基于认知无线电的ROF-PON光无线接入技术

统架构下传输认知无线电信号，仿真实验表明网络性能得到了提高。

2 基于ROF 的混合光纤无线传输系统架构

为了满足传输视频传输的多媒体业务，新兴的光纤到户(FFTH)将成为最终的宽带接入技术，而无源光网络(PON)一经问世就成为人们关注的焦点。由于PON 网络中所用的器件均为无源器件，无需供电，可以免疫外界的电磁干扰和雷电影响，能够实现业务的透明传输，系统可靠性高。PON 网络主要分时分复用无源光网络(TDM-PON)和波分复用无源光网络
(WDM-PON)。

WDM-PON 同TDM-PON 相比，具有用户独享带宽和安全性高等特点，成为未来最有潜力的光接入网，图1所示是WDM-PON 系统框图。

在图1 中，OLT 是光线路终端，ONU 是光网络单元。无线接入网WLAN、WiMAX 和移动通信网络有各自的特点和适用场合，因此是共存的。在实际工作环境中还有其他各种网络存在，但主干网络都应以光网络为主，我们采用基于WDM-PON 的体系结构。在图1 中，只画了3 个典型的无线接入网络，其他有线网络也可以通过PON-ONU 接入WDM-PON系统中。图1 所示的系统架构中，无线网络和PON 的接入单元具有光/电(O/E) 和电/光(E/O) 的功能，不需要调制解调功能，在WDM-PON 中直接传输无线射频信号。

图1 WDM-PON 和无线网络融合的系统架构

3 基于认知无线电的ROF-PON 光无线接入网络系统结构

随着网络技术的发展，光网络也朝着智能方向发展，认知无线电开始应用到光网络中。由于在光网络中提供不同的业务，而不同的业务有不同的服务质量(QoS)要求，这样给网络的管理带来新的挑战。认知网络可以提供跨层设计和跨层优化，因此可以有效地监测和优化光网络。此外，认知技术在光网络中的使用可以提供电信运营商更大的灵活性，根据应用和服务要求调整各种物理层部件的特性( 如调制格式、前向纠错和波长容量等)和网络层参数(带宽、同时传输的光路数和QoS 等)。图2 是基于认知无线电的光纤无线接入网络系统架构，光纤中直接传输射频信号。本文光层可采用WDM-PON 技术(也可以是一个定制的光接入层)。远端的ONU 得到的传感信息回传到中心局(CO)，应用认知无线电技术进行处理。频谱感知和信道接入等都在CO 处理，因此降低了整个系统的复杂度，发挥了ROF 的优势，也发挥了认知无线电在管理频谱方面的特长。

图2 基于认知无线电的光无线接入系统架构

这种系统结构的主要特点是：
(1) 接入点(AP) 节点成本降低，中心基站成本提高。在常规的WLAN网络中，AP 具有调制解调并具有信号处理功能，在本方案中AP 只完成光变成电(O/E) 或电变成光(E/0) 的功能，AP 的调制解调功能和管理功能都转移到中心基站，降低了无线接入节点的成本，但却增加了中心基站的成本。
(2) 可以利用分集技术提高系统的链路性能。由于采用ROF 系统，不同光纤链路接收同一个用户信号可以在中心基站实现宏分集处理，而在无线网络内部可以采用协同分集技术提高链路性能。
(3) 信道接入和频谱感知处理由中心基站完成，网络前端AP 提供射频采集的数据。

这种认知网络架构虽然可以增加系统容量，但它也增加了网络管理方面的复杂度，也面临许多挑战[7]。最大的挑战是媒体访问控制(MAC)层接入控制机制设计。即如何根据PON 网络的MAC 层和无线接入网络的MAC 层的各自特点提出MAC 层性能更优化的MAC 层协议。在网络中光层和射频层是相互依存的，而在这种情况下多个媒体访问控制机制的相互作用将带来设计上的问题。比如射频(RF) 层的频谱感知功能移动到光层去处理，当这个功能被打开时不应干扰射频层感知信道的能力。认知无线电网络下，MAC 协议的功能是确定CR 用户采取什么样的信道接入策略，是实现整个认知网络频谱共享的基本前提。MAC 设计的目标是降低节点传输冲突比例，提高频谱资源利用率。

4 结束语

随着通信网络朝着宽带化、移动化方向的发展，光纤无线通信系统将光纤通信和无线通信融合到一起，发挥了光纤线路的宽带化、抗干扰的优点，同时发挥了无线通信方便灵活的特点，满足了人们对宽带的需求。认知无线电不仅可动态接入授权频谱，还可以接入其他非授权频谱，因此认知无线电和ROF 结合可以提高系统的容量，提高系统的性能。

5 参考文献

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