基于照明灯及电力线为载体的新型宽带移动通信系统

移动通信技术是当前发展最快的通信技术之一，每一次概念和技术的突破都实现了工程上的飞跃并带来了巨大的经济效益[1]。蜂窝概念的提出成功实现了第1代移动通信系统[2]，数字信号处理技术和器件的成熟促进了以全球移动通信系统(GSM)为标志的第2代移动通信的蓬勃发展，而宽带码分多址(WCDMA)的商用和多媒体技术的提出则充分满足了当时对第3代移动通信系统的功能要求[3]。

为了使未来移动通信系统能够支持更大的系统容量，以多输入多输出(MIMO)为代表的多天线收发技术得到发展并成为无线通信领域的研究热点之一[4-5]。

考虑到下一代移动通信系统不仅要求比第3代移动通信系统具有更快的传输速率、更大的系统容量和更高的频谱利用率，还要考虑更低的功率消耗、更复杂的网络环境(面临多种通信网络体制的共存)等问题，因此，尤其要彻底解决移动通信发展过程中的4个根本性问题：

基站选址困难问题

手机辐射功率大的问题[6-8]

传统基站周围强辐射问题

5GHz以下的无线电频谱相当昂贵

为了较好地解决以上4个移动通信发展过程中面临的“瓶颈”问题，并满足未来移动通信系统对容量、传输速率等方面的高性能要求，本文以多天线信号处理为核心技术，提出基于信息灯(IL)的面向未来的新型移动通信系统架构，给出室内外接入的典型场景，讨论围绕信息灯网络所涉及的相关技术。

1 系统总体结构

考虑到室内及室外的照明灯已覆盖城区的现实，只要用户身在城区中，就有一个照明灯离其很近。将无线接入点集成在照明灯中，组成具有信息收发功能的信息灯。

在上行链路上，基于信息灯的无线接入点接收到的信号通过电力线传输到中心信号处理器，完成信号处理过程。在下行链路上，中心信号处理器发出的信息通过电力线、信息灯中的无线接入点传给无线接收装置(如移动台等)。

1.1室内外典型场景

室内基于信息灯的无线接入场景如图1所示，在照明灯中集成了通信信号接入点(AP)，室内的无线入网设备(如笔记本电脑、PDA、手机等终端)可以与一个或者多个接入点同时建立连接，如果终端设备本身具有多个天线，那么将形成具有分布式特征的MIMO系统结构。

信息灯中的无线接入点完成部分信号处理功能，且与照明用的电力线相连，通过电力线与外围的中心信号处理器通信。通信信号通过信号分离/耦合器实现与电力线的分离和加载。分离后的通信信号利用电力线(或经转换后使用光纤等其他媒质)传给中心信号处理器，在中心信号处理器中实现电力线信号和一部分分布式空时信号的处理。

室外基于信息灯的无线接入场景如图2所示，这里选择户外的路灯作为无线接入点，手机终端、车载台等通过周围的多个路灯接入点接入网络。路灯接入点通过电力线、光纤或者同轴电缆与中心信号处理器相连，实现与主干网的通信。

1.2网络层次模型

图3给出了基于信息灯的新型移动通信系统的网络层次模型，从用户端到核心网(至底向上)共分为3个主要层次：接入层、信号处理层和管理层。其中，信号处理层还可以分为3个子层：无线转换子层、电力线转换子层和处理子层。各层功能如下：