基于照明燈及電力線為載體的新型寬帶移動通信系統

移動通信技術是當前發展最快的通信技術之一，每一次概念和技術的突破都實現了工程上的飛躍并帶來了巨大的經濟效益[1]。蜂窩概念的提出成功實現了第1代移動通信系統[2]，數字信號處理技術和器件的成熟促進了以全球移動通信系統(GSM)為標志的第2代移動通信的蓬勃發展，而寬帶碼分多址(WCDMA)的商用和多媒體技術的提出則充分滿足了當時對第3代移動通信系統的功能要求[3]。

為了使未來移動通信系統能夠支持更大的系統容量，以多輸入多輸出(MIMO)為代表的多天線收發技術得到發展并成為無線通信領域的研究熱點之一[4-5]。

考慮到下一代移動通信系統不僅要求比第3代移動通信系統具有更快的傳輸速率、更大的系統容量和更高的頻譜利用率，還要考慮更低的功率消耗、更復雜的網絡環境(面臨多種通信網絡體制的共存)等問題，因此，尤其要徹底解決移動通信發展過程中的4個根本性問題：

基站選址困難問題

手機輻射功率大的問題[6-8]

傳統基站周圍強輻射問題

5GHz以下的無線電頻譜相當昂貴

為了較好地解決以上4個移動通信發展過程中面臨的“瓶頸”問題，并滿足未來移動通信系統對容量、傳輸速率等方面的高性能要求，本文以多天線信號處理為核心技術，提出基于信息燈(IL)的面向未來的新型移動通信系統架構，給出室內外接入的典型場景，討論圍繞信息燈網絡所涉及的相關技術。

1 系統總體結構

考慮到室內及室外的照明燈已覆蓋城區的現實，只要用戶身在城區中，就有一個照明燈離其很近。將無線接入點集成在照明燈中，組成具有信息收發功能的信息燈。

在上行鏈路上，基于信息燈的無線接入點接收到的信號通過電力線傳輸到中心信號處理器，完成信號處理過程。在下行鏈路上，中心信號處理器發出的信息通過電力線、信息燈中的無線接入點傳給無線接收裝置(如移動臺等)。

1.1室內外典型場景

室內基于信息燈的無線接入場景如圖1所示，在照明燈中集成了通信信號接入點(AP)，室內的無線入網設備(如筆記本電腦、PDA、手機等終端)可以與一個或者多個接入點同時建立連接，如果終端設備本身具有多個天線，那么將形成具有分布式特征的MIMO系統結構。

信息燈中的無線接入點完成部分信號處理功能，且與照明用的電力線相連，通過電力線與外圍的中心信號處理器通信。通信信號通過信號分離/耦合器實現與電力線的分離和加載。分離后的通信信號利用電力線(或經轉換后使用光纖等其他媒質)傳給中心信號處理器，在中心信號處理器中實現電力線信號和一部分分布式空時信號的處理。

室外基于信息燈的無線接入場景如圖2所示，這里選擇戶外的路燈作為無線接入點，手機終端、車載臺等通過周圍的多個路燈接入點接入網絡。路燈接入點通過電力線、光纖或者同軸電纜與中心信號處理器相連，實現與主干網的通信。

1.2網絡層次模型

圖3給出了基于信息燈的新型移動通信系統的網絡層次模型，從用戶端到核心網(至底向上)共分為3個主要層次：接入層、信號處理層和管理層。其中，信號處理層還可以分為3個子層：無線轉換子層、電力線轉換子層和處理子層。各層功能如下：