Exploration of all-digital transmitters in C-RAN scenarios

Abstract

In order to accommodate the ever-growing demand for higher transmission rates, the next generation of mobile telecommunications (5G) will need larger bandwidths, as well as, new frequencies with available spectrum capable of accommodate such bandwidths. The rise in frequency is being pointed out as a solution for this problem, however, the low coverage areas presented by these frequency bands (mmWave) will require a new way of implementing base stations. Those, in their turn, will exist in higher numbers and closer together. It is where that the new radio access network architecture, C-RAN, may allow for the ful lment of these requirements, besides also allowing for the reduction in cost of each base station as well as providing an increase in its energy e ciency. This dissertation aims to create a point-to-point optical link based on All- Digital Transmitters (ADT) capable of being used for data transmission in the fronthaul. Taking advantage of recent developments in ADT, it is now possible to create one with large bandwidths. Besides, the eld programmable gate arrays (FPGAs) have been providing each time higher processing capacity using each time less energy, making the nal product cheaper and more e cient. Recurring to delta-sigma modulation ( M), a reduction in the complexity of the remote radio head (RRH) can be achieved. In this work the optical link that will be used to transport the data through the fronthaul will be based on an SFP. However, other techniques of radio over bre (RoF) can be used to enable, for example, optical upconversion. From the conclusion of this work, a point-to-point optical link based on an ADT was achieved with an Error Vector Magnitude (EVM) always lower than 5%. Also, from this work, two optical upconversions were developed with an output frequency range from 27 GHz up to 63 GHz.

De modo a acompanhar a sempre crescente exigência de maiores taxas de transmissão, a próxima geração de telecomunicações móveis (5G) irá necessitar de maiores larguras de banda, bem como novas frequências de transmissão com espectro livre capaz de acomodar tais larguras de banda. A subida em frequência é apontada como uma solução para este problema, contudo as baixas áreas de cobertura apresentadas por estas bandas de frequência (mmWave) irão necessitar de uma nova forma de implementar estações base. Estas, por sua vez, terão de existir em maior número e mais próximas. É aqui que a nova arquitetura de redes de acesso radio, C-RAN, pode permitir cumprir com estes requisitos, além de poder baixar o custo de cada estação base e aumentar a sua eficiência energética. Esta dissertação tem como objetivo a criação de uma ligação ponto a ponto baseada em transmissores integralmente digitais (ADTs) capaz de ser usada para a transmissão de dados no fronthaul. Aproveitando os desenvolvimentos recentes nos ADT, a criação de um transmissor integralmente digital com largura de banda elevada é agora possível. Além disto, os agregados de células lógicas reprogramáveis (FPGAs) têm vindo a fornecer cada vez uma maior capacidade de processamento, usando menos energia, tornando o produto final, mais barato e mais eficiente. O recurso à modelação deltasigma ( M) no ADT poderá reduzir consideravelmente a complexidade da cabeça remota de rádio (RRH). Neste trabalho a ligaçãao ótica que irá ser usada para enviar os dados no fronthaul será baseada num SFP, mas outras técnicas de rádio sobre fibra (RoF) poderão ser também usadas de forma a possibilitar, por exemplo, upconversion ótico. Da conclusão deste trabalho resulta uma ligação ponto a ponto baseada num ADT com um Error Vector Magnitude (EVM) sempre abaixo dos 5%, bem como duas arquiteturas de upconversion ótico com uma gama possível para o sinal de saída que pode variar entre os 27 GHz e os 63 GHz. uma maior capacidade de processamento, usando menos energia, tornando o produto nal, mais barato e mais e ciente. O recurso a modelação deltasigma ( M) no ADT poder a reduzir consideravelmente a complexidade da cabeça remota de radio (RRH). Neste trabalho a ligação otica que ir a ser usada para enviar os dados no fronthaul ser a baseada num SFP, mas outras t ecnicas de r adio sobre bra (RoF) poderão ser também usadas de forma a possibilitar, por exemplo, upconversion otico. Da conclusão deste trabalho resulta uma ligação ponto a ponto baseada num ADT com um Error Vector Magnitude (EVM) sempre abaixo dos 5%, bem como duas arquiteturas de upconversion otico com uma gama possível para o sinal de saída que pode variar entre os 27 GHz e os 63 GHz.