动态可重构的智能光载无线接入技术
1新型网络体系结构 要实现智能化的光载无线网络，设计一个好的网络体系结构是首先需要考虑的问题。结合目前世界范围内主流网络架构的优点并规避其不足，我们提出了如图1所示的光纤无线电（RoF）网络架构。 该架构分为3层，由下往上依次为分布式无线接入层、光交换层和集总基站池。 针对大范围低成本Wi-Fi覆盖的应用需求，以及智能家庭中吉比特高清视频等高数据业务的接入需求，我们将上述的通用型智能光载无线网络体系架构具体化，提出了两种具有特定适用范围的网络架构 1.1面向宽带接入与泛在感知应用的分布式光载Wi-Fi网络架构设计及链路实现物联网的典型结构包括3层，即感知层、传送层和应用层[2].本文提出一种基于光载Wi-Fi异构结构的传送层网络，其网络架构如图2所示。 基于光载Wi-Fi的ROF链路结构如图3所示，我们运用基于粗波分复用（CWDM）方式的模拟直调ROF网络架构，经过模拟直调后，不同波长的光经过CWDM器件复用到一根光纤中传输，光纤另一端由另一个进行解复用，光信号被分配到各个远端天线元（RAU）中，由光电探测器恢复出射频信号，经放大后由天线发射出去实现无线覆盖。通过双向的链路完成可以满足宽带无线接入的应用需求。该透明结构易于升级，在少量硬件改造的情况下就可以满足3G等其他无线标准信号的传输[3]. 1.2面向楼内多业务融合接入的多频段动态可控ROF网络架构设计及链路实现 图4是2.4 GHz频段和60 GHz频段楼内多业务融合接入的ROF网络架构图。在以太网无源光网络的光网络单元（ONU）处，一个额外的智能驻地网关（IGR）被用来实现基带信号到2.4 GHz和60 GHz的上变频，以及射频资源的管控和调度，并利用室内光纤网络传输。为了解决上行过程中的成本和技术难题，又考虑到上行业务如视频点播（VOD）一般并不需要特别高速的传输速率，这里通过终端设计和网关处理功能，利用相邻房间的已有Wi-Fi信号覆盖来进行吉比特下行业务的上行需求。 这样通过Wi-Fi分布式天线系统的构建和60 GHz频段吉比特无线通信链路的建立，就可以为楼内各房间用户提供吉比特无压缩高清晰度电视及其点播业务，Wi-Fi信号的宽带接入和健康监测、视频监控和环境监测等物联网业务，从而实现智能泛在家庭网络的构建。 图5是楼内多业务融合的动态可控ROF网络的传输链路。在ONU和智能驻地网关（IRG）内部，Internet里的吉比特HDTV业务源经过EPON的以有线方式提供给楼内用户，为了支持无线接入方式，利用变换接口将以太网并行数据以串行不归零码的方式调制到直调激光器发出的连续光载波上，然后利用马赫-曾得尔调制器（MZM）产生毫米波并通过毫米波天线发射出去。 在接收端利用接收天线将毫米波信号接收下来并进行功率放大，利用自混频的方式进行下变频，最后利用低通滤波器滤波就可以得到基带信号。 为了实现资源的配置，我们提出了基于微电子机械系统（MEMS）光开关矩阵的射频切换技术来实现动态可控ROF网络的构建。图5中，在内部，利用中心控制单元发出的指令控制MEMS光开关选路。这样，利用60 GHz频段和2.4 GHz频段的网络，以及光开关矩阵，就能够实现楼内多频段多业务的无线智能覆盖，极大增加了频谱效率并有效降低整体能耗。 2智能光载无线网络的媒体访问控制层技术 在构建有效网络的基础上，还需要考虑怎样实现网络内部公平有效的资源共享，这就需要为网络架构配备合理的资源分配机制--媒体访问控制（MAC）层协议。智能RoF网络MAC层协议目前尚没有统一的标准[4],国际研究主要集中在对传统的无线通信标准如、WiMAX的MAC协议改进其响应时间等相关参数以抵消光纤引入的时延从而使其适用于光纤无线电系统。然而在实际的RoF系统中，由于信号的衰减使得传统的分布式的载波侦听多点接入/冲突避免的协议丧失有效性。因此，提出专为RoF系统设计的MAC层协议势在必行。 我们提出基于光载无线网络动态可重构属性的MAC层协议的新模型[5].主要包括设计采用了频率和时间双重属性因子的混合MAC层协议，将光纤引入的额外时延考虑进层协议设计中，利用时间同步补偿技术，实现各远端天线单元的逻辑准同步，从而通过加入频率标识，支持光载无线网络动态可重构属性。 在上述混合MAC帧结构基础上，我们进一步提出了低功耗动态可控MAC帧结构[6],图6所示为帧结构，图6（a）和（b）分别是下行帧结构和上行MAC帧结构。通过在帧结构中设计天线控制域“（ on-off”域）实现对子天线工作/非工作状态的集中管控，进而降低能耗。 通过将光纤引入的额外时延考虑进层协议设计中，利用时间同步补偿技术，实现各RAU的逻辑准同步。上述动态可控MAC层协议模型解决了微波和光波协同作用下分布式ROF网络中多小区、多用户、宽带化泛在化接入问题，降低了ROF网络的能耗。 3动态可重构智能光载无线系统 最主要的功能是实现光纤与无线的相互融合，从而实现宽带、高速和无线化的信息传递。这就需要搭建高效经济的RoF系统将射频信号加载到光载波上，并经远距离传输，在基站通过宽带天线实现点对点多业务无线信号的传送。 3.1认知、协同与低能耗的智能RoF系统 系统与生俱来的中心处理机制，使多信道无线信号的联合处理以及分布式动态可重构光载无线接入成为可能。通过最大程度的利用有限的频谱资源、时隙资源以及功率资源，可实现灵活、高效、低耗能的无线通信接入。 我们基于RoF系统的中心处理机制，提出并搭建了具有认知、协同及低能耗的分布式动态可重构光载无线接入系统。系统在中心站同时控制多小区、多信道的频谱与时隙资源，利用远端天线收集各个小区和信道的使用状况，将资源合理搭配，实现动态可重构属性，使资源得到最大程度的利用。 低通滤波器相关文章:低通滤波器原理
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