動態(tài)可重構的智能光載無線接入技術

1新型網絡體系結構

　　要實現智能化的光載無線網絡，設計一個好的網絡體系結構是首先需要考慮的問題。結合目前世界范圍內主流網絡架構的優(yōu)點并規(guī)避其不足，我們提出了如圖1所示的光纖無線電（RoF）網絡架構。

　　該架構分為3層，由下往上依次為分布式無線接入層、光交換層和集總基站池。

　　針對大范圍低成本Wi-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)務的接入需求，我們將上述的通用型智能光載無線網絡體系架構具體化，提出了兩種具有特定適用范圍的網絡架構

　　1.1面向寬帶接入與泛在感知應用的分布式光載Wi-Fi網絡架構設計及鏈路實現物聯網的典型結構包括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絡，其網絡架構如圖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網絡架構，經過模擬直調后，不同波長的光經過CWDM器件復用到一根光纖中傳輸，光纖另一端由另一個進行解復用，光信號被分配到各個遠端天線元（RAU）中，由光電探測器恢復出射頻信號，經放大后由天線發(fā)射出去實現無線覆蓋。通過雙向的鏈路完成可以滿足寬帶無線接入的應用需求。該透明結構易于升級，在少量硬件改造的情況下就可以滿足3G等其他無線標準信號的傳輸[3].

　　1.2面向樓內多業(yè)務融合接入的多頻段動態(tài)可控ROF網絡架構設計及鏈路實現

　　圖4是2.4 GHz頻段和60 GHz頻段樓內多業(yè)務融合接入的ROF網絡架構圖。在以太網無源光網絡的光網絡單元（ONU）處，一個額外的智能駐地網關（IGR）被用來實現基帶信號到2.4 GHz和60 GHz的上變頻，以及射頻資源的管控和調度，并利用室內光纖網絡傳輸。為了解決上行過程中的成本和技術難題，又考慮到上行業(yè)務如視頻點播（VOD）一般并不需要特別高速的傳輸速率，這里通過終端設計和網關處理功能，利用相鄰房間的已有Wi-Fi信號覆蓋來進行吉比特下行業(yè)務的上行需求。

　　這樣通過Wi-Fi分布式天線系統(tǒng)的構建和60 GHz頻段吉比特無線通信鏈路的建立，就可以為樓內各房間用戶提供吉比特無壓縮高清晰度電視及其點播業(yè)務，Wi-Fi信號的寬帶接入和健康監(jiān)測、視頻監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)測等物聯網業(yè)務，從而實現智能泛在家庭網絡的構建。

　　圖5是樓內多業(yè)務融合的動態(tài)可控ROF網絡的傳輸鏈路。在ONU和智能駐地網關（IRG）內部，Internet里的吉比特HDTV業(yè)務源經過EPON的以有線方式提供給樓內用戶，為了支持無線接入方式，利用變換接口將以太網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(xù)光載波上，然后利用馬赫-曾得爾調制器（MZM）產生毫米波并通過毫米波天線發(fā)射出去。

　　在接收端利用接收天線將毫米波信號接收下來并進行功率放大，利用自混頻的方式進行下變頻，最后利用低通濾波器濾波就可以得到基帶信號。

　　為了實現資源的配置，我們提出了基于微電子機械系統(tǒng)（MEMS）光開關矩陣的射頻切換技術來實現動態(tài)可控ROF網絡的構建。圖5中，在內部，利用中心控制單元發(fā)出的指令控制MEMS光開關選路。這樣，利用60 GHz頻段和2.4 GHz頻段的網絡，以及光開關矩陣，就能夠實現樓內多頻段多業(yè)務的無線智能覆蓋，極大增加了頻譜效率并有效降低整體能耗。

2智能光載無線網絡的媒體訪問控制層技術

　　在構建有效網絡的基礎上，還需要考慮怎樣實現網絡內部公平有效的資源共享，這就需要為網絡架構配備合理的資源分配機制--媒體訪問控制（MAC）層協(xié)議。智能RoF網絡MAC層協(xié)議目前尚沒有統(tǒng)一的標準[4],國際研究主要集中在對傳統(tǒng)的無線通信標準如、WiMAX的MAC協(xié)議改進其響應時間等相關參數以抵消光纖引入的時延從而使其適用于光纖無線電系統(tǒng)。然而在實際的RoF系統(tǒng)中，由于信號的衰減使得傳統(tǒng)的分布式的載波偵聽多點接入/沖突避免的協(xié)議喪失有效性。因此，提出專為RoF系統(tǒng)設計的MAC層協(xié)議勢在必行。

　　我們提出基于光載無線網絡動態(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間雙重屬性因子的混合MAC層協(xié)議，將光纖引入的額外時延考慮進層協(xié)議設計中，利用時間同步補償技術，實現各遠端天線單元的邏輯準同步，從而通過加入頻率標識，支持光載無線網絡動態(tài)可重構屬性。

　　在上述混合MAC幀結構基礎上，我們進一步提出了低功耗動態(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。通過在幀結構中設計天線控制域“（ on-off”域）實現對子天線工作/非工作狀態(tài)的集中管控，進而降低能耗。

　　通過將光纖引入的額外時延考慮進層協(xié)議設計中，利用時間同步補償技術，實現各RAU的邏輯準同步。上述動態(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網絡中多小區(qū)、多用戶、寬帶化泛在化接入問題，降低了ROF網絡的能耗。

　　3動態(tài)可重構智能光載無線系統(tǒng)

　　最主要的功能是實現光纖與無線的相互融合，從而實現寬帶、高速和無線化的信息傳遞。這就需要搭建高效經濟的RoF系統(tǒng)將射頻信號加載到光載波上，并經遠距離傳輸，在基站通過寬帶天線實現點對點多業(yè)務無線信號的傳送。

　　3.1認知、協(xié)同與低能耗的智能RoF系統(tǒng)

　　系統(tǒng)與生俱來的中心處理機制，使多信道無線信號的聯合處理以及分布式動態(tài)可重構光載無線接入成為可能。通過最大程度的利用有限的頻譜資源、時隙資源以及功率資源，可實現靈活、高效、低耗能的無線通信接入。

　　我們基于RoF系統(tǒng)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態(tài)可重構光載無線接入系統(tǒng)。系統(tǒng)在中心站同時控制多小區(qū)、多信道的頻譜與時隙資源，利用遠端天線收集各個小區(qū)和信道的使用狀況，將資源合理搭配，實現動態(tài)可重構屬性，使資源得到最大程度的利用。

低通濾波器相關文章:低通濾波器原理

上一頁 1 2 下一頁