在構(gòu)建有效網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，還需要考慮怎樣實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部公平有效的資源共享，這就需要為網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)配備合理的資源分配機(jī)制—— 媒體訪問(wèn)控制(MAC)層協(xié)議。

智能RoF 網(wǎng)絡(luò)MAC 層協(xié)議目前尚沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[4]，國(guó)際研究主要集中在對(duì)傳統(tǒng)的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)如Wi-Fi、WiMAX 的MAC 協(xié)議改進(jìn)其響應(yīng)時(shí)間等相關(guān)參數(shù)以抵消光纖引入的時(shí)延從而使其適用于光纖無(wú)線電系統(tǒng)。然而在實(shí)際的RoF 系統(tǒng)中，由于信號(hào)的衰減使得傳統(tǒng)的分布式的載波偵聽(tīng)多點(diǎn)接入/沖突避免(CSMA/CA)的協(xié)議喪失有效性。因此，提出專為RoF 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的MAC 層協(xié)議勢(shì)
在必行。

我們提出基于光載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)屬性的MAC 層協(xié)議的新模型[5]。主要包括設(shè)計(jì)采用了頻率和時(shí)間雙重屬性因子的混合MAC 層協(xié)議，將光纖引入的額外時(shí)延考慮進(jìn)MAC 層協(xié)議設(shè)計(jì)中，利用時(shí)間同步補(bǔ)償技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各遠(yuǎn)端天線單元的邏輯準(zhǔn)同步，從而通過(guò)加入頻率標(biāo)識(shí)，支持光載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)屬性。

在上述混合MAC 幀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步提出了低功耗動(dòng)態(tài)可控MAC 幀結(jié)構(gòu)[6]，圖6 所示為MAC幀結(jié)構(gòu)，圖6(a)和(b)分別是下行MAC幀結(jié)構(gòu)和上行MAC 幀結(jié)構(gòu)。通過(guò)在MAC 幀結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)天線控制域“( on-off”域)實(shí)現(xiàn)對(duì)子天線工作/非工作狀態(tài)的集中管控，進(jìn)而降低能耗。通過(guò)將光纖引入的額外時(shí)延考慮進(jìn)MAC 層協(xié)議設(shè)計(jì)中，利用時(shí)間同步補(bǔ)償技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各RAU 的邏輯準(zhǔn)同步。上述動(dòng)態(tài)可控MAC 層協(xié)議模型解決了微波和光波協(xié)同作用下分布式ROF 網(wǎng)絡(luò)中多小區(qū)、多用戶、寬帶化泛在化接入問(wèn)題，降低了ROF 網(wǎng)絡(luò)的能耗。

圖6 MAC幀結(jié)構(gòu)

3 動(dòng)態(tài)可重構(gòu)智能光載無(wú)線系統(tǒng)

RoF 最主要的功能是實(shí)現(xiàn)光纖與無(wú)線的相互融合，從而實(shí)現(xiàn)寬帶、高速和無(wú)線化的信息傳遞。這就需要搭建高效經(jīng)濟(jì)的RoF 系統(tǒng)將射頻信號(hào)加載到光載波上，并經(jīng)遠(yuǎn)距離傳輸，在基站通過(guò)寬帶天線實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)多業(yè)務(wù)無(wú)線信號(hào)的傳送。

3.1 認(rèn)知、協(xié)同與低能耗的智能RoF系統(tǒng)

RoF 系統(tǒng)與生俱來(lái)的中心處理機(jī)制，使多信道無(wú)線信號(hào)的聯(lián)合處理以及分布式動(dòng)態(tài)可重構(gòu)光載無(wú)線接入成為可能。通過(guò)最大程度的利用有限的頻譜資源、時(shí)隙資源以及功率資源，可實(shí)現(xiàn)靈活、高效、低耗能的無(wú)線通信接入。

我們基于RoF 系統(tǒng)的中心處理機(jī)制，提出并搭建了具有認(rèn)知、協(xié)同及低能耗的分布式動(dòng)態(tài)可重構(gòu)光載無(wú)線接入系統(tǒng)。系統(tǒng)在中心站同時(shí)控制多小區(qū)、多信道的頻譜與時(shí)隙資源，利用遠(yuǎn)端天線收集各個(gè)小區(qū)和信道的使用狀況，將資源合理搭配，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)屬性，使資源得到最大程度的利用。

所提分布式系統(tǒng)具有認(rèn)知、協(xié)同與低能耗3 個(gè)特點(diǎn)。其中認(rèn)知指的是中心站通過(guò)遠(yuǎn)程天線單元了解天線所在小區(qū)的無(wú)線信道使用狀況，并以此計(jì)算分配資源方案；協(xié)同則是指在計(jì)算出最優(yōu)化資源分配方式后，中心處理器將調(diào)度命令發(fā)送至系統(tǒng)設(shè)備，通過(guò)對(duì)微波和光波資源的控制實(shí)現(xiàn)資源的調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)屬性；低能耗則是指由于中心站的資源由多個(gè)小區(qū)共同分享，因而減小了每個(gè)小區(qū)的設(shè)施，同時(shí)可在整個(gè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求小時(shí)，關(guān)閉部分冗余設(shè)備和資源的功能，以節(jié)約能源。

3.2 有線無(wú)線資源聯(lián)合調(diào)度的智能RoF 系統(tǒng)

RoF 中有線無(wú)線資源的聯(lián)合調(diào)度是指同時(shí)考慮有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度，從而最大化RoF 網(wǎng)絡(luò)的資源利用率，主要內(nèi)容包括兩部分：算法部分和協(xié)議部分。

算法部分主要針對(duì)智能RoF 網(wǎng)絡(luò)的路由算法進(jìn)行資源調(diào)度。我們提出了聯(lián)合路由算法來(lái)實(shí)現(xiàn)RoF 網(wǎng)絡(luò)中有線無(wú)線資源的聯(lián)合調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)端到端的全局最優(yōu)路徑。聯(lián)合路由算法的主要思想為：把光網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分為兩個(gè)域，在中心站(CO)中構(gòu)建出3 個(gè)路徑計(jì)算單元(PCE)，其中兩個(gè)子PCE 分別負(fù)責(zé)光網(wǎng)絡(luò)域和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)域的算路，父PCE 負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)兩個(gè)域的路徑計(jì)算，當(dāng)業(yè)務(wù)到來(lái)時(shí)，通過(guò)子PCE 和父PCE 之間的信息交互，可以實(shí)現(xiàn)分布式環(huán)境下RoF 網(wǎng)絡(luò)中的全局最優(yōu)路徑。

協(xié)議部分主要針對(duì)智能RoF 網(wǎng)絡(luò)的MAC 協(xié)議進(jìn)行資源調(diào)度。當(dāng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入一個(gè)新的連接請(qǐng)求時(shí)，除了考慮無(wú)線側(cè)的資源分配外，還需要考慮排隊(duì)時(shí)間和注冊(cè)時(shí)間的影響，從而實(shí)現(xiàn)為業(yè)務(wù)分配合適的光波資源，達(dá)到微波光波資源的聯(lián)合調(diào)度。該方法僅僅從時(shí)延造成的影響方面研究了微波光波資源的聯(lián)合調(diào)度，實(shí)際上，當(dāng)多個(gè)用戶競(jìng)爭(zhēng)資源時(shí)，吞吐量和公平性問(wèn)題也需要加以考慮以達(dá)到更高的網(wǎng)絡(luò)資源利用率，從而實(shí)現(xiàn)微波光波資源的聯(lián)合調(diào)度。

4 智能RoF 關(guān)鍵單元器件技術(shù)

在傳統(tǒng)的無(wú)線通信系統(tǒng)中，大部分微波信號(hào)處理功能是在基站中通過(guò)電信號(hào)處理器來(lái)完成，從而受到諸多成本和帶寬的限制。光載無(wú)線系統(tǒng)中功能集中化的配置和光電域的轉(zhuǎn)換使得在中心局可以完成一些全光微波信號(hào)的處理功能。這就需要為RoF 系統(tǒng)配備相應(yīng)的組成器件，從而適應(yīng)RoF 系統(tǒng)信號(hào)處理頻域提升和業(yè)務(wù)集中的特點(diǎn)。

4.1 光載寬帶無(wú)線信號(hào)的頻譜感知

探測(cè)泛在環(huán)境下微波信號(hào)的載頻大小，進(jìn)行信息的獲取、處理和分析，是實(shí)現(xiàn)寬帶接入與泛在感知的關(guān)鍵。微波光子頻譜分析與感知正是基于此發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它利用微波光子技術(shù)瞬時(shí)寬帶處理能力強(qiáng)、質(zhì)量輕、損耗小、抗電磁干擾能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了寬帶微波的瞬時(shí)處理與測(cè)量，給微波信號(hào)的頻譜分析與感知開(kāi)辟了一條新的研究思路。通過(guò)基于相干信道化及基于光子壓縮采樣的瞬時(shí)頻率測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了多頻點(diǎn)、寬帶的頻譜感知與分析。

基于相干信道化瞬時(shí)多頻點(diǎn)頻譜分析與感知方法：我們提出了通過(guò)在光域?qū)崿F(xiàn)一級(jí)濾波，在微波域?qū)崿F(xiàn)二級(jí)濾波，最后通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理的方式對(duì)大帶寬、多頻點(diǎn)和高精度的信號(hào)進(jìn)行感知處理的技術(shù)?；诠庾訅嚎s采樣的瞬時(shí)多頻點(diǎn)頻譜分析與感知方法：我們采用壓縮采樣理論這一新穎的信號(hào)處理手段，利用微波信號(hào)在頻譜上高度稀疏的特性，通過(guò)低速ADC 采樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)寬帶微波信號(hào)頻率測(cè)量。