[发明专利]一种基于智能全光处理的基站及其实施方法

说明书

一种基于智能全光处理的基站，包括接收天线模块、光子解调模块、光子滤波模块、光子时钟恢复模块、智能光子模块、光电探测模块、数据整合处理模块、光子调制模块、发射天线模块。智能光子模块由光子智能均衡模块、光子智能识别模块、智能全光比较模块和深度学习FEC模块构成。光子调制模块由光频梳生成模块和n个子载波调制模块序构成。本发明在光域实现对经有线传输的通信信号的解调、量化、模数转换、数据处理，再经调制通过无线传输向终端发射信号。避免多次电光、光电转换引起的链路损耗，保证光信号的质量，突破电子器件的固有瓶颈，对提升数据传输速率，频谱利用率，降低延时等具有十分关键的作用。

技术领域

本发明涉及光信息处理技术，特别是一种基于智能全光处理的基站及其实施方法。

背景技术

通信技术的迭代发展，使得智能手机、平板电脑等无线移动设备在全球的渗透率已经超过100％。车联网和机器对机器(M2M)通信正以非常快的速度发展，预计到2025年将实现互联网连接。最终的网络连接边界由物联网(IoT)范式定义，原则上允许任何对象通过无线网络连接，因此网络的潜在节点数量以万亿计。与此同时，高质量三维(3D)视频，虚拟现实(VR)以及VR和增强现实(AR)混合的应用将会迎来大规模发展。这些新兴的应用场景将对通信系统提出更高的要求：超高传输速率、超低延时、超大覆盖范围、超强可靠性、超大设备容量、定位与感知。

在过去的几十年中，光纤传输取得了令人瞩目的成绩，单条单模光纤传输速率已达到上百Tbit/s。以光纤作为传输媒介的核心网具备处理大带宽数据的能力。作为移动通信系统中最关键的基础设施，基站提供有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输以及无线覆盖的功能。目前5G小蜂窝采用6GHz以上的NR频段。其中，一个典型的频段是28GHz，用于传输速率超过10Gbps的高速无线信号。尽管毫米波可以提供Gbps级别的传输数据速率，但是无法满足未来6G对于Tbps级别的传输数据速率的需求。因此，为了满足未来6G通信网络的需求，基站系统将要朝着更大带宽、更高传输速率的方向发展。

“可见光通信”系统利用室内照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信。但是由于可见光频段可被人眼感知，功率不可过高，从而限制了可见光通信的传输距离。太赫兹频段不仅具有丰富的频谱资源，可利用的工作带宽高达十几甚至几十GHz，支持超大工作带宽和超高通信速率，而且可以通过成熟的光子学技术产生。此外，太赫兹频段频率远大于毫米波频段，频率越高，天线的尺寸越小。因此太赫兹通信技术可以作为未来通信的关键技术被广泛应用在基站建设上。

虽然太赫兹通信技术可以满足未来基站对于超大带宽信号处理的通信需求，但是其在应用中还面临超宽带数模和模数转换芯片、数字基带处理芯片制备等方面的技术挑战。由于太赫兹频段可用带宽(2GHz)远大于4G、5G系统使用的工作带宽(800MHz)，目前的主流数模和模数转换芯片很难满足采样带宽的要求。此外，超大带宽信号的处理也会给基带处理芯片带来超高功耗和超大数据实时处理的压力。随着基站的大规模部署，基站还将面临建设成本高、功耗大的问题。据数据统计显示：5G基站数量至少是4G的2倍，5G基站建设成本将超过4G基站的2倍，功耗则是4G基站的3倍。除此之外，信号在传输过程中需要经历多次光电、电光转换，系统带宽受到微波器件的带宽限制。在处理超大数据流时，数字信号处理芯片将会面临巨大的快速实时处理压力。