引用本文:
杨慧,王睿,沙彬斌. 新型多载波调制技术在无源光网络中的研究现状[J]. 光通信技术,2020,44(5):18-22.
杨 慧,王 睿,沙彬斌
(西南交通大学 信息科学与技术学院,成都 610031)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为了满足当前日益增长的带宽需求,下一代接入网络将支持单波长50 Gb/s及以上的传输速率,同时确保以经济高效的方式与传统网络共存。基于数字信号处理的先进的调制和检测技术是实现该目标的有力支撑,能为大规模接入和多场景多业务承载提供很好的支持。描述了几种新型多载波调制技术的产生原理和主要特点,总结了其在无源光网络(PON)中的研究现状和存在的问题,并结合下一代PON的诉求提出了研究方向建议。
关键词:正交频分复用;滤波器组多载波传输;通用滤波多载波传输;广义频分复用传输;无源光网络
中图分类号:TN913.7.3 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)05-0018-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.05.005
0 引言
宽带接入网作为我国经济社会发展的战略性公共基础设施,在国家战略层面的地位日益提升[1]。无源光网络(PON)技术由于具有容量大、损耗小、带宽安全和灵活性高等优势成为了宽带接入的理想选择,在接入领域获得了广泛的研究和应用。随着万物互联时代的到来,一些新型业务诸如5G移动X-TRAP、边缘计算和高清视频分发等正在改变对未来接入网络的需求[2]。为满足持续增长的带宽需求和支持未来的移动业务,下一代PON需要支持单波长传输速率超过
50 Gb/s,同时以低成本方式与原接入系统共存[3]。因此,发展高带宽、低成本、低延迟和高灵活性的PON技术在现阶段显得尤为重要。
从成本功耗的角度考虑,遵循平方律检波原理的直接检测凭借低成本、低功耗、可插拔和体积小等优势被认为是PON的首选接收方案。过去广泛采用的调制格式是二进制振幅键控(OOK)调制,该调制格式实现简单且功耗低。但OOK调制频谱利用率低,且在高速传输时由于光纤色散效应会带来严重的传输损伤,极大地限制了直接检测系统的传输距离。为了满足下一代PON的诉求,2007年,美国NEC实验室提出基于正交频分复用的PON(OFDM-PON)方案,将基于DSP的多载波调制技术引入到了光接入网领域[4]。OFDM技术凭借其优良的抗色散性能、高频谱效率、良好的兼容性以及其作为多址技术的灵活性,成为了研究领域关注的焦点。但是,OFDM调制存在峰均比(PAPR)较高、旁瓣泄漏高且衰减慢和对时频同步要求高等缺陷[5]。预编码[6]、自适应技术[7,8]和调整定时偏移[9]等方案被提出来解决上述问题,但以上方案在改进性能的同时会带来较高的代价,难以得到广泛应用。随着5G传输技术不断研究和发展,一些新型多载波调制技术被提出应用于新的网络架构和应用场景。其中,广受关注的主要有:滤波器值多载波(FBMC)、通用滤波多载波(UFMC)和广义频分复用(GFDM)。在无线通信领域,研究人员对这3种调制技术的传输性能、复杂度和灵活性等方面进行了大量的研究。本文综述近年来这3种新型多载波调制技术在PON中的研究现状,分析研究中存在的问题,并指出其可能的研究方向。
5 结束语
现代信息技术的高速发展不断催生新的带宽需求,信息流的高速交互与处理对PON传输速率提升提出了迫切的需求。由于PON对系统复杂度和成本较为敏感,因此低成本、易实现的调制技术成为下一代高速PON系统的关键技术之一。本文调研了目前广受关注的FBMC、UFMC和GFDM这3种调制技术在PON中的研究现状,分析了3种技术方案的发展瓶颈,并提出了下一步研究方向的建议。目前,基于多载波调制技术的PON受限于其数字处理技术和器件成本,尚未大规模部署商用,不过随着市场需求的刺激、半导体产业的高速发展以及人工智能技术等新型工具的出现和批量生产成本的下降,该问题有可能会迎刃而解。基于新型多载波调制技术的PON系统实现有大量值得研究和讨论的重要基础科学问题,对这些问题的研究既为更多场景的应用提供了技术支持,也有助于探索未来PON演进的方向。