近年来,在爆发式增长的移动数据流量驱动下,基于集中式基带处理池(BBU pool)和分布式远端射频单元(RRH)的C-RAN在全球得到了越来越多的关注和应用。但是,受到连接BBU和RRH的前传带宽的影响,现有的C-RAN难以有效应对5G新业务的发展需求。目前,BBU和RRH之间的接口类型大多符合通用公共无线电接口(CPRI)标准,传输的是数字信号。经粗略估计,若仍沿用CPRI进行组网,随着5G massive MIMO技术的引入,前传带宽需求将达到Tb/s量级。过高的传输带宽将严重影响C-RAN的经济性。光载无线技术作为一种模拟光纤传输技术,避免了CPRI中的采样和量化,为分布式网络架构下的低成本前传提供了一种新的解决方案。然而,5G新技术的引入也对光载无线系统提出了新要求和新挑战。面对不断增强的MIMO技术,现有的传输方案仍以光纤直驱为主,因此,激增的射频(RF)通道数将使得基于光载无线系统的前传网络面临光纤资源消耗过度的问题。与此同时,5G超密集组网、多载波、高阶调制等技术的采用,将使得前传网络节点间的干扰增加、前传链路非线性严重,进而导致系统误码率增大,使得数据传输的可靠性受到影响。论文围绕光载无线技术在C-RAN前传中的应用,聚焦高光纤利用率和高数据传输可靠性,研究了两种MIMO无线信号单纤传输机制和一种高增益前向纠错(FEC)技术。论文具体的研究内容和创新如下:1.基于空分复用的高光纤利用率的MIMO无线信号单纤传输技术a)类比无线环境中的多径效应,论文研究了基于模式色散的MIMO无线信号多模光纤传输机制,从信道条件、EVM、吞吐量等多方面全面评估了光纤长度、光纤弯曲状态对系统性能的影响情况。实验结果表明,3×3 MIMO无线信号经过1 km多模光纤传输后,在2.4 GHz和5.8 GHz载频下,EVM可以分别低至2.3 8%和2.97%,平均吞吐量可分别达到SISO平均吞吐量的2.76和2.27倍。基于所观察到多模光纤信道的时变特性,论文还从信道衰落模型、信道矩阵、信道容量三个方面对多模光纤所提供的RF MIMO信道展开了统计特征分析。实验结果表明,多模光纤中模式耦合的增强有利于MIMO无线信号的传输。鉴于多模光纤已经作为一种低成本短距离的光纤传输方案在接入网中广泛部署,该方案可通过重复利用已铺设的光纤资源为C-RAN带来巨大的成本节约。b)利用高集成度的弱耦合多芯光纤为MIMO无线信号的传输提供的多个并行纤芯通道,论文从信道矩阵、EVM两方面将其与多根并行单模光纤进行了分析对比。实验结果表明,6×6 MIMO的无线信号经过单根2 km多芯光纤传输后,在2.4 GHz和5.8 GHz载频下,EVM可以分别低至0.88%和1.63%,与多根并行单模光纤传输下的性能几乎相同。进一步,论文实验分析了多芯光纤中各纤芯信号的传输方向对系统性能的影响,以及基于多芯光纤的空分复用技术对偏振复用技术的兼容性,为实际应用中充分合理地使用纤芯资源提供参考。利用弱耦合多芯光纤代替传统多根并行光纤实现无线前传,将大幅度减少前传网络的光纤数量,提高空间利用率,同时降低网络建设维护难度。2.基于比特标记的高增益的阶梯码改进译码方案阶梯码作为一种新型的基于硬判决的FEC技术,由于其增益高、译码复杂度低,现备受光通信领域的关注,用以提升数据传输的可靠性。论文针对阶梯码所存在的译码错误和译码能力受限的问题,提出了一种基于比特标记的改进译码方案以进一步提升其编码增益。所提方案利用信道软信息从硬判决得到的比特序列中标记出了部分高可信度比特和低可信度比特,分别协助译码器识别译码错误和扩展纠错能力。在标准阶梯码译码的基础上,所提方案仅需修改少量的译码步骤便可产生0.3 dB的额外增益。由于无需存储全部软信息和跟踪每个比特的纠错情况,所提方案占用的额外存储空间也较小。此外,仿真分析表明,通过与星座图几何整形技术相结合,阶梯码还可产生0.24 dB的额外增益。在给定信道条件下,高增益FEC技术将使得系统误码率更低,从而保障了数据传输的可靠性,使得系统能够更好地支持5G新技术。