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多维无线信号高效光纤传输与处理技术研究

陈皓  
【摘要】:随着科技发展的日新月异,人们对移动数据的需求逐年剧增,无线接入方式也在发生着巨大的变革。5G技术将采用更高频率的无线信号承载数据、传感等业务,与此同时,传统移动接入方式也仍然会依靠各自独特的优势活跃在通信领域的舞台。未来的移动网络必然是一个融合数据接入和传感的多业务共存网络。移动接入数据流量80%以上均发生在室内场景,为了实现室内的无缝无线覆盖,必须采用分布式天线网络架构。传统的分布式天线网络架构采用射频电缆加干线放大器的方式,并不适合未来的移动网络发展趋势。高频段无线信号的电缆传输损耗和空间传输损耗都比较大,延用传统架构必须增加大量的天线单元和放大器。而且由于多种移动业务无法共享网络架构,重复网络建设导致成本高企。光载无线系统由于其低损耗、大带宽等优势成为未来分布式天线系统发展趋势之一。各种不同业务不同频段的无线信号可以通过副载波复用的方式共用光纤通道,节约网络建设成本;光纤的低损耗可以实现无线信号长距离无放大的覆盖;光载无线系统把数据处理模块集中在中心站,远端结构简单,便于增加远端单元覆盖密度。光载无线系统通过光纤传输无线信号,追求高保真;下行链路发射无线信号,追求高功率效率;上行链路采集无线传感信息,追求高精度。然而,多频段光载无线系统在三个方面均带来了新的挑战。第一,在光纤传输时,多频段光载无线系统的非线性导致传输信号质量下降;第二,在无线信号发射时,由于多载波调制格式无线信号的峰均功率比高,多频段光载无线系统的非线性导致系统功率效率降低;第三,在无线信号采集时,光载无线系统多频信号的频谱干扰导致无线定位精度不足。针对传输性能、系统功效、定位精度所面临的挑战,论文取得了三项创新性研究成果:针对多频段光载无线系统的非线性导致传输信号质量下降的问题,提出了多维预失真技术,该技术构造了一个与光载无线系统非线性互为反函数的模型,实现整体链路的线性化。实验证明,多维预失真相比传统预失真技术对链路性能有大幅度提升,相同输入功率情况下,接收信号EVM能从约4%降低到1%左右。多维预失真技术能有效提高多频段光载无线系统的信号传输质量。针对多频段光载无线系统的非线性导致系统功率效率降低的问题,论文提出了多维峰值削减技术,该技术对高峰均功率比信号进行峰值削减,使系统工作点更接近系统的非线性区,并结合多维预失真技术,进一步提高链路性能和功率效率。实验证明,使用多维峰值削减结合多维预失真能够比单独使用多维预失真更进一步提高系统性能,相同输入功率情况下,输出EVM能从约11%降低到7%左右。使用多维峰值削减也能使系统的输入功率有更进一步的提升,相同直流功耗情况下提高系统发射信号功率,等效于提高系统的功率效率。针对光载无线系统多频信号的频谱干扰导致无线定位精度的不足的问题,提出了一种新型频率估计技术。新技术只利用采集信号DFT变换后的三个采样点即可对采集信号的频率进行高精度的频率估计。在单频估计中,新技术充分考虑到DFT频谱估计中的栅栏效应和负频谱泄漏,而且不需要进行加窗处理。仿真证明,所提出算法在高斯白噪声下相比现有方法在测量精度上有大幅提升,由于不需要时域加窗,在计算复杂度上也比现有方法更有优势。针对多频信号的频率估计,论文又提出迭代方法消除各频率之间的干扰。进而,论文在光载无线链路中对信号进行了频率估计实验,实验结果证明,在不同信噪比下,论文提出算法比现有算法均有明显性能提升。论文研究成果目前已经受到华为公司、富士通公司的关注,希望能在无线接入和物联网领域发挥更大的作用。


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