Digital pre-distortion for 5G transmission over high-capacity optical fronthaul fiber links

Abstract

The new generations of radio communications bring many challenges for the fronthaul transport. While demanding larger capacity than previous generations, low cost, low complexity, low power consumption and low latency are required characteristics. This thesis explores the possibility of using analog radio-over-fiber (RoF) fronthaul transmission in a centralized-radio access network. We propose and study the use of low-cost transceivers based on commercially available small form-factor pluggable (SFP) transceivers adapted to transport analog signals. The transceiver performance is experimentally characterized both with 4G LTE and 5G signals. The studies of this thesis include the impact of the carrier frequency, transmitted RF power, received optical power as well as distance of the fiber link. Additionally, the benefits of a low-complexity memory polynomial-based nonlinear compensation are evaluated. This nonlinear compensation enables high-performance 5G operation yielding an EVM < 3.5% in frequency region 1 (FR1) with 100 MHz bandwidth, which is below the limits speci ed by 3GPP for 256QAM transmission . In addition it also reduces the EVM from 5.7% to 5.4% when transmitting over 20 km a FR2 400 MHz 5G signal at an intermediate carrier frequency of 3.5 GHz.

A nova geração de comunicações rádio traz muitos desafios para o transporte destes mesmos sinais. Enquanto que é exigida maior capacidade, os requisitos para complexidade, custo, consumo de potência e latência são mais estritos. Esta dissertação explora a possibilidade de usar transmissão analógica de sinais rádio sobre fibra em redes de acesso centralizadas. _E proposto e estudado o uso de transmissores óticos de baixo custo baseados em transmissores SFP adaptados para transportar sinais analógicos. A performance dos transmissores é caracterizada experimentalmente com sinais 4G e 5G. Os campos de estudo desta dissertação incluem o impacto da frequência da portadora, a potência RF transmitida, a potência ótica recebida e o comprimento da fibra. Adicionalmente, os benefícios de usar um polinômio com memória para compensação não linear são avaliados. Esta compensação não linear permite operações 5G de elevada performance obtendo um EVM inferior a 3.5% para sinais na região de frequências 1 com 100 MHz de largura de banda, o que é inferior aos limites estabelecidos pelo 3GPP para transmissão 256QAM. Adicionalmente uma redução de EVM de 5.7% para 5.4% é verificada quando se transmite um sinal 5G FR2 com 400 MHz de largura de banda por 20 km de fibra.