例將會繼續(xù)增加。尤其是360全息影像技術(shù)在汽車工業(yè)領(lǐng)域得到了極其廣泛的應(yīng)用，目前最熱門的自動駕駛也需要該技術(shù)的支持。

此外，現(xiàn)在同樣廣泛應(yīng)用的還有5G+AGV無人駕駛。傳統(tǒng)的叉車存在著3個痛點問題：一是WiFi信號不穩(wěn)定導(dǎo)致叉車的路徑規(guī)劃難度較大，定位也較為困難；二是企業(yè)非標倉庫的改造難度大、周期長，難以快速部署；三是難以大批量調(diào)度。杭叉集團借助5G切片進行無人叉車和智能倉儲業(yè)務(wù)的創(chuàng)新，其運作如圖1所示。在該方案下，5G+AI視覺替代了進口激光雷達和安全激光來實現(xiàn)避障和精準控制，在提高精度的同時可以有效降低成本。基于5G高速、低延時的特點，還可以將單AP部署叉車提升到數(shù)百臺，并可以實現(xiàn)異地智能倉儲部署。通過重要控制室的鏈接，可以跨園區(qū)遠程控制數(shù)萬臺叉車，解決大批量AGV的群控調(diào)度難題。在5G環(huán)境下，結(jié)合MES、MEC系統(tǒng)可以實現(xiàn)AGV叉車的穩(wěn)定運行。隨著通信產(chǎn)品的進一步普及，人們對寬帶的要求也越來越高。基于5G邊緣計算技術(shù)、切片技術(shù)以及光纖通信技術(shù)的無人叉車項目可以提高行業(yè)30%的運營效率、降低超千億元運營成本，同時大大降低安全事故發(fā)生率，該項目也因此獲得了全國5G大獎。

圖1 5G在無人叉車中的應(yīng)用

3.2 DC云互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)

隨著科技革命的不斷推進，我國互聯(lián)網(wǎng)正朝著多元化的方向發(fā)展。通過開展DC云業(yè)務(wù)，可以從根本上提高信息傳輸效率。充分發(fā)揮DC的中心結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，拓展DC業(yè)務(wù)及其相關(guān)業(yè)務(wù)，通過有效結(jié)合5G通信技術(shù)，簡化互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成，建設(shè)一個大寬帶、高速率的信息管道工程。央視在直播70周年國慶活動時，引入了4K直播技術(shù)，采用4K+5G背包進行直播拍攝，提供移動化直播拍攝工具，基于5G網(wǎng)絡(luò)專線作為網(wǎng)絡(luò)通道，提供了端到端的網(wǎng)絡(luò)切片保障。

3.3 視頻會議

新時代下，人們的生活節(jié)奏越來越快，會議的數(shù)量也越來越多。傳統(tǒng)會議具有極大的時間、地點局限性，而采用視頻會議則可以突破這一局限。基于光纖通信技術(shù)與5G技術(shù)的低延時、高效率以及高質(zhì)量信號傳輸?shù)忍攸c，可以保證會議過程的流暢度、會議畫面的清晰度以及會議討論的交互度。2020年2月2日晚，全球首例廣電5G應(yīng)用在湖北落地，并應(yīng)用在湖北省疫情防控新聞發(fā)布會上，這是第一次現(xiàn)場沒有記者的發(fā)布會，使用700 MHz+4.9 GHz廣電5G進行現(xiàn)場直播。

4 結(jié) 論

通信技術(shù)的快速發(fā)展為人們的生產(chǎn)、生活帶來了巨大的便利，而隨著5G基礎(chǔ)設(shè)施的不斷建設(shè)和組網(wǎng)的不斷完善，未來將有更多的通信技術(shù)被應(yīng)用在實際生活中。通過對光纖技術(shù)的研究，可以促進5G技術(shù)的發(fā)展，為全電子信息化時代的到來奠定基礎(chǔ)，推動人類科技文明的發(fā)展。