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

图1 智能光截无线网络体系架构

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。

 图2 面向物联网应用的光载Wi-Fi 异构网络架构

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CWDM进行解复用，光信号被分配到各个远端天线单元(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CWDM-ROF 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]。

图3 基于光载Wi-Fi 的ROF 链路结构

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(EPON) 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(HDTV) 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4 楼内多业务融合接入的网络架构图

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ONU 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(NRZ) 的方式调制到直调激光器(DML) 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。

图5 2.4 GHz 和60 GHz 频段动态可控ROF 系统链路结构图

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IRG 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ROF 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。