5G移动通信网络中的光纤：无线融合技术

目 录
第1章 5G及未来通信网络中面向光纤-无线融合的前传/回传解决方案 1
1.1 简介 1
1.2 蜂窝网络的接口与实现方案 2
1.2.1 MBH/MFH架构 2
1.2.2 MBH/MFH传送网的融合 3
1.3 5G的关键性使能技术 4
1.3.1 超密度网络 4
1.3.2 C-RAN和RAN虚拟化 4
1.3.3 无线电区域协调 6
1.3.4 毫米波蜂窝 7
1.3.5 大规模MIMO(M-MIMO) 8
1.3.6 5G网络中的新型多载波调制 8
1.4 光纤-无线网络覆盖 9
1.5 光载无线电传输方案 10
1.5.1 数字光载无线电(D-RoF)传输 10
1.5.2 模拟光载无线电(A-RoF)传输 10
1.6 光纤MBH/MFH传送网中的复用方案 11
1.6.1 基于波分复用(WDM)的方案 11
1.6.2 基于空分复用(SDM)的方案 12
1.7 基于无线技术的MBH/MFH方案 16
1.7.1 FSO系统 16
1.7.2 混合RF/FSO技术 19
1.7.3 中继辅助的FSO传输技术 19
1.8 信道的实验测量与特性分析 20
1.9 实验结果与讨论 21
1.10 结论 22
致谢 22
参考文献 23
第2章 面向5G的GPON混合光纤-无线(HFW)拓展技术 29
2.1 简介 29
2.2 无源光网络 30
2.2.1 GPON和EPON标准 30
2.3 基于无线技术的光链路实现透明的无线接入延伸 31
2.3.1 基于相干RoF(CRoF)的光链路实现透明的无线接入延伸 32
2.4 关键光子学与电子学使能技术 33
2.4.1 相干光子混频器 33
2.4.2 单边带马赫-曾德尔调制器 37
2.4.3 用于GPON扩展的E波段高功率放大器 39
2.4.4 集成无线接入单元 42
2.5 基于无线拓展的2.5 Gbps GPON现场实验 44
2.5.1 Rx吞吐量与丢包 49
2.5.2 延时 49
2.5.3 抖动 50
2.6 结论 50
参考文献 51
第3章 融合接入网-城域网中的软件定义网络和网络功能虚拟化技术 53
3.1 简介 53
3.2 5G需求驱动网络的融合与虚拟化 54
3.3 接入网与城域网的融合 57
3.3.1 长距离无源光网络 58
3.3.2 支持5G网络、网络虚拟化和移动功能分割的新型网络架构 60
3.4 CO的功能整合与虚拟化 63
3.4.1 基础设施 64
3.4.2 管理与控制 67
3.4.3 交叉层组件 70
3.5 结论 71
参考文献 71
第4章 5G前传链路演进中的多芯光纤技术 77
4.1 为何5G通信需要光空间复用技术 77
4.2 多芯光纤传输技术回顾 79
4.2.1 同构MCF 80
4.2.2 异构MCF 81
4.3 多芯光纤链路在无线接入网中的应用 82
4.3.1 中心局与基站之间的基本MCF链路 84
4.3.2 基于MCF的RoF C-RAN 85
4.3.3 基于MCF的DRoF C-RAN 87
4.4 基于多芯光纤的微波信号处理 89
4.4.1 同构MCF链路中的信号处理 91
4.4.2 同构MCF多腔器件中的信号处理 93
4.5 结论 96
参考文献 96
第5章 面向5G的VLC与WiFi网络技术及架构 101
5.1 简介 101
5.2 无线光通信(OWC)系统 103
5.3 可见光通信(VLC)系统基础 105
5.4 VLC当前和未来可能的应用领域 108
5.4.1 水下无线通信领域中的应用 110
5.4.2 民航与航空领域中的应用 111
5.4.3 医院中的应用 111
5.4.4 车载通信系统中的应用 112
5.4.5 一些敏感区域中的应用 112
5.4.6 制造和工业中的应用 112
5.4.7 零售商店中的应用 113
5.4.8 消费电子领域的应用 113
5.4.9 物联网中的应用 113
5.4.10 其他领域中的应用 114
5.5 混合VLC/RF网络 114
5.6 挑战与尚未解决的问题 115
5.6.1 光源的闪烁与调光 116
5.6.2 数据传输速率的提升 116
5.7 结论 117
致谢 117
参考文献 118
第6章 5G RAN：关键射频技术与硬件实现的挑战 122
6.1 简介 122
6.2 基于5G NR 的应用案例 123
6.2.1 eMBB与URLLC 123
6.2.2 向5G迁移 124
6.3 5G RAN的无线电使能技术 125
6.3.1 大规模MIMO(M-MIMO) 125
6.3.2 载波聚合与授权辅助下的未授权频谱接入 128
6.3.3 双连接 129
6.3.4 设备到设备(D2D)通信 130
6.4 硬件的实现 131
6.4.1 硬件缺陷――发射机 131
6.4.2 硬件缺陷―接收机 133
6.4.3 硬件缺陷―收发机 133
6.5 实现技术与制造的挑战 134
6.6 结论 135
参考文献 136
第7章 面向5G应用的毫米波天线设计 140
7.1 简介 140
7.2 天线的设计与设计过程 143
7.3 天线的优化与分析 144
7.3.1 接地面长度(GL)的影响 144
7.3.2 微带馈线位置(FP)的影响 144
7.3.3 基板类型的影响 146
7.4 具有带阻特性的毫米波天线设计 146
7.5 具有负载电容的毫米波天线设计 149
7.6 结论 153
致谢 154
参考文献 154
第8章 光纤-毫米波无缝融合系统中的无线信号封装 159
8.1 简介 159
8.2 信号封装的原理 160
8.2.1 下行传输系统 160
8.2.2 上行传输系统 163
8.3 信号封装举例 164
8.3.1 下行方向传输 164
8.3.2 上行方向传输 169
8.3.3 毫米波链路的传输距离 173
8.4 结论 176
参考文献 176
第9章 5G网络中的光传感技术 180
9.1 简介 180
9.2 光纤通信网络：侵入手段 182
9.3 光纤通信光缆的物理层保护 184
9.3.1 基于位置的光纤传感器 186
9.3.2 基于位置点的光纤传感器 188
9.3.3 基于区域的光纤传感器 189
9.4 优化设计与性能分析 191
9.4.1 性能参数 191
9.4.2 对于鲁棒信号处理方法的需求 191
9.4.3 系统的安装与技术适用性 192
9.5 结论 194
参考文献 194
0章 基于5G FiWi架构的触觉互联网 198
10.1 简介 198
10.2 TI科技： 的进展与挑战 205
10.3 相关的研究工作 207
10.4 构建于AI增强的FiWi网络上、以HITL为中心的远程互操作 209
10.5 在基于多机器人FiWi的TI基础设施上实现以HART为中心的任务分配 215
10.6 结论 221
参考文献 221
1章 5G网络中云无线接入网(C-RAN)的能效：机遇与挑战 226
11.1 简介 226
11.1.1 环境因素 227
11.1.2 经济利益 228
11.2 标准化的能效指标(绿色指标) 230
11.2.1 单位用户的功率、流量与距离/覆盖范围的比率 231
11.2.2 以W/Gbps计的能耗率(ECR) 231
11.2.3 通信系统的能效比(TEER) 232
11.2.4 通信设备的能效比(TEEER) 232
11.3 5G网络中防止能源危机的绿色设计 232
11.3.1 硬件解决方案 233
11.3.2 网络规划与部署 235
11.3.3 资源分配 236
11.3.4 能量收集(EH)与传输 236
11.4 基于光纤的高能效网络 238
11.4.1 零功率RAU PoF系统 239
11.4.2 电池供电的RRH PoF网络 239
11.5 系统与功耗模型 240
11.5.1 远端单元的功耗 242
11.5.2 集中式单元的功耗 242
11.5.3 前传网络的功耗 242
11.5.4 大规模MIMO的能效 243
11.6 仿真结果与讨论 245
11.7 结论 246
致谢 246
参考文献 247
2章 面向5G时代雾计算增强的FiWi网络 251
12.1 背景及研究意义 251
12.1.1 下一代PON及未来的发展 251
12.1.2 FiWi宽带接入网 253
12.1.3 雾计算的角色 254
12.1.4 计算迁移 255
12.1.5 一些关键问题与本章的贡献 257
12.2 雾计算增强的FiWi网络 259
12.2.1 网络架构 259
12.2.2 协议描述 260
12.3 分析 262
12.3.1 生存性分析 262
12.3.2 端到端延时分析 264
12.4 执行与验证 265
12.4.1 实验测试平台 266
12.4.2 实验分析结果 266
12.5 结论与展望 269
12.5.1 结论 269
12.5.2 展望 270
参考文献 271
3章 5G网络技术的经济与商业可行性分析 275
13.1 简介 275
13.2 移动网络回传技术 277
13.3 技术-经济框架 280
13.3.1 网络架构模块 281
13.3.2 网络拓扑模块 281
13.3.3 市场模块 282
13.3.4 网络规模设计工具 282
13.3.5 成本模块 282
13.3.6 网络整体拥有成本(TCO)模块 283
13.3.7 商业模型 285
13.3.8 技术-经济模块 285
13.4 案例分析 286
13.4.1 方法/场景的应用 286
13.4.2 技术-经济评估结果 289
13.4.3 敏感性分析 292
13.5 结论 294
参考文献 294