光纤通信技术在5G移动通信中的应用

刘榆华

（中时讯通信建设有限公司，广东 广州 510050）

0 引 言

近年来，移动互联网飞速发展，光纤通信逐渐渗透到人们生活的方方面面。光纤通信具有通信速率快、效率高以及带宽宽的优势，被广泛应用在多终端的数据交换领域[1]。随着社会对信息传输速度要求的提高，4G技术已经难以满足当前需求，因此加快5G技术的建设具有重要的现实意义。

1 5G通信技术的概述

1.1 概 念

5G是第五代移动蜂窝通信的简称，相较于4G，5G具有更大的技术优势，具体对比如表1所示。5G允许大规模设备进行连接，极大地提升了系统的整体容量，同时信息的传输延迟和运行的成本都会大大降低。尤其是在低延迟方面，5G适用于自动驾驶、多人游戏、实时数据监控采集等需要及时反应的场景，推动社会不断向前发展。

表1 4G、5G技术关键能力对比

1.2 通信特点

5G技术的通信特点主要集中在以下3个方面。

（1）提高频谱的利用范围。在5G技术之前，大部分的信号传输采用低频频谱资源，高频段的利用率极低。而5G通信技术则可以利用高频段的频谱，尽管在在当前的技术水平下，高频的利用率还不太高，但通过技术的更迭，其利用率将不断提升。

（2）通信系统的性能高。5G技术可以实现多点、多用户以及多区域之间的组网协作，有效提升通信系统的性能。

（3）设计理念先进。室内通信是通信的主体业务，5G技术的首要目标就是保证室内的高效率通信，从根本上革新传统移动通信的设计理念[2]。

2 5G通信对光纤通信技术的要求

由于5G的无线接入网对光纤传输系统的带宽和延时提出了更高的要求，因此为了5G基站更好的组网，周边需要布置大量光纤。光纤通信主要传递来源于移动电话、电脑等的数位信号，其主要有以下3个发展目标。

2.1 扩展波分复用系统的波长范围

波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技术是指在单条光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息的光波分复用技术，基于WDM技术可以实现在不同波长的激光上承载不同的光波信号，从而在实现双向通信的同时将带宽容量翻倍。传统信息传输的波长在1.53～1.57 μm，而光纤可以将范围扩展到1.30～1.60 μm，将网络的带宽扩大至7倍以上。为了更好地应对远距离信号传输，密集WDM（DWDM）技术逐步兴起，其承载的最大波长数可以达到160个，而且数目仍在增加[3]。

2.2 光弧子通信

利用光纤中的非线性效应以及色散补偿作用实现高精准光脉冲传输的一种超短脉冲被称为光弧子。对于光纤来说，无论是处在正常光还是反常色散区，其传输过程都不可避免地出现脉冲展宽的现象。除此之外，在正常光下，光纤本身存在的自相位调制效应也是导致脉冲展宽的重要原因。但是，在反常色散区就出现了抵消现象，经过抵消，光脉冲的脉冲宽度在传输过程中维持稳定[4]。相应地，如果在信号传输过程中及时对光纤的损耗进行补偿，就可以实现脉冲宽度和幅度的稳定，从而形成光弧子传播。光弧子通信相较线性通信具有极其显著的优势，一是前者的传输容量是后者的10～100倍；二是光孤子的特性可以有效简化中继过程，更加经济、简便、高效，可以实现全光中继；三是光孤子通信具有更高的保真度、更长的传输距离以及更高的传输效率[5]。

2.3 全光网络

对于全光网络来说，由于在信息传输时无需进行光电的相互转换，网络节点不处理信息，同时不会受到电子设备响应速度慢的影响，因此其信息传输质量和效率都能够得到保证。全光通信网由全光部分和通信控制部分组成。前者为完全透明结构，可以容纳更多的业务格式，通过波长的合理适配可以完成信号的发送和接收[6]。如果适当辅助光交叉设备，将实现更远距离的信号传输。后者的外部通信控制部分可以帮助重构网络，使整个网络的通信量、业务类型以及需求量可以动态分配，形成一个更具容错性和兼容性的网络系统。

3 光纤技术在5G通信中的应用

3.1 超宽视频业务

我国视频流量占据信息管道流量总数的70%以上，随着通信技术的不断发展，更多更先进、更智能、更丰富的通信产品会被研发出来，同时这个比例将会继续增加。尤其是360全息影像技术在汽车工业领域得到了极其广泛的应用，目前最热门的自动驾驶也需要该技术的支持。

此外，现在同样广泛应用的还有5G+AGV无人驾驶。传统的叉车存在着3个痛点问题：一是WiFi信号不稳定导致叉车的路径规划难度较大，定位也较为困难；二是企业非标仓库的改造难度大、周期长，难以快速部署；三是难以大批量调度。杭叉集团借助5G切片进行无人叉车和智能仓储业务的创新，其运作如图1所示。在该方案下，5G+AI视觉替代了进口激光雷达和安全激光来实现避障和精准控制，在提高精度的同时可以有效降低成本。基于5G高速、低延时的特点，还可以将单AP部署叉车提升到数百台，并可以实现异地智能仓储部署。通过重要控制室的链接，可以跨园区远程控制数万台叉车，解决大批量AGV的群控调度难题。在5G环境下，结合MES、MEC系统可以实现AGV叉车的稳定运行。随着通信产品的进一步普及，人们对宽带的要求也越来越高。基于5G边缘计算技术、切片技术以及光纤通信技术的无人叉车项目可以提高行业30%的运营效率、降低超千亿元运营成本，同时大大降低安全事故发生率，该项目也因此获得了全国5G大奖。

图1 5G在无人叉车中的应用

3.2 DC云互联网业务

随着科技革命的不断推进，我国互联网正朝着多元化的方向发展。通过开展DC云业务，可以从根本上提高信息传输效率。充分发挥DC的中心结构优势，拓展DC业务及其相关业务，通过有效结合5G通信技术，简化互联网的构成，建设一个大宽带、高速率的信息管道工程。央视在直播70周年国庆活动时，引入了4K直播技术，采用4K+5G背包进行直播拍摄，提供移动化直播拍摄工具，基于5G网络专线作为网络通道，提供了端到端的网络切片保障。

3.3 视频会议

新时代下，人们的生活节奏越来越快，会议的数量也越来越多。传统会议具有极大的时间、地点局限性，而采用视频会议则可以突破这一局限。基于光纤通信技术与5G技术的低延时、高效率以及高质量信号传输等特点，可以保证会议过程的流畅度、会议画面的清晰度以及会议讨论的交互度。2020年2月2日晚，全球首例广电5G应用在湖北落地，并应用在湖北省疫情防控新闻发布会上，这是第一次现场没有记者的发布会，使用700 MHz+4.9 GHz广电5G进行现场直播。

4 结 论

通信技术的快速发展为人们的生产、生活带来了巨大的便利，而随着5G基础设施的不断建设和组网的不断完善，未来将有更多的通信技术被应用在实际生活中。通过对光纤技术的研究，可以促进5G技术的发展，为全电子信息化时代的到来奠定基础，推动人类科技文明的发展。