無(wú)線光CDMA接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量研究

根據(jù)無(wú)線光通信和無(wú)線接入技術(shù)的特點(diǎn)，給出了無(wú)線光CDMA接入網(wǎng)的分槽ALOHA-CDMA協(xié)議，并分析了無(wú)線光CDMA接入網(wǎng)的吞吐量性能。在考慮多用戶干擾、背景光噪聲、接收機(jī)噪聲等多種干擾噪聲的條件下，給出了無(wú)線光CDMA接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量數(shù)學(xué)模型，并采用光正交碼OOC作為地址碼，分析了基于此MAC協(xié)議的無(wú)線光CDMA接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，分槽ALOHA-CDMA協(xié)議可以具有較高的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。此外，通過(guò)減小分組長(zhǎng)度或增大光地址碼的碼長(zhǎng)，可進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐能力。
關(guān) 鍵 詞 接入網(wǎng); 媒質(zhì)接入控制; 吞吐量; 控制無(wú)線光碼分多址

近年來(lái)，隨著光通信器件逐步成熟以及大量關(guān)鍵技術(shù)被突破，無(wú)線光通信技術(shù)已成為當(dāng)前熱點(diǎn)，并逐漸進(jìn)入了商用化發(fā)展階段。無(wú)線光通信具有的設(shè)備體積小、重量輕、寬帶性、無(wú)電磁干擾性、無(wú)需申請(qǐng)政府批準(zhǔn)、安裝快捷及組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，特別是市政建設(shè)基本定形，新設(shè)光纖的施工需要繁瑣的市政批準(zhǔn)以及地理位置限制，以及施工難度大，施工周期長(zhǎng)，使無(wú)線光通信成為解決最后一公里寬帶接入和實(shí)現(xiàn)全球個(gè)人通信的最佳方案之一。
在無(wú)線光接入網(wǎng)中，可采用的多址接入方式有：波分多址(Wavelength Division Multiple Access，WDMA)、時(shí)分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)、碼分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)、空分多址(Space Division Multiple Access，SDMA)。與其他幾種多址方式相比，CDMA具有抗干擾能力強(qiáng)、頻率利用率高、保密性好、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡(jiǎn)單、支持隨機(jī)接入等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用到無(wú)線光接入網(wǎng)中，不僅具有CDMA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，又保持了無(wú)線光通信的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了二者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。[1-5]
目前，人們對(duì)無(wú)線光CDMA接入網(wǎng)的研究主要集中在物理層，即各種地址碼的構(gòu)造和編解碼器的設(shè)計(jì)以及對(duì)系統(tǒng)的誤碼率性能進(jìn)行分析[1-3]，而對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層的媒質(zhì)接入控制(Media Access Control，MAC)協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)性能研究還未見(jiàn)公開(kāi)報(bào)道。本文在分析了接入控制協(xié)議純ALOHA和分槽ALOHA特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，論述了分槽ALOHA-CDMA接入?yún)f(xié)議的思想，根據(jù)該協(xié)議推導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)吞吐量的數(shù)學(xué)模型，并給出仿真結(jié)果，分析了網(wǎng)絡(luò)吞吐量性能。

1 媒質(zhì)接入控制(MAC)協(xié)議
在接入網(wǎng)中，MAC協(xié)議至關(guān)重要，它直接影響到網(wǎng)絡(luò)的性能(吞吐量、時(shí)延)、帶寬利用效率、終端設(shè)備的復(fù)雜度和成本。ALOHA協(xié)議是一種典型的用于無(wú)線接入的隨機(jī)多址協(xié)議。它具有簡(jiǎn)單、時(shí)延短的優(yōu)點(diǎn)，但信道利用率不夠理想。純ALOHA的最大信道吞吐率只有18%，分槽ALOHA的最大信道吞吐率也只有36%。如果將分槽ALOHA協(xié)議和光CDMA技術(shù)結(jié)合起來(lái)，利用地址碼的正交特性來(lái)獲得多個(gè)用戶同時(shí)接入信道，可大大提高信道的吞吐率。分槽ALOHA-CDMA協(xié)議的思想是把信道劃分成多個(gè)時(shí)隙，用戶在每個(gè)時(shí)隙的開(kāi)始時(shí)刻發(fā)送分組，待發(fā)送的分組經(jīng)過(guò)光編碼器進(jìn)行擴(kuò)頻編碼再發(fā)送出去。網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)用戶擁有一個(gè)獨(dú)特的光正交碼(Optical Orthogonal Code，OOC)[7-10]，每個(gè)用戶采用可調(diào)諧發(fā)射固定接收(Tunable Transmitter Fixed Receiver，TTFR)工作模式。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中用戶想給某個(gè)用戶發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，把發(fā)射機(jī)編碼器調(diào)諧到目的用戶地址碼即可，接收端成功收到數(shù)據(jù)后發(fā)送確認(rèn)信息。分槽ALOHA-CDMA協(xié)議通過(guò)給用戶分配不同的光正交碼OOC，允許多個(gè)用戶同時(shí)使用信道而不產(chǎn)生沖突，與ALOHA協(xié)議相比，分槽ALOHA-CDMA接入?yún)f(xié)議具有信道利用率高和時(shí)延小的優(yōu)點(diǎn)。