蔣耀宇

（中國移動通信集團廣東有限公司東莞分公司，廣東 東莞 523000）

0 引言

在網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展與現(xiàn)代化先進技術的支持下，當前我國移動通信網(wǎng)絡建設及其技術研究領域中也取得了較為顯著的突破和發(fā)展成就。其中，與傳統(tǒng)的3G、4G 技術相比，5G 移動通信作為一種更為先進的新型技術，在我國移動通信領域中的應用越來越廣泛，并且取得了較好的應用效果。值得注意的是，5G移動通信技術形式下，對光纖傳送網(wǎng)結構基礎上的移動通信前傳技術設計與構建是整個技術設計與應用的核心，而當前的移動通信網(wǎng)絡建設中，其前傳網(wǎng)絡多采用CPRI 網(wǎng)絡結構形式，并不能很好的滿足5G 移動通信的網(wǎng)絡需求，需要進行網(wǎng)絡結構更加復雜以及扇區(qū)、天窗數(shù)量更多的移動通信網(wǎng)絡形式構建，以實現(xiàn)更高的網(wǎng)絡通信帶寬獲取，從而在新的前傳網(wǎng)絡結構與功能支持下，對5G 移動通信的網(wǎng)絡需求進行滿足。因此，本文將通過對5G 移動通信技術的發(fā)展現(xiàn)狀以及網(wǎng)絡結構特點等分析，對基于光載射頻技術的移動通信前傳技術應用進行研究，以供參考。

1 5G 移動通信技術及其發(fā)展現(xiàn)狀分析

5G 移動通信技術是最新一代蜂窩移動通信技術。5G 移動通信技術的發(fā)展與廣泛應用，逐漸推動了5G通信時代以及現(xiàn)代社會的全面信息化時代到來。需要注意的是，5G 移動通信技術的應用與發(fā)展作為推動5G 通信時代以及現(xiàn)代社會全面信息化實現(xiàn)的最為關鍵技術環(huán)節(jié)，又是以移動通信技術的快速發(fā)展和廣泛應用作為基礎支持的。而當前我國移動通信技術發(fā)展中，隨著無線網(wǎng)絡的接入應用，在無線網(wǎng)絡技術支持下的BBU 池組化實現(xiàn)，也是其技術發(fā)展的重要方向和趨勢，而這種技術模式在移動通信網(wǎng)絡建設與發(fā)展中，不僅能夠實現(xiàn)對基帶資源的有效結合運用，而且能夠提升其網(wǎng)絡通信中的頻率資源利用率，實現(xiàn)網(wǎng)絡容量擴展和增加。在上述BBU 池組化趨勢下的基帶池架構，與傳統(tǒng)的無線接入網(wǎng)絡架構存在較大的不同，能夠在網(wǎng)絡架構設計與組建中，利用網(wǎng)絡寬帶中較為靈活的BBU 以及RRU 通信接口，來對移動通信過程中無線信號傳輸?shù)姆€(wěn)定以及低延遲、低誤碼功能需求進行滿足，從而達到更好的移動通信傳輸與網(wǎng)絡服務效果[1-2]。

2 5G 移動通信的網(wǎng)絡結架構及特點分析

集中式/云無線接入網(wǎng)絡（C-RAN）是以當前的網(wǎng)絡環(huán)境與技術發(fā)展條件為支持的一種新型無線接入網(wǎng)絡結構，也是5G 移動通信網(wǎng)絡設計和構建中所采用的主要網(wǎng)絡技術模式，其具體架構如圖1 所示。在該網(wǎng)絡結構中，BBU 作為整個網(wǎng)絡的基帶單元結構部分，其在網(wǎng)絡通信與信號傳輸中主要進行數(shù)字信號的處理功能提供和支持，而RRU 作為信號傳輸?shù)纳漕l拉遠單元部分，則是以射頻信號傳輸與接收為主。此外，根據(jù)該網(wǎng)絡基本結構形式可看出，其基本結構組成主要包含BBU 與RRU 兩個功能單元，并且對兩個單元之間采用CPRI（通用公共無線電接口）或者是OBSA（開放式基站架構聯(lián)盟）進行連接與定義。其中，CPRI 作為C-RAN 結構中最為常見的通信接口協(xié)議模式，主要由數(shù)據(jù)鏈路結構層和物理層組成，并且對C-RAN 網(wǎng)絡系統(tǒng)中的基站數(shù)據(jù)處理控制單元以及基站收發(fā)單元之間的接口關系進行定義，能夠直接對直放站數(shù)據(jù)進行遠端傳輸支持。

圖1 C-RAN 網(wǎng)絡的基本結構分析

3 基于光載射頻技術的移動通信前傳技術應用

3.1 光載射頻技術概述

所謂光載射頻技術，即將射頻信號直接加載在光波上，然后利用光纖對信號進行傳送，接收端配置有光電探測器，該設備的作用是將光纖傳送來的光電信號轉換成射頻信號，然后對用戶端利用天線發(fā)送射頻信號，結構如圖2 所示。光載射頻系統(tǒng)中包含中心站、基站及連接BS 與CS 的光纖鏈路；CS 擔負自愿分配、調制解調基帶及射頻信號、交換路由等工作；BS 負責轉換光電信號、收發(fā)射頻信號等；通過光纖鏈路將BS與CS 連接。

圖2 光載射頻系統(tǒng)結構

3.1.1 中心站調制方式

在光載射頻系統(tǒng)中，調制方式包含兩種：外調制與直接調制。直接調制方式的激光器驅動電流為射頻信號，激光器對輸出的光波強度進行控制，產生光載射頻信號；外調制則與激光器無直接關系，是在激光器外完成的調制方式，如電光、磁光、聲光等調制，經激光器輸出的光波經晶體，在外加電場的作用下，產生磁光、電光或彈光等效應，加載信號的射頻信號為晶體驅動的電壓，對外調制器輸出光信號的相位、幅度、頻率等進行控制。直接調制技術具有經濟性高、原理簡單等優(yōu)勢，但因激光器的頻率啁啾及馳豫振蕩問題，對數(shù)據(jù)速率及調制帶寬存在局限；而外調制中調制器與激光器相互獨立，激光器對射頻信號的調制影響較小，因此數(shù)據(jù)速率及調制帶寬相對較高。

3.1.2 基站探測方式

現(xiàn)階段，在光載射頻系統(tǒng)中，接收端采用光電探測器，其優(yōu)勢在于響應帶寬高、噪聲小等；探測器數(shù)據(jù)的光功率與光電流呈正比，如一組光信號中包含多個頻率成分時，各頻率分量在廣場模平方之和組成光電流直流部分，各頻率分量光信號通過外差拍頻方式得到光電流射頻部分，然后從光電流中將需傳輸給無線用戶終端的射頻信號提取出來，通過天線傳送給用戶[3]。

3.1.3 光載射頻技術的優(yōu)勢

通過光載射頻技術的分析可知，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在如下五方面：第一，光載射頻技術的實施，是對當前光纖傳送網(wǎng)中光纖通信的優(yōu)勢充分利用：損耗低、帶寬大、抗電磁干擾能力強等；第二，隨著投入使用的射頻信號頻率不斷提高、數(shù)據(jù)速率不但加快，因電子瓶頸效應的存在，高頻高速率信號在電域處理難度不斷增大，而光載射頻系統(tǒng)中在光電轉換前，濾波、移相等信號處理完全可在光域內完成；第三，光載射頻網(wǎng)絡結構中，BS 單元的組成比較簡單，主要包含射頻收發(fā)裝置、放大電路及光電探測器等設備，基站的大小、成本均可有效控制；第四，實現(xiàn)多業(yè)務共傳，利用無線接入的射頻信號與有線接入的基帶信號，在光波上可同時利用光載射頻技術加載，然后利用光電探測器轉換，提供不同的業(yè)務類型；第五，光載射頻技術的應用場景多元，除在移動通信接入網(wǎng)中應用外，在軍事網(wǎng)絡、智慧交通系統(tǒng)等場景中均可應用。

3.2 基于光載射頻系統(tǒng)的模擬前傳網(wǎng)絡

該網(wǎng)絡架構是在C-RAN 網(wǎng)絡架構中引入光載射頻技術，實現(xiàn)模擬信號在移動前傳網(wǎng)絡中傳輸，在BBU中集中了價格昂貴的模數(shù)/數(shù)模轉換器件，使RRU 結構進一步簡化。在C-RAN 網(wǎng)絡中引入光載射頻技術，在為用戶提供多種業(yè)務服務的同時，基礎設施、資源也得到高度共享，大大提升了用戶的體驗感受。在當前5G 移動通信的快速發(fā)展中，對移動通信容量、速率要求大幅提升，相比數(shù)字移動前傳網(wǎng)絡，基于光載射頻技術的模擬移動前傳網(wǎng)絡在數(shù)據(jù)速率、時延、信號帶寬等方面優(yōu)勢更加明顯，如在相同速率傳輸情況下，模擬移動前傳網(wǎng)絡需要的帶寬更小，且在信號抖動、同步等方面要求更低?，F(xiàn)階段，基于光載射頻系統(tǒng)的模擬移動前傳網(wǎng)絡方案主要針對單一頻段實現(xiàn)，集中在高頻毫米波段或低于6 GHz 的低頻波段，因此在網(wǎng)絡架構方案方面主要包含基于副載波復用的中頻前傳網(wǎng)絡、基于時分復用低頻前傳網(wǎng)絡及基于毫米波的前傳網(wǎng)絡。

4 結論

本文對基于光載射頻技術的模擬移動前傳網(wǎng)絡架構進行研究，實際中還有諸多移動前傳網(wǎng)絡架構方案，如基于模擬與數(shù)字混合組網(wǎng)的移動前傳網(wǎng)絡、基于多模多核光纖復用的移動前傳網(wǎng)絡、基于高低頻混合組網(wǎng)的移動前傳網(wǎng)絡等，均在5G 移動通信光纖傳送網(wǎng)中匹配度較高。雖然模擬移動前傳網(wǎng)絡發(fā)展時間較短，技術也尚未完全成熟，但在5G 移動通信技術的推動下及光載射頻技術的研究中，該網(wǎng)絡架構方案的優(yōu)勢已經非常明顯：第一，在系統(tǒng)結構方面，系統(tǒng)中中心站-基站結構與移動前傳中BBU-RRU 結構的匹配度較高，所有在移動前傳網(wǎng)絡中完全可融入光載射頻系統(tǒng)；第二，在頻譜方面，5G移動通信網(wǎng)絡需要的頻率波段較高，而本文研究的高頻毫米波段在光纖傳輸中進行數(shù)據(jù)加載與5G 移動網(wǎng)絡需求相符，應用的可行性較高；第三，在組網(wǎng)方面，5G 網(wǎng)絡研究的重點一直都是超密集組網(wǎng)方向，而基于光載射頻技術的模擬移動前傳網(wǎng)絡鏈路中RRU 結構簡單，符合密集部署的要求；第四，在時延方面，5G 網(wǎng)絡對時延要求更高，為增強用戶的體驗，RRU 端光載射頻信號探測、收發(fā)等處理均比較簡單，時間延遲可大幅降低。

事實上，對基于光纖傳送網(wǎng)的5G 移動通信前傳關鍵技術進行研究，能夠為5G 移動通信網(wǎng)絡技術方案的設計和合理選擇應用提供有效的參考和支持，從而促進基于光纖傳送網(wǎng)的5G移動通信技術進一步開發(fā)和應用。