基于照明燈及電力線為載體的新型寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)

移動(dòng)通信技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展最快的通信技術(shù)之一，每一次概念和技術(shù)的突破都實(shí)現(xiàn)了工程上的飛躍并帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益[1]。蜂窩概念的提出成功實(shí)現(xiàn)了第1代移動(dòng)通信系統(tǒng)[2]，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和器件的成熟促進(jìn)了以全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)為標(biāo)志的第2代移動(dòng)通信的蓬勃發(fā)展，而寬帶碼分多址(WCDMA)的商用和多媒體技術(shù)的提出則充分滿足了當(dāng)時(shí)對(duì)第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)的功能要求[3]。

為了使未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)能夠支持更大的系統(tǒng)容量，以多輸入多輸出(MIMO)為代表的多天線收發(fā)技術(shù)得到發(fā)展并成為無(wú)線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[4-5]。

考慮到下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)不僅要求比第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)具有更快的傳輸速率、更大的系統(tǒng)容量和更高的頻譜利用率，還要考慮更低的功率消耗、更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(面臨多種通信網(wǎng)絡(luò)體制的共存)等問(wèn)題，因此，尤其要徹底解決移動(dòng)通信發(fā)展過(guò)程中的4個(gè)根本性問(wèn)題：

基站選址困難問(wèn)題

手機(jī)輻射功率大的問(wèn)題[6-8]

傳統(tǒng)基站周?chē)鷱?qiáng)輻射問(wèn)題

5GHz以下的無(wú)線電頻譜相當(dāng)昂貴

為了較好地解決以上4個(gè)移動(dòng)通信發(fā)展過(guò)程中面臨的“瓶頸”問(wèn)題，并滿足未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)容量、傳輸速率等方面的高性能要求，本文以多天線信號(hào)處理為核心技術(shù)，提出基于信息燈(IL)的面向未來(lái)的新型移動(dòng)通信系統(tǒng)架構(gòu)，給出室內(nèi)外接入的典型場(chǎng)景，討論圍繞信息燈網(wǎng)絡(luò)所涉及的相關(guān)技術(shù)。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

考慮到室內(nèi)及室外的照明燈已覆蓋城區(qū)的現(xiàn)實(shí)，只要用戶身在城區(qū)中，就有一個(gè)照明燈離其很近。將無(wú)線接入點(diǎn)集成在照明燈中，組成具有信息收發(fā)功能的信息燈。

在上行鏈路上，基于信息燈的無(wú)線接入點(diǎn)接收到的信號(hào)通過(guò)電力線傳輸?shù)街行男盘?hào)處理器，完成信號(hào)處理過(guò)程。在下行鏈路上，中心信號(hào)處理器發(fā)出的信息通過(guò)電力線、信息燈中的無(wú)線接入點(diǎn)傳給無(wú)線接收裝置(如移動(dòng)臺(tái)等)。

1.1室內(nèi)外典型場(chǎng)景

室內(nèi)基于信息燈的無(wú)線接入場(chǎng)景如圖1所示，在照明燈中集成了通信信號(hào)接入點(diǎn)(AP)，室內(nèi)的無(wú)線入網(wǎng)設(shè)備(如筆記本電腦、PDA、手機(jī)等終端)可以與一個(gè)或者多個(gè)接入點(diǎn)同時(shí)建立連接，如果終端設(shè)備本身具有多個(gè)天線，那么將形成具有分布式特征的MIMO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

信息燈中的無(wú)線接入點(diǎn)完成部分信號(hào)處理功能，且與照明用的電力線相連，通過(guò)電力線與外圍的中心信號(hào)處理器通信。通信信號(hào)通過(guò)信號(hào)分離/耦合器實(shí)現(xiàn)與電力線的分離和加載。分離后的通信信號(hào)利用電力線(或經(jīng)轉(zhuǎn)換后使用光纖等其他媒質(zhì))傳給中心信號(hào)處理器，在中心信號(hào)處理器中實(shí)現(xiàn)電力線信號(hào)和一部分分布式空時(shí)信號(hào)的處理。

室外基于信息燈的無(wú)線接入場(chǎng)景如圖2所示，這里選擇戶外的路燈作為無(wú)線接入點(diǎn)，手機(jī)終端、車(chē)載臺(tái)等通過(guò)周?chē)亩鄠€(gè)路燈接入點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)。路燈接入點(diǎn)通過(guò)電力線、光纖或者同軸電纜與中心信號(hào)處理器相連，實(shí)現(xiàn)與主干網(wǎng)的通信。

1.2網(wǎng)絡(luò)層次模型

圖3給出了基于信息燈的新型移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層次模型，從用戶端到核心網(wǎng)(至底向上)共分為3個(gè)主要層次：接入層、信號(hào)處理層和管理層。其中，信號(hào)處理層還可以分為3個(gè)子層：無(wú)線轉(zhuǎn)換子層、電力線轉(zhuǎn)換子層和處理子層。各層功能如下：