移动前传高速光纤传输系统关键技术研究

Owing to the continuous and rapid growth of mobile data traffic and multifarious service requirements of access network, the future mobile fronthaul system must meet the requirements of large bandwidth, low latency and the support for massive connections. At present, the 4G mobile fronthaul has problems of low bandwidth, high latency and poor scalability, which can not meet the demand of mobile fronthaul in the 5G and future mobile communication systems. Carrier aggregation based frequency division multiplexing scheme can effectively improve the spectral efficiency. However, its high peak-to-average power ratio (PAPR), serious linear and nonlinear distortion, high complexity for signal processing have become the key problems to be solved for the future large-capacity, low-latency and low-cost mobile fronthaul system. The project will focus on: 1) New modulation techniques with low PAPR; 2) Mechanisms of linear and nonlinear impairments in mobile fronthaul system, and new joint time-frequency domain equalization techniques; 3) Low-cost and low-complexity signal processing techniques. Through the above innovative researches and experimental verification, it is expected to make important breakthroughs in transmission capacity, system cost and transmission delay of mobile fronthaul system, and obtain research outcomes with independent intellectual property rights. The expected results will establish a solid foundation for the future application of high-speed mobile fronthaul system.

移动数据流量持续快速增长和多样性的业务接入需求使得未来移动前传系统必须满足大带宽、低时延和支持海量连接的要求。目前4G移动前传方案存在带宽利用率低、时延高和难以扩展等问题，不能满足5G及未来移动前传系统的需求。基于载波聚合的频分复用方案能有效提升频谱效率，但是其高峰均功率比、严重的线性与非线性损伤、高信号处理复杂度成为未来大容量、低延时、低成本的移动前传系统迫切需要解决的关键问题。本项目将重点研究：1）新型低峰均功率比的调制技术；2）移动前传系统线性与非线性损伤的产生机理以及新型时频域联合均衡技术；3）低成本、低复杂度的信号处理技术。通过以上创新性研究工作和科学实验验证，拟在移动前传的传输容量、系统成本、传输时延等方面实现重大突破，取得具有自主知识产权的研究成果，预期成果可为未来高速移动前传系统的应用奠定坚实基础。

随着移动互联网、大数据和云计算等数据业务持续爆炸式增长，光纤传输系统的容量面临不断扩容的压力。本项目针对未来移动前传的应用场景，研究新型的大容量并且兼顾时延和成本的光纤承载方案，在理论分析的支撑下，完成移动前传光传输系统器件成本受限场景下低复杂度的数字信号处理算法，从而补偿信道损伤和消除符号间、载波间干扰，以高谱效、大容量的移动前传光传输系统更好地应对未来高速移动通信网络所带来的挑战。因此，本项目旨在实现大容量、低成本的移动前传光传输系统，重点攻克高速移动前传系统中的三个关键技术难点：1）发端信号峰值平均功率比（PAPR）对系统性能的影响；2）信道损伤机理研究及均衡；3）低复杂度信号处理。.针对以上三项技术问题，本项目首先深入研究了降低PAPR的各项技术，发现预均衡的强度增大会导致发送信号的PAPR提升，从而增加数模转换器的量化噪声并降低信号的调制效率，因此需要合理调节预均衡的强度，并且与后滤波的强度进行组合，获得最优的传输性能，提出了一种联合预均衡和后均衡的算法，找到了最佳预均衡和后滤波组合，降低了系统的PAPR；在均衡信道损伤方面，研究了信道损伤机理，提出了一种记忆多项式结合判决反馈均衡器（MPE-DFE）的均衡结构，联合处理强度调制、直接检测系统中的色散和非线性损伤；在降低信号处理复杂度方面，提出了多种低复杂度载波间干扰消除算法、简化的软输出ISI消除算法，包括简化的球形译码算法、简化的最大似然检测算法、多种迭代检测级联树形搜索算法、简化的BCJR算法、固定状态Log-MAP算法等。.项目组在相关领域共发表论文21篇，其中SCI检索论文14篇，包括Optics Express，Optics Le tter，IEEE Journal of Lightwave Technology，IEEE Photonics Journal等光通信领域国际知名期刊，EI检索论文7篇，包括OFC、ACP等光通信领域顶级会议，申请了7项国家发明专利。 本项目的成果可有效支撑下一代大容量、高谱效移动前传光纤传输系统的发展，能够有效应对未来高速移动通信网络所带来的挑战，具有重要的科学意义和广泛的应用前景。