基于ROF技術(shù)的EPON和WiMAX融合方案的研究

摘要:從接入網(wǎng)看，光纖無線融合是一種很有前途的架構(gòu)，文章提出了一種基于光纖無線電(ROF)技術(shù)的以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)和全球微波接入互操作性(WiMAX)融合方案，能夠同時在光纖中傳輸EPON基帶信號和WiMAX無線射頻信號。在此基礎(chǔ)上，文章詳細(xì)說明了該方案的一些特點(diǎn)，包括數(shù)據(jù)的上下行傳輸、冗余保護(hù)、漫游等問題。

關(guān)鍵字:EPON；WiMAX；融合；ROF

英文摘要:The convergence of optical and wireless networking is a promising development for future access network architecture. In this article, we propose a converged network integrating Ethernet Passive Optical Network (EPON) and worldwide interoperability for microwave access (WiMAX) technologies based on Radio Over Fiber (ROF)—which can simultaneously transmit EPON baseband signals and WiMAX wireless radio frequency signals. We then elaborate on the characteristics of the converged network and discuss some important issues: upstream and downstream transmission, redundancy protection, and handover.

英文關(guān)鍵字:EPON; WiMAX; convergence; ROF

隨著網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)和視頻點(diǎn)播等高帶寬需求業(yè)務(wù)的發(fā)展，寬帶接入已成為熱點(diǎn)技術(shù)。為了進(jìn)一步優(yōu)化組合資源，降低成本和提供更大帶寬、更靈活的寬帶接入業(yè)務(wù)，光纖和無線接入網(wǎng)絡(luò)的融合成為一種很有前途的架構(gòu)[1-2]。目前，以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)[3]以其低成本、高帶寬及基于以太網(wǎng)的架構(gòu)等優(yōu)勢得到越來越廣泛的應(yīng)用。與此同時，由IEEE 802.16[4]所規(guī)范的全球微波互聯(lián)接入(WiMAX) 技術(shù)正逐步發(fā)展為一種主流的無線寬帶接入技術(shù)。WiMAX和無線局域網(wǎng)(WLAN)接入技術(shù)相比，能提供更大的帶寬、更遠(yuǎn)的距離和更好的服務(wù)質(zhì)量(QoS)支持；和蜂窩技術(shù)相比，它能提供更好的數(shù)據(jù)接入服務(wù)。因此，以EPON和WiMAX這兩種技術(shù)的融合將會彌補(bǔ)各自技術(shù)的不足，充分發(fā)揮光纖接入技術(shù)的高帶寬與無線技術(shù)的靈活性，給用戶帶來更好的體驗(yàn)，同時可以大大降低網(wǎng)絡(luò)整體的建設(shè)成本和維護(hù)費(fèi)用。這些優(yōu)勢使得這兩種技術(shù)廣為流行并具有廣闊的市場前景。

1 融合方案的現(xiàn)狀

EPON 和WiMAX之間的融合可采取的方案主要有2種，一種是基帶光纖傳輸技術(shù)，即數(shù)字基帶信號直接在光纖中傳輸。該技術(shù)的思想是EPON的光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)和WiMAX的基站直接通過以太網(wǎng)接口來連接，光纖中傳輸?shù)氖且蕴�網(wǎng)幀。這種方案實(shí)現(xiàn)難度較低、覆蓋范圍較大，在帶寬分配和QoS保障方面具有相對優(yōu)勢及良好的可實(shí)現(xiàn)性，文獻(xiàn)[5]中有這方面的論述。該方案中的缺點(diǎn)是基站要實(shí)現(xiàn)數(shù)字基帶信號到無線射頻信號的轉(zhuǎn)換，成本相對較高。特別是當(dāng)無線信號頻率較高時，由于無線信號衰減的快，需要建設(shè)大量基站來覆蓋更多的范圍，成本的問題就顯得更為突出。另外一種方案是射頻光纖傳輸 (ROF)技術(shù)[6]，即無線射頻信號直接在光纖中傳輸。ROF系統(tǒng)中運(yùn)用光纖作為基站(BS)與中心站(CS)之間的傳輸鏈路，直接利用光載波來傳輸射頻信號(RF)。光纖僅起到傳輸?shù)淖饔�，交換、控制和信號的再生都集中在中心站上，基站僅實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。這樣可以把復(fù)雜昂貴的設(shè)備集中到中心站點(diǎn)，讓多個遠(yuǎn)端基站共享這些設(shè)備，從而減少基站的功耗和成本。目前，已有大量關(guān)于無線局域網(wǎng)(WLAN)與射頻光纖傳輸系統(tǒng)相結(jié)合的論文，也有全球移動通信系統(tǒng)(GSM)系統(tǒng)和射頻光纖傳輸技術(shù)相結(jié)合成功商用的實(shí)例。WiMAX在同步光纖網(wǎng)絡(luò)(SONET)上的傳輸也有著相關(guān)的研究[7-8]。

2 融合方案的架構(gòu)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)基于ROF技術(shù)的EPON 和WiMAX的融合，本文設(shè)計(jì)了如圖1的基于ROF技術(shù)的EPON和WiMAX的融合架構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。和標(biāo)準(zhǔn)的EPON系統(tǒng)相比，光線路終端(OLT)和光網(wǎng)絡(luò)單元基站(ONU-BS)都進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，說明如下：

(1) 為了節(jié)約成本，便于集中處理，我們把原本屬于基站的WiMAX物理層的設(shè)備都放到了中心節(jié)點(diǎn)OLT處加以實(shí)現(xiàn)。IEEE 802.16的物理層定義了系統(tǒng)的工作頻段為2~66 GHz，還主要規(guī)定了2種調(diào)制方式： 單載波調(diào)制和正交頻分復(fù)用調(diào)制(OFDM) 。在2~11 GHz頻段上主要采用OFDM調(diào)制。OFDM技術(shù)具備非視距傳輸能力，能有效抗衰減和抗多徑，因此本系統(tǒng)采用了OFDM調(diào)制和解調(diào)設(shè)備。

在11 GHz以下頻段有3個頻段可以使用：2.5 GHz、3.5 GHz和5.8 GHz�？紤]到WiMAX的部署情況，本系統(tǒng)采用了3.5 GHz的頻段。WiMAX并未規(guī)定具體的載波帶寬，系統(tǒng)可以采用1.25 MHz~20 MHz之間的帶寬。本系統(tǒng)采用了20 MHz的帶寬。這里我們并沒有考慮到同頻干擾的問題，實(shí)際應(yīng)用中可以采用頻率復(fù)用和扇區(qū)劃分技術(shù)來更好的利用頻譜資源和得到更大的系統(tǒng)吞吐量。在ROF系統(tǒng)應(yīng)用中，如果RF信號工作的頻段不高(低于10 GHz)時一般都采用直接調(diào)制技術(shù)；如果RF信號工作的頻段較高(10 GHz以上)時一般采用外調(diào)制技術(shù)。本系統(tǒng)因?yàn)镽F信號工作頻的不高固采用了直接調(diào)制技術(shù)。