面向5G的偏振复用相干光MIMO—OFDM系统研究

【摘 要】相干光正交频分复用系统具有高效的数字信号处理能力，这是第5代移动通信骨干光网络实现高速传输的有效方案。首先探讨第五代移动互联网衡量指标、关键技术等，对基于偏振复用技术的相干光OFDM系统传输机理及数学模型进行分析，并在此基础上介绍了系统联合信号均衡算法。结果表明，PMD-CO-OFDM系统采用联合信号均衡可有效抑制偏振复用带来的噪声影响，实现偏振信号的不敏感接收。

【关键词】5G MIMO 正交频分复用 偏振复用

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.06.008 中图分类号：TN929.11 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2016）06-0034-05

引用格式：郝耀鸿. 面向5G的偏振复用相干光MIMO-OFDM系统研究[J]. 移动通信， 2016，40（6）： 34-38.

1 引言

4G建设方兴未艾，面向第5代移动通信的研究已经全面开启。提到5G首先想到的是其无与伦比的速度。根据移动通信领域发展情况来看，2G最开始时的速度是9kbps，峰值达到100kbps；3G的最低要求是1.4Mbps，后来提高到8.8Mbps；随后的3G又发展出HSDPA、HSUPA和HSPA+等制式，速度也从7.2Mbps到42Mbps不等；发展到现在的4G，速率更是得到大幅提高，超过100Mbps；而到了5G，速率更有望达到1Gbps。如何承载接入速率如此之高的要求，这对骨干光纤传输网络提出了更高要求。

面向5G，光纤通信技术无疑将是提供网络大数据功能的核心。近几年，光载OFDM技术成为一大热点，理论研究和实验进展都取得了巨大成果，极有可能成为未来骨干光网络的关键技术。如在用户网络接入方面，光载无线技术（ROF）可满足5G高速率、多业务需求；在长骨干光传输网络方面，将OFMD技术融合光通信，可提供100Gbps，甚至1Tbps的光传输速率[1]。偏振效应是影响光传输的不利因素，制约系统传输性能，随着激光器技术和偏振控制技术的飞速发展，可有效利用光的偏振效应，承载数据信号，提升系统容量。对于高速光传输，将偏振复用应用于光OFDM系统，这是提高传输容量的必然趋势。

2 第5代移动通信

2.1 参数指标

用户无线接入速率：100Mbps～1Gbps；

设备连接密度：在接入设备众多的场合达到数十万/平方公里；

端到端传输时延：毫秒级；

数据流量密度：在室内热点覆盖场景，每平方公里达到几十Tbps；

用户移动性：保证速度为500km/h的高速移动用户可正常通信。

2.2 关键技术

（1）高频段通信

目前适合移动通信无线传输的低频段已经基本被占用，针对5G研发，高频段通信将成为关键技术手段。

（2）大规模MIMO技术

随着5G技术的研发，大规模MIMO将成为新的热点，大规模MIMO技术可充分挖掘空间资源，进一步提高移动通信的频谱利用率。

（3）小蜂窝技术

目前移动通信技术采用宏蜂窝（macro cell）基站，覆盖半径约2km。随着5G接入速率和业务多样性的提升，微蜂窝（micro cell）将是提高系统容量，减小系统能耗的关键技术。

（4）光载OFMD技术

将携带信息的微波/毫米波调制到激光上，调制后的光信号通过光纤链路传输，到达小蜂窝无线接入端，将光信号解调，再通过天线发射给用户终端。在长距离骨干传输线路上，通过将OFDM技术与DWDM（密集波分复用）技术相结合，将能承担起5G移动通信的传输，满足带宽需求。

（5）软件定义网络技术

软件定义网络（SDN）架构是一种新的网络控制技术，通过将控制面和数据面分离，打破不同网络运营商和设备提供商的产品差异，可对所有产品进行编程通知，很好地适应了网络需求的灵活变化。

6 结论

5G网络的物理层由光纤网路构成，也正是不断进步的光纤技术，才支撑和保证了移动通信网络的飞速发展。基于偏振效应MIMO-OFDM系统采用偏振复用技术，通过采用联合信号均衡，有效抑制偏振效应带来的系统损伤，可实现大容量、高速率信息传输，为5G时代的物联网、智慧地球以及移动互联网应用提供核心支持。

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作者简介

郝耀鸿：讲师，博士毕业于解放军理工大学通信工程学院，现任职于解放军特种作战学院，主要从事信息安全及保密技术的研究工作。