基于照明燈及電力線為載體的新型寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)

(1)接入層

接入層主要由用戶(hù)設(shè)備及信息燈組成，信息燈為用戶(hù)設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，一個(gè)用戶(hù)設(shè)備可以同時(shí)與多個(gè)信息燈通信，形成分布式MIMO結(jié)構(gòu)。用戶(hù)設(shè)備與信息燈之間的接口為空中接口(但是針對(duì)特殊要求的用戶(hù)設(shè)備可以提供有線接口)。這里的用戶(hù)設(shè)備泛指網(wǎng)絡(luò)支持的有接入需求的終端設(shè)備，比如手機(jī)、便攜式電腦、車(chē)載移動(dòng)臺(tái)、定位設(shè)備等。

(2)信號(hào)處理層

信號(hào)處理層主要完成無(wú)線通信信號(hào)與電力線(或者光纖)通信信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換，并實(shí)現(xiàn)部分分布式空時(shí)信號(hào)處理的功能，涵蓋3個(gè)子層：無(wú)線轉(zhuǎn)換子層、電力線轉(zhuǎn)換子層、處理子層。

(3)管理層

管理層負(fù)責(zé)分布式信號(hào)的管理，與核心網(wǎng)直接交互信息。

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)和技術(shù)挑戰(zhàn)

基于信息燈的新型移動(dòng)通信系統(tǒng)以多天線分布式信號(hào)處理為核心信號(hào)處理技術(shù)，通過(guò)分布式信號(hào)管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)分布式信息燈的管理和控制，較好地解決了移動(dòng)通信發(fā)展過(guò)程中的4個(gè)根本性問(wèn)題，并具有自身的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)：

(1)解決基站選址困難的問(wèn)題

采用基于信息燈的分布式基站結(jié)構(gòu)，解決了基站選址的難題，且基站完全隱蔽、美觀。

(2)解決手機(jī)輻射功率大的問(wèn)題

GSM手機(jī)平均發(fā)射功率為1 W，CDMA手機(jī)的發(fā)射功率范圍一般在0.01 W～1 W；假設(shè)信息燈接入點(diǎn)距離手機(jī)的平均距離為10 m，傳統(tǒng)的GSM和CDMA基站距離手機(jī)的平均距離為250 m(保守值)，且分布式接入點(diǎn)和傳統(tǒng)基站接收機(jī)的干擾容限基本相同，根據(jù)電磁波自由空間傳播損耗規(guī)律，利用分布式信息燈接入的手機(jī)可比傳統(tǒng)的GSM和CDMA手機(jī)小28 dB的發(fā)射功率。可見(jiàn)，近距離的分布式信息燈接入方案使得實(shí)現(xiàn)超低輻射手機(jī)成為可能。

(3)解決傳統(tǒng)基站周?chē)鷱?qiáng)輻射問(wèn)題

一般情況下，小區(qū)覆蓋半徑在100 m～500 m左右的CDMA基站的平均發(fā)射功率為0.25 W，按照和上面一樣的假設(shè)條件，如果采用分布式信息燈接入點(diǎn)，則最大可以節(jié)省1萬(wàn)倍的廣播信道發(fā)射功率。

(4)避免使用熱點(diǎn)頻譜資源

基于信息燈的無(wú)線接入通信技術(shù)，其視距(LOS)信道發(fā)生的概率很高，而我們知道近距離LOS信道的衰落對(duì)載波頻率不敏感，這樣就為使用更高頻段(大于5 GHz)的頻譜提供了可能性。

(5)安全、美觀

無(wú)線接入點(diǎn)與照明燈集成在一起，在防火、防其他傷害上更安全，且外形美觀。

(6)方便、靈活、可控的接入

安裝在室內(nèi)的信息燈接入點(diǎn)，可以完全根據(jù)用戶(hù)的需要，由用戶(hù)自主控制安裝、開(kāi)關(guān)，就像安裝和開(kāi)關(guān)燈泡一樣簡(jiǎn)捷、方便，不會(huì)影響其他用戶(hù)的使用。

以信息燈為接入點(diǎn)的分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)是面向未來(lái)的一種全新無(wú)線移動(dòng)通信體系架構(gòu)，無(wú)論在物理層的分布式信號(hào)處理還是協(xié)議層的分布式信號(hào)管理等方面，都面臨著一些核心技術(shù)的挑戰(zhàn)，需要大量開(kāi)創(chuàng)性的研究工作。這里僅列出部分關(guān)鍵的待研究問(wèn)題：

(1)接入點(diǎn)與照明燈的集成

如何將具有通信功能的接入點(diǎn)與照明燈做到完美的結(jié)合是信息燈接入面臨的首要問(wèn)題，這里的結(jié)合不能僅僅是接入點(diǎn)與照明燈的簡(jiǎn)單拼湊和組合，而是接入點(diǎn)與照明燈的有機(jī)融合。

(2)無(wú)線通信與有線通信的轉(zhuǎn)換

在家庭、辦公室等室內(nèi)接入環(huán)境下，信息燈與電力線相連，通過(guò)電力線通信實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和交接，需要無(wú)線通信與有線通信的物理格式轉(zhuǎn)換，對(duì)處理芯片的要求較高。

(3)信息安全問(wèn)題

電力線是典型的共享傳輸媒質(zhì)，如何保證電力線傳輸?shù)乃接行畔踩匀匀皇且粋€(gè)開(kāi)放性的課題，電力線標(biāo)準(zhǔn)化組織采用數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(DES)作為暫時(shí)的解決方案，文獻(xiàn)[9]和文獻(xiàn)[10]中有較為詳細(xì)的討論。

(4)分布式信號(hào)的資源管理

信息燈接入點(diǎn)雖然在接入功能上與傳統(tǒng)基站有類(lèi)似之處，但接入點(diǎn)的數(shù)量將大幅度增加，且地理分布特性具有相當(dāng)?shù)淖杂啥?，這些都是傳統(tǒng)的無(wú)線資源管理方法無(wú)法應(yīng)對(duì)的，需要從分布式信號(hào)管理的理念、思維方式、操作層面等角度綜合設(shè)計(jì)。

(5)近距離信道特性

信息燈的應(yīng)用環(huán)境決定了接入距離與傳統(tǒng)移動(dòng)通信相比會(huì)減少很多，需要對(duì)這種近距離接入的MIMO信道特性進(jìn)行科學(xué)測(cè)量和合理建模。