0 引言

　　近年来，高速移动通信场景（如高铁移动通信）对密度和吞吐量的要求越来越高，这不仅带来了巨大的数据流量问题[1-2]，也使得毫米波通信受到了广泛的关注。基于毫米波频段的第五代移动通信技术（5G）可用带宽能够达到数十吉赫兹[3-4]，且能提供高速数据传输，但会导致无线接入网络（RAN）中的数据流量严重过载。通常使用的数字光子链路（如公共无线电接口）会使RAN所需的容量呈爆炸式增长，在使用多输入多输出（MIMO）技术时这个问题更为显著[5-7]。另外，由于公共无线电接口格式数字帧的射频（RF）信号数字化过程需要非常大的传输容量。因此，在基于毫米波的5G网络中，移动前传链路的带宽瓶颈将无法避免[8-9]。

　　文献中关于网络融合的典型研究方向包括正交频分复用（OFDM）在光纤无线电（RoF）系统中的应用方

案[10-11]，以提高频谱利用率并减少符号间干扰（ISI）。但该方案没有处理由高迁移率引起的双重色散，即多径传播效应引起的时间色散和多普勒频移引起的频率色散。同时，在实际高铁移动通信场景中，还存在信号接收和发射天线无法做到绝对垂直，以及列车高速变化的相对位移会引起多普勒频移，导致OFDM中的载波间干扰（ICI）大幅增高并降低无线链路的传输性

能[12]等情况。联合对抗ISI和ICI的一种典型方法是使用脉冲整形系统来优化时频域中的脉冲形状[13-14]。但该方法不能有效地满足多普勒频移的需要[15]。除此之外，与RoF 链路相关的损耗（例如非线性失真和噪声）将对生成的毫米波信号质量产生不利影响，信号与毫米波频段之间上变频和下变频时的损耗也会对传输的无线信号（尤其是基于OFDM的无线信号）造成较大影响[16-18]。虽然5G系统中的OFDM采用了更大、更灵活的子载波间隔设计，但子载波间隔的增加将导致循环前缀（CP）和抗多径干扰能力较差，不能同时满足时频双选信道的要求[19]。另外，由于列车与地面的高速相对运动和实际无线传输系统内天线的倾角等问题，多普勒频率高且变化快，会引起接收信号的不稳定性，严重影响列车的通信性能和质量。

　　为实现高带宽需求、高服务质量（QoS）的高铁专用接入网，有学者提出了一种基于RoF技术的线性蜂窝网络，结合“移动蜂窝”的概念[20-21]，无需执行基站（BS）间的硬切换过程[22-23]，可用于高铁移动通信场景中移动用户高效通信，并且针对RoF技术在高铁移动通信场景中的应用做了仿真和现场验证[24-25]。然而，如何克服多普勒频移对高铁移动通信质量的影响仍然是一个尚未解决的问题。

　　正交时频空间（OTFS）技术[26]可被直接用在时延多普勒（DD）域中调制数据，并在时频域中传播，在双色散信道中具有比 OFDM 更好的性能，被认为是OFDM或单载波频分多址（SC-FDMA）的扩展。与OFDM相比，OTFS不仅可以很好地利用接收信号的衰减和功率变化来最大化系统容量，还可以有效抵抗多普勒引起的频移[27-29]。因此，具有稳定数据速率和较低误包率的OTFS调制为解决高铁移动通信场景中的一系列难题提供了新的途径[26]，可以考虑将该调制方式运用在RoF前传链路中。

　　为实现宽带无线信号分配，抵抗多普勒引起的高铁信号频移，本文提出将RoF和OTFS调制技术融合应用于高铁移动通信链路中。

3 结束语

　　本文提出了基于RoF和OTFS调制技术的新型高铁移动通信双层链路结构，并通过OptiSystem和Matlab仿真平台联合仿真验证了在高速移动通信场景中，OTFS的性能优势比OFDM更大，推测其在5G通信融合中可以替代OFDM技术。本文的研究既能够利用RoF技术大带宽、高速率的传输特性，又可以在无线传输时尽量避免高移动性带来的信号不稳定困扰。尽管如此，该项技术仍需改进，未来可能的研究和探索的相关方向总结如下：

　　1）OTFS导频设计、信道估计、多址接入和接收机技术是国内外当前的研究热点，但RoF技术在5G高铁通信领域的融合方面并没有得到充分的探索。在现有的高铁移动通信双层链路方案中，为了简化BS接收机，降低成本，所有转换模块都尽可能放在CS，以提高信号的传输速率，文献[32]提到的正交时间序列复用（OTSM）技术可将所有的转换模块都尽可能地放在CS，以提高信号的传输速率的问题；

　　2）基于OTFS调制的系统设计需要兼容现有通信标准中的OFDM调制。在解决OFDM调制面临的高速移动时频双信道选择问题的同时，尽可能保持其灵活性和固有优势，推测可以通过前向纠错编码方式能进一步降低其BER；

　　3）在仿真中无法完全模拟实际应用中需要考虑的地形、风向、天气等因素，并且与仿真实验不同的是，现实条件下无线链路的传输损耗会增大且损耗的类型也会更为复杂，现场实验时应注意对该部分先进行勘测和估计。