基于照明燈及電力線為載體的新型寬帶移動通信系統(tǒng)

(1)接入層

接入層主要由用戶設備及信息燈組成，信息燈為用戶設備提供網絡接入點，一個用戶設備可以同時與多個信息燈通信，形成分布式MIMO結構。用戶設備與信息燈之間的接口為空中接口(但是針對特殊要求的用戶設備可以提供有線接口)。這里的用戶設備泛指網絡支持的有接入需求的終端設備，比如手機、便攜式電腦、車載移動臺、定位設備等。

(2)信號處理層

信號處理層主要完成無線通信信號與電力線(或者光纖)通信信號的相互轉換，并實現部分分布式空時信號處理的功能，涵蓋3個子層：無線轉換子層、電力線轉換子層、處理子層。

(3)管理層

管理層負責分布式信號的管理，與核心網直接交互信息。

2 結構優(yōu)勢和技術挑戰(zhàn)

基于信息燈的新型移動通信系統(tǒng)以多天線分布式信號處理為核心信號處理技術，通過分布式信號管理技術實現分布式信息燈的管理和控制，較好地解決了移動通信發(fā)展過程中的4個根本性問題，并具有自身的結構優(yōu)勢：

(1)解決基站選址困難的問題

采用基于信息燈的分布式基站結構，解決了基站選址的難題，且基站完全隱蔽、美觀。

(2)解決手機輻射功率大的問題

GSM手機平均發(fā)射功率為1 W，CDMA手機的發(fā)射功率范圍一般在0.01 W～1 W；假設信息燈接入點距離手機的平均距離為10 m，傳統(tǒng)的GSM和CDMA基站距離手機的平均距離為250 m(保守值)，且分布式接入點和傳統(tǒng)基站接收機的干擾容限基本相同，根據電磁波自由空間傳播損耗規(guī)律，利用分布式信息燈接入的手機可比傳統(tǒng)的GSM和CDMA手機小28 dB的發(fā)射功率。可見，近距離的分布式信息燈接入方案使得實現超低輻射手機成為可能。

(3)解決傳統(tǒng)基站周圍強輻射問題

一般情況下，小區(qū)覆蓋半徑在100 m～500 m左右的CDMA基站的平均發(fā)射功率為0.25 W，按照和上面一樣的假設條件，如果采用分布式信息燈接入點，則最大可以節(jié)省1萬倍的廣播信道發(fā)射功率。

(4)避免使用熱點頻譜資源

基于信息燈的無線接入通信技術，其視距(LOS)信道發(fā)生的概率很高，而我們知道近距離LOS信道的衰落對載波頻率不敏感，這樣就為使用更高頻段(大于5 GHz)的頻譜提供了可能性。

(5)安全、美觀

無線接入點與照明燈集成在一起，在防火、防其他傷害上更安全，且外形美觀。

(6)方便、靈活、可控的接入

安裝在室內的信息燈接入點，可以完全根據用戶的需要，由用戶自主控制安裝、開關，就像安裝和開關燈泡一樣簡捷、方便，不會影響其他用戶的使用。

以信息燈為接入點的分布式移動通信系統(tǒng)是面向未來的一種全新無線移動通信體系架構，無論在物理層的分布式信號處理還是協(xié)議層的分布式信號管理等方面，都面臨著一些核心技術的挑戰(zhàn)，需要大量開創(chuàng)性的研究工作。這里僅列出部分關鍵的待研究問題：

(1)接入點與照明燈的集成

如何將具有通信功能的接入點與照明燈做到完美的結合是信息燈接入面臨的首要問題，這里的結合不能僅僅是接入點與照明燈的簡單拼湊和組合，而是接入點與照明燈的有機融合。

(2)無線通信與有線通信的轉換

在家庭、辦公室等室內接入環(huán)境下，信息燈與電力線相連，通過電力線通信實現信息的傳遞和交接，需要無線通信與有線通信的物理格式轉換，對處理芯片的要求較高。

(3)信息安全問題

電力線是典型的共享傳輸媒質，如何保證電力線傳輸的私有信息安全性仍然是一個開放性的課題，電力線標準化組織采用數據加密標準(DES)作為暫時的解決方案，文獻[9]和文獻[10]中有較為詳細的討論。

(4)分布式信號的資源管理

信息燈接入點雖然在接入功能上與傳統(tǒng)基站有類似之處，但接入點的數量將大幅度增加，且地理分布特性具有相當的自由度，這些都是傳統(tǒng)的無線資源管理方法無法應對的，需要從分布式信號管理的理念、思維方式、操作層面等角度綜合設計。

(5)近距離信道特性

信息燈的應用環(huán)境決定了接入距離與傳統(tǒng)移動通信相比會減少很多，需要對這種近距離接入的MIMO信道特性進行科學測量和合理建模。