一種基于光信能同傳的無源分布式5G微基站系統

摘要：文章介紹了一種基于光信能同傳的無源分布式5G微基站系統：遠端FEM無須外部供電，無須基帶處理，只須處理射頻發射與接收，簡化了分布式5G微基站系統，降低功耗，節約成本。系統實現了4收4發全雙工通信，下行峰值速率為1000 Mbps。光信能同傳系統由于在光纖部分的損耗低，帶寬大，抗干擾能力強，故非常適合遠距離、大范圍、超高信息密度的分布式5G微基站系統。

關鍵詞：光信能同傳；RoF技術；5G全雙工；大帶寬；超高信息密度；5G微機站

中圖分類號：TN929.5" 文獻標志碼：A

0 引言

當前，5G網絡采用的頻率有2515～2675MHz、3300～3400MHz、3400～3600MHz、4800～5000MHz，射頻帶寬達到100～160MHz，實現高速率、大帶寬通信。隨著頻率的提高，無線射頻信號的路徑損耗增大，不利于遠距離大范圍的覆蓋^［1］。

文章介紹了一種基于RoF的無源分布式5G微基站，遠端FEM無須外部供電，可以實現遠距離、大帶寬、超高信息密度的5G信號覆蓋，設備簡潔，布站簡單。

1 系統介紹

圖1是系統中1個收發通道的連接方式。在驗證實驗中，搭建了4個收發通道，即1臺近端RRU加4通道的遠端FEM，實現了4發4收全雙工通信，工作頻率4800MHz～4900MHz，信號帶寬100MHz，峰值速率大于1000Mbps，EVM小于2.8%。

實現方法如下：

（1） 光信能同傳：用單模光纖和多模光纖組合，給無源遠端FEM傳輸信號和能量^［2］。

（2） 激光傳能：在近端基站用激光器產生能量激光，用多模光纖傳輸給遠端FEM，再用光伏電池恢復電能^［3］，給遠端FEM的功放、低噪放、光解調器、光調制器供電。

（3） 近端基站：實現基帶信號處理、基帶信號的調制與解調，射頻小信號的放大濾波。

（4） 下行信號RoF處理^［4］：基站的下行射頻小信號在近端調制到光波頻段，在單模光纖1傳輸到遠端^［5］，光波頻段信號在遠端解調恢復為射頻信號，然后遠端PA放大、Tx濾波，經天線轉化為無線信號。

（5） 上行信號RoF處理：終端的上行射頻小信號被遠端天線接收，經過Rx濾波、LNA放大，在遠端調制到光波頻段，在單模光纖2傳輸到近端，光波頻段信號在近端解調恢復為射頻信號^［6］，然后給到近端基站處理。

（6） 環形器：由于近端RRU是TDD模式，Tx和Rx共用1個射頻口，需要用環形器把Tx和Rx信號分開。

（7） 衰減器：由于Tx的光調制器的輸入容易飽和，需要加衰減器保護。

下行鏈路指標仿真結果如圖2所示。

在遠端用LNA+高增益PA，增大遠端的增益，使輸出功率達到要求；遠端PA采用低功耗和高線性的功放，使ACPR和EVM達到要求。

調制信號的峰均比為8.5 dB，均值輸出24 dBm時，峰值功率為32.5 dBm，小于鏈路的OP1 dB，峰值信號在線性區。

鏈路增益為-3.4 dB，調整近端2W RRU的輸出功率為27.4 dBm，使遠端天線口輸出為24 dBm。

為了降低天線口Tx底噪對Rx干擾，應該增大Tx、Rx天線的距離，增大隔離度。實測天線隔離度如表1所示。

上行鏈路指標仿真結果如圖3所示。接收通道在遠端用2級LNA，增大前級的增益，減小后級損耗對鏈路NF的影響。級聯后的NF是14.88 dB。

2 實測結果

圖4是下行峰值速率測試的組網圖，UE1端接入系統后，經過如下鏈路：服務器-gt;交換機-gt;BBU-gt;RRU-gt;遠端FEM-gt;無線側-gt;UE1，實現下行峰值速率灌包業務。

（1） RRU：實現基帶信號和射頻信號的轉換，功率放大、射頻信號的線性化、信號濾波、收發分離。

（2） BBU：基帶處理單元，5G無線系統的基帶處理部分，BBU+RRU組成基站，作用是完成無線接口的基帶處理功能（編碼、復用、調制和擴頻等）。

（3） 5GC：5G核心網是5G移動網絡的核心，主要功能有：用戶連接性和移動性管理、身份驗證和授權、用戶數據管理和策略管理、與外部網絡進行連接，等。

（4） FTP服務器：FTP服務器位于整個無線系統的最北向，作用是模擬外部的因特網，對接入系統的終端進行各種業務測試。

實測功能與性能總結如表2所示。

EVM與輸入能量光功率的關系如表3所示。EVM與輸入能量光功率的變化無關。

1km光纖傳能效率測試結果如表4所示。1km光纖傳能效率大于10.3%。

3 結語

傳統的分布式基站系統，射頻拉遠單元須要外部供電，射頻拉遠單元須要基帶處理，設備架構復雜、未能實現超高信息密度信號覆蓋，用同軸線做分布式基站時損耗大，光信能同傳系統的傳能功率低、能量光干擾信號光，文章有效解決了以上問題，實現了以下功能。

（1）無源分布式5G基站系統。遠端FEM無需外部供電，實現遠距離、大帶寬、超高信息密度的5G信號覆蓋，設備簡潔，布站簡單。

（2）超高信息密度。信號帶寬100MHz，下行功率達到4×250mW，4收4發全雙工，調制方式256QAM，下行EVM≤2.8%，下行峰值速率達到1000Mbps。

（3）光信能同傳。用單模光纖傳輸信號，多模光纖傳輸能量，改善了隔離度，信號的EVM與輸入能量光功率的變化無關。

參考文獻

［1］楊海林，劉麗娟，彭迪，等.光纖信能共傳技術研究進展［J］.光學學報，2021（11）：9-18.

［2］楊海林，王珊，彭迪，等.基于10 km弱耦合七芯光纖的信能共傳技術［J］.電子學報，2024（8）：2557-2562.

［3］易興文，胡澤雨，潘競順，等.一種基于多功能光伏探測器的直調單纖光信能同傳系統及方法：CN202110025150.8［P］.2022-04-29.

［4］雷藝.基于光載無線系統的高效無線前傳技術研究［D］.北京：北京郵電大學，2019.

［5］潘曉龍.光載射頻信號產生方法研究［D］.北京：北京郵電大學，2022.

［6］陳光.光載射頻信號處理若干技術及應用研究［D］.北京：北京郵電大學，2021.

（編輯 王永超）

Passive distributed 5G micro base station system based on PoF applied in RoF system

DU" Depeng， TAN" Dongliang*， LIU" Changyuan

（Guangdong Communications amp; Networks Institute， Guangzhou 510663， China）

Abstract：" This paper introduces a passive distributed 5G micro base station system based on poweroverfiber （PoF） applied in radiooverfiber （RoF） system. The far end FEM does not need external power supply and baseband signal processing， but only needs to process RF transmission and reception， which simplifies the distributed 5G micro base station system， reduces power consumption and saves costs. This system implements full duplex communication with 4 receivers and 4 transmitters， with a peak downlink speed up to 1000 Mbps. Because the PoF applied in RoF system has low loss in the optical fiber part， large bandwidth， and strong antiinterference ability， it is very suitable for the distributed 5G micro base station system with long distance， large area， and ultrahigh information density.

Key words： PoF applied in RoF system; RoF technology; 5G full duplex; large bandwidth; ultrahigh information density; 5G micro base station system