發(fā)布時間：2020-06-19 22:47

【摘要】：截止目前,我國第4代移動通信用戶10.3億,基站有334萬,月戶均移動互聯(lián)網接入流量2.7GB(引自工信部數據)。中美歐日韓均表示要在2020年實現(xiàn)5G(第5代移動通信)商用,分別于2017年11月、2016年7月、2016年11月、2016年7月和2018年發(fā)布5G頻譜規(guī)劃。隨著高速互聯(lián)網接入服務、高清虛擬現(xiàn)實多媒體娛樂、物聯(lián)網技術等應用的蓬勃發(fā)展,5G時代全球數據流量將呈指數級別的增長。作為5G集中式無線接入網中核心部分的移動前傳,將面臨著大容量、高頻譜效率、低成本、低延時等各方面挑戰(zhàn)。為滿足這些需求,基于數字光載無線(D-RoF)和模擬光載無線(A-RoF)的移動前傳,分別以其具有非線性容忍度高和高頻譜效率的優(yōu)勢,成為國內外的研究熱點技術。但另一方面,D-RoF面臨頻譜效率低的關鍵問題;A-RoF面臨實現(xiàn)復雜度高,非線性失真嚴重等熱點問題,這些都是5G移動前傳中亟待解決的。針對以上科學問題,本文開展了系統(tǒng)深入的研究,提出并實驗驗證了高階增量總和調制和4級脈沖幅度調制(PAM-4)結合的數字移動前傳、采用噪聲整形差分脈沖編碼調制的數字移動前傳、改進的噪聲整形脈沖編碼調制的數字移動前傳、基于數字余弦變換和分段量化的數字移動前傳、基于數字域碼分復用信道聚合的模擬移動前傳、基于數字域碼分復用的控制信息與數據波形傳輸方案。主要創(chuàng)新點如下:(1)針對基于D-RoF的移動前傳(簡稱:數字移動前傳)頻譜效率低,以及傳統(tǒng)的基于增量總和調制的數字移動前傳傳輸性能不夠理想的現(xiàn)狀,本文提出一種高階增量總和調制結合PAM-4的數字移動前傳。實驗結果表明,相比傳統(tǒng)的增量總和調制,解調信號的誤差矢量幅度(EVM)提升68%以上,同時相比于通用公共無線電接口(CPRI),頻譜效率提高3~4倍(見H.Li et al.,Opt.Express,2017,25(1):1-9.)。(2)針對數字移動前傳頻譜效率低,以及基于差分脈沖編碼調制(DPCM)的數字移動前傳性能不足的現(xiàn)狀,本文提出一種基于噪聲整形的DPCM(NS-DPCM)數字移動前傳方案,降低量化噪聲在正交頻分復用(OFDM)信號的數據子載波上的分布。實驗結果表明,相比DPCM,解調信號的EVM提升40%以上,同時相比于CPRI,頻譜效率提高3~10倍(見H.Li et al.,Opt.Express,2018,26(9):11407-11417.)。(3)基于NS-DPCM的數字移動前傳方案存在的兩個問題:需要訓練序列確定線性預測器系數從而增加開銷,以及在空閑子載波上的量化噪聲會影響5G場景中的非同步傳輸。針對這兩個問題,本文提出了一種改進的基于噪聲整形的脈沖編碼調制算法,用于高頻譜效率的數字移動前傳。采用改進的噪聲整形濾波器,進一步降低量化噪聲功率在OFDM信號的數據子載波上的分布,以及采用低通濾波器,從而獲得更好的旁瓣抑制比,以適應非同步業(yè)務對信號波形的要求。實驗結果表明,相比之前的NS-DPCM,信號量化噪聲比可以提高5.7dB,同時旁瓣抑制比也有~50dB的提高(見H.Li et al.,Technical Digest of ECOC’2018,2018.paper Tu3B.4.)。(4)針對基于頻分復用的信道聚合技術用于模擬移動前傳時,存在計算復雜度高的熱點問題,本文提出基于數字域碼分復用(CDM)的高頻譜效率低復雜度信道聚合技術。用符號選擇和加法的操作代替了快速傅里葉變換/快速傅里葉逆變換,相比于基于頻分復用的數字信道聚合,將實數乘法操作數降低至0次,同時保持了同樣的傳輸性能(見H.Li et al.,Technical digest of OFC’2017,2017.paper Th3A.5.)。(5)針對5G中多站點之間協(xié)作通信需要控制信息高質量、高頻譜效率傳輸的關鍵問題,本文提出了基于數字域碼分復用的控制信息與數據波形傳輸架構設計,將控制信號用正交幅度調制(QAM),并分配相應的正交碼,再與基帶OFDM信號一同經過CDM信道聚合,經過一條光纖鏈路傳輸。實驗結果表明,在接收光功率大于-22dBm的情況下,OFDM無線信號能高質量的恢復,同時16QAM控制信號可以無誤碼傳輸(見H.Li et al.,IEEE Photon.Journal,2018,10(2):Article#:7902710.)。(6)針對數字移動前傳頻譜效率低,以及當前數字移動前傳中降低量化噪聲的方法都是用相同數量的量化比特將每個基帶OFDM信號樣本點數字化,且這些方法難以進一步提升頻譜效率的現(xiàn)狀,本文提出了一種基于數字余弦變換(DCT)結合分段量化的數字移動前傳方案,將OFDM信號的實部、虛部分別經過DCT變換得到一組能量集中的系數,再對系數進行分段量化。實驗結果表明,相比CPRI,頻譜效率提高4~12倍(見H.Li et al.,Opt.Letters,2018,43(20):5130-5133.)。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.5

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本文編號：2721444