基于照明燈及電力線(xiàn)為載體的新型寬帶移動(dòng)通信系統

(1)接入層

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

(2)信號處理層

信號處理層主要完成無(wú)線(xiàn)通信信號與電力線(xiàn)(或者光纖)通信信號的相互轉換，并實(shí)現部分分布式空時(shí)信號處理的功能，涵蓋3個(gè)子層：無(wú)線(xiàn)轉換子層、電力線(xiàn)轉換子層、處理子層。

(3)管理層

管理層負責分布式信號的管理，與核心網(wǎng)直接交互信息。

2 結構優(yōu)勢和技術(shù)挑戰

基于信息燈的新型移動(dòng)通信系統以多天線(xiàn)分布式信號處理為核心信號處理技術(shù)，通過(guò)分布式信號管理技術(shù)實(shí)現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，并具有自身的結構優(yōu)勢：

(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構，解決了基站選址的難題，且基站完全隱蔽、美觀(guān)。

(2)解決手機輻射功率大的問(wèn)題

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

(3)解決傳統基站周?chē)鷱娸椛鋯?wèn)題

一般情況下，小區覆蓋半徑在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條件，如果采用分布式信息燈接入點(diǎn)，則最大可以節省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(xiàn)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(guān)

無(wú)線(xiàn)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(guān)。

(6)方便、靈活、可控的接入

安裝在室內的信息燈接入點(diǎn)，可以完全根據用戶(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)通信系統是面向未來(lái)的一種全新無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信體系架構，無(wú)論在物理層的分布式信號處理還是協(xié)議層的分布式信號管理等方面，都面臨著(zhù)一些核心技術(shù)的挑戰，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合是信息燈接入面臨的首要問(wèn)題，這里的結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)與照明燈的有機融合。

(2)無(wú)線(xiàn)通信與有線(xiàn)通信的轉換

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

(3)信息安全問(wèn)題

電力線(xiàn)是典型的共享傳輸媒質(zhì)，如何保證電力線(xiàn)傳輸的私有信息安全性仍然是一個(gè)開(kāi)放性的課題，電力線(xiàn)標準化組織采用數據加密標準(DES)作為暫時(shí)的解決方案，文獻[9]和文獻[10]中有較為詳細的討論。

(4)分布式信號的資源管理

信息燈接入點(diǎn)雖然在接入功能上與傳統基站有類(lèi)似之處，但接入點(diǎn)的數量將大幅度增加，且地理分布特性具有相當的自由度，這些都是傳統的無(wú)線(xiàn)資源管理方法無(wú)法應對的，需要從分布式信號管理的理念、思維方式、操作層面等角度綜合設計。

(5)近距離信道特性

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