1 新型網絡體系結構

要實現智能化的光載無線網絡，設計一個好的網絡體系結構是首先需要考慮的問題。結合目前世界范圍內主流網絡架構的優點并規避其不足，我們提出了如圖1 所示的光纖無線電(RoF)網絡架構。該架構分為3 層，由下往上依次為分布式無線接入層、光交換層和集總基站池。

針對大范圍低成本Wi-Fi 覆蓋的應用需求，以及智能家庭中吉比特高清視頻等高數據業務的接入需求，我們將上述的通用型智能光載無線網絡體系架構具體化，提出了兩種具有特定適用范圍的網絡架構

圖1 智能光截無線網絡體系架構

1.1 面向寬帶接入與泛在感知應用的分布式光載Wi-Fi 網絡架構設計及鏈路實現

物聯網的典型結構包括3 層，即感知層、傳送層和應用層[2]。本文提出一種基于光載Wi-Fi 異構結構的傳送層網絡，其網絡架構如圖2 所示。

 圖2 面向物聯網應用的光載Wi-Fi 異構網絡架構

基于光載Wi-Fi 的ROF 鏈路結構如圖3 所示，我們運用基于粗波分復用(CWDM) 方式的模擬直調ROF 網絡架構，經過模擬直調后，不同波長的光經過CWDM 器件復用到一根光纖中傳輸，光纖另一端由另一個CWDM進行解復用，光信號被分配到各個遠端天線單元(RAU) 中，由光電探測器恢復出射頻信號，經放大后由天線發射出去實現無線覆蓋。通過雙向的CWDM-ROF 鏈路完成可以滿足寬帶無線接入的應用需求。該透明結構易于升級，在少量硬件改造的情況下就可以滿足3G 等其他無線標準信號的傳輸[3]。

圖3 基于光載Wi-Fi 的ROF 鏈路結構

1.2 面向樓內多業務融合接入的多頻段動態可控ROF 網絡架構設計及鏈路實現

圖4 是2.4 GHz 頻段和60 GHz 頻段樓內多業務融合接入的ROF 網絡架構圖。在以太網無源光網絡(EPON) 的光網絡單元(ONU) 處，一個額外的智能駐地網關(IGR) 被用來實現基帶信號到2.4 GHz 和60 GHz 的上變頻，以及射頻資源的管控和調度，并利用室內光纖網絡傳輸。為了解決上行過程中的成本和技術難題，又考慮到上行業務如視頻點播(VOD)一般并不需要特別高速的傳輸速率，這里通過終端設計和網關處理功能，利用相鄰房間的已有Wi-Fi 信號覆蓋來進行吉比特下行業務的上行需求。這樣通過Wi-Fi 分布式天線系統的構建和60 GHz 頻段吉比特無線通信鏈路的建立，就可以為樓內各房間用戶提供吉比特無壓縮高清晰度電視(HDTV) 及其點播業務，Wi-Fi 信號的寬帶接入和健康監測、視頻監控和環境監測等物聯網業務，從而實現智能泛在家庭網絡的構建。

圖4 樓內多業務融合接入的網絡架構圖

圖5 是樓內多業務融合的動態可控ROF 網絡的傳輸鏈路。在ONU 和智能駐地網關(IRG) 內部，Internet 里的吉比特HDTV 業務源經過EPON 的ONU 以有線方式提供給樓內用戶，為了支持無線接入方式，利用變換接口將以太網并行數據以串行不歸零碼(NRZ) 的方式調制到直調激光器(DML) 發出的連續光載波上，然后利用馬赫- 曾得爾調制器(MZM) 產生毫米波并通過毫米波天線發射出去。在接收端利用接收天線將毫米波信號接收下來并進行功率放大，利用自混頻的方式進行下變頻，最后利用低通濾波器濾波就可以得到基帶信號。

圖5 2.4 GHz 和60 GHz 頻段動態可控ROF 系統鏈路結構圖

為了實現資源的配置，我們提出了基于微電子機械系統(MEMS) 光開關矩陣的射頻切換技術來實現動態可控ROF 網絡的構建。圖5 中，在IRG 內部，利用中心控制單元發出的指令控制MEMS 光開關選路。這樣，利用60 GHz 頻段和2.4 GHz 頻段的ROF 網絡，以及光開關矩陣，就能夠實現樓內多頻段多業務的無線智能覆蓋，極大增加了頻譜效率并有效降低整體能耗。