動(dòng)態(tài)可重構的智能光載無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)
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1新型網(wǎng)絡(luò )體系結構 要實(shí)現智能化的光載無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，設計一個(gè)好的網(wǎng)絡(luò )體系結構是首先需要考慮的問(wèn)題。結合目前世界范圍內主流網(wǎng)絡(luò )架構的優(yōu)點(diǎn)并規避其不足，我們提出了如圖1所示的光纖無(wú)線(xiàn)電（RoF）網(wǎng)絡(luò )架構。 該架構分為3層，由下往上依次為分布式無(wú)線(xiàn)接入層、光交換層和集總基站池。 針對大范圍低成本W(wǎng)i-Fi覆蓋的應用需求，以及智能家庭中吉比特高清視頻等高數據業(yè)務(wù)的接入需求，我們將上述的通用型智能光載無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )體系架構具體化，提出了兩種具有特定適用范圍的網(wǎng)絡(luò )架構 1.1面向寬帶接入與泛在感知應用的分布式光載Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )架構設計及鏈路實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)的典型結構包括3層，即感知層、傳送層和應用層[2].本文提出一種基于光載Wi-Fi異構結構的傳送層網(wǎng)絡(luò )，其網(wǎng)絡(luò )架構如圖2所示。 基于光載Wi-Fi的ROF鏈路結構如圖3所示，我們運用基于粗波分復用（CWDM）方式的模擬直調ROF網(wǎng)絡(luò )架構，經(jīng)過(guò)模擬直調后，不同波長(cháng)的光經(jīng)過(guò)CWDM器件復用到一根光纖中傳輸，光纖另一端由另一個(gè)進(jìn)行解復用，光信號被分配到各個(gè)遠端天線(xiàn)元（RAU）中，由光電探測器恢復出射頻信號，經(jīng)放大后由天線(xiàn)發(fā)射出去實(shí)現無(wú)線(xiàn)覆蓋。通過(guò)雙向的鏈路完成可以滿(mǎn)足寬帶無(wú)線(xiàn)接入的應用需求。該透明結構易于升級，在少量硬件改造的情況下就可以滿(mǎn)足3G等其他無(wú)線(xiàn)標準信號的傳輸[3]. 1.2面向樓內多業(yè)務(wù)融合接入的多頻段動(dòng)態(tài)可控ROF網(wǎng)絡(luò )架構設計及鏈路實(shí)現 圖4是2.4 GHz頻段和60 GHz頻段樓內多業(yè)務(wù)融合接入的ROF網(wǎng)絡(luò )架構圖。在以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )的光網(wǎng)絡(luò )單元（ONU）處，一個(gè)額外的智能駐地網(wǎng)關(guān)（IGR）被用來(lái)實(shí)現基帶信號到2.4 GHz和60 GHz的上變頻，以及射頻資源的管控和調度，并利用室內光纖網(wǎng)絡(luò )傳輸。為了解決上行過(guò)程中的成本和技術(shù)難題，又考慮到上行業(yè)務(wù)如視頻點(diǎn)播（VOD）一般并不需要特別高速的傳輸速率，這里通過(guò)終端設計和網(wǎng)關(guān)處理功能，利用相鄰房間的已有Wi-Fi信號覆蓋來(lái)進(jìn)行吉比特下行業(yè)務(wù)的上行需求。 這樣通過(guò)Wi-Fi分布式天線(xiàn)系統的構建和60 GHz頻段吉比特無(wú)線(xiàn)通信鏈路的建立，就可以為樓內各房間用戶(hù)提供吉比特無(wú)壓縮高清晰度電視及其點(diǎn)播業(yè)務(wù)，Wi-Fi信號的寬帶接入和健康監測、視頻監控和環(huán)境監測等物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，從而實(shí)現智能泛在家庭網(wǎng)絡(luò )的構建。 圖5是樓內多業(yè)務(wù)融合的動(dòng)態(tài)可控ROF網(wǎng)絡(luò )的傳輸鏈路。在ONU和智能駐地網(wǎng)關(guān)（IRG）內部，Internet里的吉比特HDTV業(yè)務(wù)源經(jīng)過(guò)EPON的以有線(xiàn)方式提供給樓內用戶(hù)，為了支持無(wú)線(xiàn)接入方式，利用變換接口將以太網(wǎng)并行數據以串行不歸零碼的方式調制到直調激光器發(fā)出的連續光載波上，然后利用馬赫-曾得爾調制器（MZM）產(chǎn)生毫米波并通過(guò)毫米波天線(xiàn)發(fā)射出去。 在接收端利用接收天線(xiàn)將毫米波信號接收下來(lái)并進(jìn)行功率放大，利用自混頻的方式進(jìn)行下變頻，最后利用低通濾波器濾波就可以得到基帶信號。 為了實(shí)現資源的配置，我們提出了基于微電子機械系統（MEMS）光開(kāi)關(guān)矩陣的射頻切換技術(shù)來(lái)實(shí)現動(dòng)態(tài)可控ROF網(wǎng)絡(luò )的構建。圖5中，在內部，利用中心控制單元發(fā)出的指令控制MEMS光開(kāi)關(guān)選路。這樣，利用60 GHz頻段和2.4 GHz頻段的網(wǎng)絡(luò )，以及光開(kāi)關(guān)矩陣，就能夠實(shí)現樓內多頻段多業(yè)務(wù)的無(wú)線(xiàn)智能覆蓋，極大增加了頻譜效率并有效降低整體能耗。 2智能光載無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的媒體訪(fǎng)問(wèn)控制層技術(shù) 在構建有效網(wǎng)絡(luò )的基礎上，還需要考慮怎樣實(shí)現網(wǎng)絡(luò )內部公平有效的資源共享，這就需要為網(wǎng)絡(luò )架構配備合理的資源分配機制--媒體訪(fǎng)問(wèn)控制（MAC）層協(xié)議。智能RoF網(wǎng)絡(luò )MAC層協(xié)議目前尚沒(méi)有統一的標準[4],國際研究主要集中在對傳統的無(wú)線(xiàn)通信標準如、WiMAX的MAC協(xié)議改進(jìn)其響應時(shí)間等相關(guān)參數以抵消光纖引入的時(shí)延從而使其適用于光纖無(wú)線(xiàn)電系統。然而在實(shí)際的RoF系統中，由于信號的衰減使得傳統的分布式的載波偵聽(tīng)多點(diǎn)接入/沖突避免的協(xié)議喪失有效性。因此，提出專(zhuān)為RoF系統設計的MAC層協(xié)議勢在必行。 我們提出基于光載無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )動(dòng)態(tài)可重構屬性的MAC層協(xié)議的新模型[5].主要包括設計采用了頻率和時(shí)間雙重屬性因子的混合MAC層協(xié)議，將光纖引入的額外時(shí)延考慮進(jìn)層協(xié)議設計中，利用時(shí)間同步補償技術(shù)，實(shí)現各遠端天線(xiàn)單元的邏輯準同步，從而通過(guò)加入頻率標識，支持光載無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )動(dòng)態(tài)可重構屬性。 在上述混合MAC幀結構基礎上，我們進(jìn)一步提出了低功耗動(dòng)態(tài)可控MAC幀結構[6],圖6所示為幀結構，圖6（a）和（b）分別是下行幀結構和上行MAC幀結構。通過(guò)在幀結構中設計天線(xiàn)控制域“（ on-off”域）實(shí)現對子天線(xiàn)工作/非工作狀態(tài)的集中管控，進(jìn)而降低能耗。 通過(guò)將光纖引入的額外時(shí)延考慮進(jìn)層協(xié)議設計中，利用時(shí)間同步補償技術(shù)，實(shí)現各RAU的邏輯準同步。上述動(dòng)態(tài)可控MAC層協(xié)議模型解決了微波和光波協(xié)同作用下分布式ROF網(wǎng)絡(luò )中多小區、多用戶(hù)、寬帶化泛在化接入問(wèn)題，降低了ROF網(wǎng)絡(luò )的能耗。 3動(dòng)態(tài)可重構智能光載無(wú)線(xiàn)系統 最主要的功能是實(shí)現光纖與無(wú)線(xiàn)的相互融合，從而實(shí)現寬帶、高速和無(wú)線(xiàn)化的信息傳遞。這就需要搭建高效經(jīng)濟的RoF系統將射頻信號加載到光載波上，并經(jīng)遠距離傳輸，在基站通過(guò)寬帶天線(xiàn)實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)多業(yè)務(wù)無(wú)線(xiàn)信號的傳送。 3.1認知、協(xié)同與低能耗的智能RoF系統 系統與生俱來(lái)的中心處理機制，使多信道無(wú)線(xiàn)信號的聯(lián)合處理以及分布式動(dòng)態(tài)可重構光載無(wú)線(xiàn)接入成為可能。通過(guò)最大程度的利用有限的頻譜資源、時(shí)隙資源以及功率資源，可實(shí)現靈活、高效、低耗能的無(wú)線(xiàn)通信接入。 我們基于RoF系統的中心處理機制，提出并搭建了具有認知、協(xié)同及低能耗的分布式動(dòng)態(tài)可重構光載無(wú)線(xiàn)接入系統。系統在中心站同時(shí)控制多小區、多信道的頻譜與時(shí)隙資源，利用遠端天線(xiàn)收集各個(gè)小區和信道的使用狀況，將資源合理搭配，實(shí)現動(dòng)態(tài)可重構屬性，使資源得到最大程度的利用。 低通濾波器相關(guān)文章:低通濾波器原理
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