動(dòng)態(tài)可重構(gòu)的智能光載無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)

1 新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

要實(shí)現(xiàn)智能化的光載無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)一個(gè)好的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是首先需要考慮的問(wèn)題。結(jié)合目前世界范圍內(nèi)主流網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)并規(guī)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(gòu)。

該架構(gòu)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(duì)大范圍低成本Wi-Fi 覆蓋的應(yīng)用需求，以及智能家庭中吉比特高清視頻等高數(shù)據(jù)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(gòu)具體化，提出了兩種具有特定適用范圍的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1.1 面向?qū)拵Ы尤肱c泛在感知應(yīng)用的分布式光載Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)及鏈路實(shí)現(xiàn)

物聯(lián)網(wǎng)的典型結(jié)構(gòu)包括3 層，即感知層、傳送層和應(yīng)用層［2］。本文提出一種基于光載Wi-Fi 異構(gòu)結(jié)構(gòu)的傳送層網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2 所示。

基于光載Wi-Fi 的ROF 鏈路結(jié)構(gòu)如圖3 所示，我們運(yùn)用基于粗波分復(fù)用（CWDM） 方式的模擬直調(diào)ROF 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，經(jīng)過(guò)模擬直調(diào)后，不同波長(zhǎng)的光經(jīng)過(guò)CWDM 器件復(fù)用到一根光纖中傳輸，光纖另一端由另一個(gè)進(jìn)行解復(fù)用，光信號(hào)被分配到各個(gè)遠(yuǎn)端天線(xiàn)單元（RAU） 中，由光電探測(cè)器恢復(fù)出射頻信號(hào)，經(jīng)放大后由天線(xiàn)發(fā)射出去實(shí)現(xiàn)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(yīng)用需求。該透明結(jié)構(gòu)易于升級(jí)，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(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的傳輸［3］。

1.2 面向樓內(nèi)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(gòu)設(shè)計(jì)及鏈路實(shí)現(xiàn)

圖4 是2.4 GHz 頻段和60 GHz 頻段樓內(nèi)多業(yè)務(wù)融合接入的ROF 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)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(xiàn)基帶信號(hào)到2.4 GHz 和60 GHz 的上變頻，以及射頻資源的管控和調(diào)度，并利用室內(nèi)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(shè)計(jì)和網(wǎng)關(guān)處理功能，利用相鄰房間的已有Wi-Fi 信號(hào)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(tǒng)的構(gòu)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(nèi)各房間用戶(hù)提供吉比特?zé)o壓縮高清晰度電視及其點(diǎn)播業(yè)務(wù)，Wi-Fi 信號(hào)的寬帶接入和健康監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)測(cè)等物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)智能泛在家庭網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

圖5 是樓內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(shù)據(jù)以串行不歸零碼的方式調(diào)制到直調(diào)激光器發(fā)出的連續(xù)光載波上，然后利用馬赫- 曾得爾調(diào)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(hào)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(hào)。

為了實(shí)現(xiàn)資源的配置，我們提出了基于微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS） 光開(kāi)關(guān)矩陣的射頻切換技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可控ROF 網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。圖5 中，在內(nèi)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?qū)崿F(xiàn)樓內(nèi)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。