应用ROF技术的未来通信小区_本期优秀论文_.doc

应用ROF技术的未来通信小区_本期优秀论文_本文由littlecsh贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 技术 中文核心期刊 应用 技术的未来通信小区( 本期优秀论文 ） 喻 莉 ， 于 晖 ， （ 华中科技大学 电子与信息工程系武汉光电国家实验室， 武汉 ； 海军 部队） 摘 要： 在分析一般光纤通信与移动通信接入网结合 的 基 础 上 ， 提 出 应 用 技 术 的 新 型 小 区 的 体 系 结 构， 并对其 无 线 资 源 管 理 进 行 初 步 分 析 ， 同 时 阐 述 了 其与 网络的融合。 、 关键词： 光纤通信； ； 无线资源管理 中图分类号： 文献标志码： 移动通信中的光纤直放站， 分布式基站方案是这 一思想的体现。 光纤直放站主要由光近端机、 光纤、 光远端机（ 覆 盖单元） 几个部分组成。在整个过程中， 直放站抵消掉 了基站到直放站之间的无线信号路径损耗， 相当于在 基站和手机之间提供了一个双向透明的通道， 使无线 信号得到了延伸。 分布式基站是最近几年发展的技术， 华为、 斯 达康、 中兴、 烽火都推出了相应的解决方案。分布式基 站或软基站主要由基带单元和射频拉远单元组成， 基 带单元和射频拉远单元通过光纤连接， 各个射频单元 共享基带单元资源。它与光纤直放站的主要区别在 于： 直放 站只 是 主 基 站 覆 盖 的 延 伸 ， 本 身 不 提 供 额 外 的容量。而分布式基站既提供容量又提供覆盖， 它的 子站本身可视为主单元的一个远端扇区， 也可视为与 主单元不同的逻辑基站。分布式基站实际上已经是一 种新型的网络结构。 可以看到以上两种方案中， 光纤是作为宽带传输 网络的一种承载工具， 光纤网络并没有成为通信低层 结构。随着通信的发展， 我们不妨在分布式基站的基 础上提出 小区概念， 其接入物理层以光层为基 础。通过光电转换、 光传输完成 功能。 引言 光纤通信的概念始于 世纪中期， 由于其大容 量， 低 损耗， 抗电磁 干扰 ， 保 密 性 好 等 特 点 ， 在 短 短 的 几十年间得到飞速的发展。目前， 光纤中单一波长的 传输速率已达到 ， 单根光纤已可达到 级 别的传输容量。超长距离传输达到数千公里无中继。 技术已达到 个波长传输， 每个波长 自动 的水平 。在系统中也提出了光纤到家庭 （）、 交换光网络 （）以及 光网络 等概念。移动通信 的发展也极为迅猛。第三代（ ） 移动通信可以向室内 用户提供 速 率 的 接 入 ， 向 室 外 步 行 用 户 提 供 速率的接入， 是现在第二代移动通信速率的 倍。而 系统的设计速率高达 。现有的 频率资源已不能满足要求， 高达几十 的射频对移动 通信系统接入网提出新的要求。在宽带光接入网基础 上发展移动通信是必然趋势， 我们正是要利用宽带光 接入 网 的 优 势 弥 补 移 动 通 信 中 空 中 接 口 资 源 受 限 的 不足， 从而达到为用户提供高传输速率的目的。 以 技术为基础的未来通信小区结构 （ ）技术是一种 将 微 波 信 号（ 电信号） 以光的方式传递的技术。这将是光宽带接 入网和无线通信接入网的契合点。移动通信的物理层 将被分为两部分： 传统无线层和下面的光层。光层是 一个多元多接入系统（ ） 。直到现在， 网络通常只用 于一项业务， 然而光纤的大带宽足以应对光波长的复 用。从而使一根光纤同时用于多个不同的业务： 不同 业务的信号能通过不同的波长传输。服务可能是移动 通信， 固定无线接入， 数字电视或其它。在多服务的光 纤网中， 每一 个 业 务 利 用 不 同 的 波 段 ； 只 有 在 两 端 相 关波段的信号才能接收到（ 由光复用器隔离） 。 光纤通信与现代移动通信接入网的结合 宽带光接入网技术已成为电信研究部门、 各大电 信公司和运营部门关注的焦点和投资的热点。据 中 国电信行业研究报告 年接入网市场研 究报告 今 后 年 内 电 信 投 资 的 将 用 于 接 入 称， 网建设。 收稿日期： 。 基金项目： 国家自然科学基金项目（ ） 资助； 武汉光电 国 家 实 验 室基金项目项目资助。 作者简介： 喻 莉， 女， 博士， 教授。从事计算机网络、 无线通信、 多媒体数 据编码、 信号处理等方面的研究， 国家 现代远程教 育 技 术 标 准 委 员 会 成员（ ） ， 中国图形图象学会会员， 湖北省通信学会会员， 湖北省通 信专家。 的特 点 是 将 若 干 个 普 通 天 线 对 信 号 进 行 处 理的功能合并到一个所谓中心站的地方 。一个基本 的 小 区 包 括 一 个 中 心 基 站 （ ） 和 若 干 个 远 距 光通信技术 年第 期 技术 喻 莉， 等： 应用 技术的未来通信小区 无 线 接 入 点 （ ） ， 每 个 都 通 过 光 纤 与 相 连 。 每个 覆盖一定的范围， 大小在微小区和微微小区 范畴， 可称之为 子窝。 只提供无线接入的功能， 而像调制、 均衡、 纠错这样的工作都由 完成。欧洲 的 项目就演示了一个光纤支持的， 毫米波天 线作 为最后 下 路 的 解 决 方 案 ， 允 许 无 线 宽 带 接 入 到 块。 交换网络完成 、 和 的语音 数据业务信道 的内部交换。 内部的信道是通过交换网络实现的， 使用内部协议。交换内部的操作包括 ： 将进来的信息 存储起来并按次序转送到相应的出线信道。一旦输 人、 出时间及 空 间 等 逻 辑 关 系 建 立 以 后 ， 它 就 由 内 输 部交换存储口来管理， 直到在公共处理单元指令下将 路由 释 放 。 公 共 处 理 单 元 通 过 中 继 控 制 单 元 与 其 他 固定的， 以光纤为基础的网络。由于光纤通道的应用， 小区具有很多特点， 非常适应未来通信的发展， 如： （ ） 小区结构适宜于高载波频率的使用 ： 光 层的高速传输及范围小、数量多的 子窝满足高载 波频率带宽大、 传播距离近的要求。 视线内运行的特点， （ ） 子窝具有低射频功率、 这能减少干 扰 （ 如 多 径 效 应 ） ， 减 少 环 境 影 响 ， 增 加 对 人体健康的保护。 廉价的 和 子窝形状的多样化 可以带来良好的覆盖， 同时也使得宽带无线接入更经 济可行。 （ ） 单个 小区的集中控制模式能够有效减少 切换数量， 并方便升级和改进； 多个 小区 间 的分布式控 制 ， 可 以 支 持 宏 分 集 ， 可 以 方 便 地 进 行 动 态的无线资源配置和容量分配， 缓和小区规划问题。 这意味着可以以有限的频率资源获得更多的容量 ， 可 以提高 质量， 同时也带来更高的可靠性和更低的 维护成本。 （ ） 光层的应用可以降低对未来空中电磁环境的 干扰， 低光纤损耗（ 最高 ） 将减少传输过程中 信号的 损失 ， 单 光 纤 的 多 业 务 服 务 ， 将 使 得 工 程 成 本 降低。 的公共处理单元进行信令交换， 并对 内部各 模 块进行控制 管 理 ， 包 括 对 内 部 数 据 库 的 管 理 ， 以 完 成无线资源管理的任务。 中继控制单元与其他 连 接， 传输信令、 同步及业务信息。 终端控制单元连接 与 ， 包括光电转换、 射频转换、 附加信息等功能， 其 数量取决于业务容量和 处理能力。 小区系统的无线资源管理 由于 小区系统本身的特点， 其无线资源管理 必然随之变化。根据 小区系统的结构特点， 应该 在逻辑上采用两级无线资源分配模型， 而在物理上无 线资源分配都是在 中完成。 第一级无线资源分配： 通过各 间的协调及信 令交互， 在 中完成。负责整个系统中的频率、 时 隙、 码道 等资 源 在 系 统 中 的 统 一 调 配 和 复 用 ， 通 过 动 态或静态的切换控制、 呼叫允入、 调度、 功率控制和链 路自适应等算法， 针对系统的业务呼叫阻塞率 、 小区间切换阻塞率、各用户业务的传输吞吐量和时 延、 系统功率效率以及减少系统干扰等目标进行合理 的规划设计。 第二级无线 资源分配 ： 在 当前 中完成 ， 根 据 无 线 资 源 分 配 结 果 给 各 个 子 窝 分 配 资 源 ， 负 责 小区的结构层次扁平， 单个 小区内进 行集中式控制， 小区间的各 实行分布式控制。单 个小区类似于宽带系统的局域网结构， 传输的是模拟 射 频 信 号 ， 担 当 路 由 器 的 角 色 ， 与 之 间 形成广域网的关系， 相互传输数据信息。 小区中无线资源和空间资源的调配。 小区内 的无线资源分配可采用两种不同的方法， 一是在 小区内采用频率、 时隙、 码道复用的方法， 如此能够提 高系统容量但网络规划和信令系统较为复杂。二是 时隙、 码道不复用方法， 由 根据 小区内频率、 移动系统状态及终端（ ） 的运动趋势状态进行频率、 时隙 、 码道的 分 配 ， 可 使 系 统 的 网 络 规 划 和 设 计 简 单 但系统容量较低。 无线资源管理涉及到接入控制、 道分配、 率 信 功 控制、 切换、 负载控制等。 这些在 小区系统应用中 都将引入两级管理的思想。在传统无线资源管理中， 起衡量标准的因素有业务量、 干扰等， 在 小区 系 统中由于 子窝 面 积 微 小 ， 切 换 频 繁 ， 有 必 要 引 入 用 户 移动性模型 ， 通过预测移动用户的运动规律， 建立用 年第 期 光通信技术 小 区 系 统 的 核 心 是 ， 由 以 下 几 部 分 构 成： （） 终端控制单元， 负责处理各 接口； （） 中继控制单元， 负责处理各 接口； （） 公共处理单元， 负责无线信道资源管理； （） 交换网络单元， 实现数字交换网络。 的 核 心 部 分 是 交 换 网 络 单 元 和 公 共 处 理 单 元。交换网络单元是由一系列实现网络接口单元间信 息交换的交换单元模块组成。网络接口单元包括终端 控制单元模 块 、 继 控 制 单 元 模 块 、 共 处 理 单 元 模 中 公 技术 喻 莉， 等： 应用 技术的未来通信小区 户的移动性模型， 然后采用一定的跟踪预测算法 ， 估 计和预测用户的位置。并借助对用户位置的预测进行 智能寻呼 、 换 、 载 控 制 和 信 道 分 配 ， 以 达 到 减 切 负 小区中 功能的简化， 接口将只具有物理层 的功能。它传输的信号是射频信号， 载体是光信号， 主 要功能是光电转换。 少无线网络信令， 增加连接可靠性和有效性的目的。 小区中的 通过 互相联系， 接口功 能基本不变， 如： 之间基本移动性的管理、 支持公 共信道的业务流程、 支持专用信道的业务流程。其中 支持专用信道的业务流程是移动用户处于专用信道 状态 下进行的 业 务 流 程 ， 通 俗 讲 ， 就 是 进 行 各 种 不 同 业 务 跨 接 口 的 软 切 换 和 更 软 切 换 （ 包 括 切 入 、 切 出 ）， 并完成相关的无线资源管理； 而另 外两项功能 都 是在移动用户发起分组域业务， 处于非专用信道状态 下 ， 活动性较低 ， 用 户 和 网 络 之 间 交 互 的 数 据 量 较 少 甚至没有。但由于 功能的复杂， 以及 小区 小区系统在 、 网络规划中的应用 下面将说明 小区系统在 、 网络规划中 的应用。 网络主要由两个部分组成： 无线接入网 （ ） 和核心网（ ） ， 无线接入网的主要元素是基站 （ ） 和无线网络控制 器（ ） ， 主要接口 有 ， ， 。如图 。 小 区 中 的 将 融 合 和 的 功 能。如图 ， 主要有： （） 执行系统信息广播与系统接入控制功能； （） 切换和 迁移等移动性管理功能； （） 宏分集合并功率控制无线承载分配等无线资 源管理和控制功能； 的分布式控制， 其作用及数据传送量将大大提高， 内容也将有所变化并得到丰富。如宏分集的使用 ， 基 于分布式控制的 策略。 可以看到由于 小区内的 集中式控制 和小区 间的 各 分布式控 制的特点 ， 它简化了网 络的 层 次， 不单适应 的需要， 更具有 网络的特征， 如全 （） （） （） （） 扩频调制解调； 信道编码解码； 基带信号和射频信号的相互转换； 射频信号和光信号的相互转化， 这一点与传统 网， 全 网最有可能成为 网的代名词。在全 网 中 ， 和 的 功 能 被 转 移 到 和 一 系 列 的 服务器和网关中实现， 这是与现有的 和 网的最 大的区别。 正与 小区中的 相对应， 建立 概念不同。 小 区 中 的 大 大 简 化， 主要功能包 括功率放大， 射 频信号和光信 号的相互转化。 小 区 ， 我 们 可 以 直 接 发 展 在 光 纤 上 传 输 （ ） ， 这将有助于方便稳妥的由 进入 ， 甚至直接进入 时代。 在现有技术基础上， 所有信号将在 处理， 如： 光电转换， 打包， 封装等， 形成 或 后再光电转 换， 变成光信 号在 间传输 ， 这样增大了 系统的花 销， 在全光技 术 发 展 下 ， 有 望 在 未 来 通 过 光 信 号 的 直 接交换（ 光包交换） ， 从而提升通信网络的性能。 小 区 中 接 口 、 和 的物理连 图 网络系统框图 接依托光纤通 道完成， 在物理 层上形成光层。 变化最大的将是 结束语 未来通信的发展将依赖于光纤这一基础设施， 在 这一平台上， 可以实现移动通信， 固定通信， 固定无线 通信， 有