ROF系统的信道编码技术和负载资源分配方案研究

发布时间：2020-10-14 01:26

　　 随着互联网、云计算、5G等新兴技术的发展,高清视频、智慧城市、自动驾驶、沉浸式拓展现实等新型业务也即将迎来大规模的推广和使用。未来海量数据的传输及设备的接入,都对未来通信网络的带宽、速率、覆盖以及安全性与稳定性提出了更高要求。为了满足时代发展的要求,建立高速、智能、灵活的通信系统显得尤为重要。光载无线(ROF,Radio Over Fiber)通信系统既拥有光纤通信系统的带宽宽、损耗低、安全性好的特点,又拥有无线通信系统的灵活接入的特点,适合未来网络业务的应用与普及。但是,ROF系统中信号在远距离传输过程中由于受到信道噪声、光纤色散、非线性效应等影响,会造成接收信号的失真或畸变。同时,为了满足用户的服务请求,ROF系统中数据的传输需要从中心局经过光纤链路到达基站后再到达用户终端,但海量的用户请求与设备连接必然给光纤链路带来巨大的压力。因此,提高ROF系统的可靠性和灵活性的研究具有重要意义。针对提高该系统的可靠性与灵活性问题,本论文主要围绕ROF系统中的信道编码技术和负载资源分配方案两个方面进行展开研究。提出使用级联涡轮空时编码(Turbo-STBC)来改善多天线广义频分复用光载无线(GFDM-ROF)系统性能;提出使用自适应的Turbo-STBC编码技术以快速缓解系统的负载压力;提出中心压力边缘化的结构来解决ROF系统中的网络拥塞并解决其负载资源分配问题,增强系统的灵活性。论文的主要研究工作如下:(1)基于GFDM-ROF系统的级联Turbo-STBC编码研究论文在对ROF系统、光纤通信关键技术和广义频分复用(GFDM,Generalized Frequency Division Multiplexing)调制进行理论研究的基础上,提出基于GFDM-ROF系统的多天线技术和级联Turbo-STBC信道编码方案以降低系统的误码率。仿真结果表明,当发送天线为两根和接收天线为四根时,使用多天线技术的GFDM-ROF系统的误码率可以在信噪比为10dB时小于10-6;使用级联Turbo-STBC编码的GFDM-ROF系统可以在相同天线条件下获得更高的增益,信噪比为5dB时误码率可小于10-6。(2)基于GFDM-ROF系统的自适应信道编码方案研究提出了基于GFDM-ROF系统的自适应Turbo-STBC编码方案,解决了固定编码导致在降低系统误码率有限的情况下却增加极高的算法复杂度的问题。该方案在系统的发送端和接收端添加成对可供选择的编解码器,当需要快速传输时,系统选择传输速率快但误码性能适中的编解码器;当允许编解码复杂度较高可以去追求更低的误码率时,系统选择改善误码性能更好的编解码器。仿真结果表明:自适应编码可以获得较好的误码性能,并且在降低系统负载能力上明显优于组成其的最优固定编码方案。(3)基于ROF系统的中心压力边缘化结构与负载资源分配方案研究论文在对ROF系统结构和负载资源分配算法进行理论研究的基础上,提出了中心压力边缘化的结构,解决了ROF系统中由于大量用户请求而造成的光网络拥塞的问题。提出负载资源分配算法来得到服务分配和用户负载分配方案。仿真研究了边缘局的存储能力、服务的数量和边缘局数量对该方案性能的影响。结果表明,存储比例U不大于1/2时,系统可以获得更具性价比的性能提升。
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.11
【部分图文】：

满足用户日益增长的大量高速的网络需求，为未来的通信和网络升级保驾护航［３５］。光??载无线通信系统通常由中心局（ＣＯ，?Ｃｅｎｔｒａｌ?Ｏｆｆｉｃｅ）、光纤链路（Ｏｐｔｉｃ?Ｌｉｎｋ）、基站（ＢＳ，??Ｂａｓｅ?Ｓｔａｔｉｏｎ）和用户终端（Ｕｓｅｒ?Ｓｔａｔｉｏｎ）四部分组成，ＲＯＦ系统的结构如图２－１所示。??Ｉ?麵?［?Ｉ?＇??１?中心局?丨?Ｉ?远端基站?ｉ丨?用户终端?；??！?????！光纤?｜???丫丨丨１?丫?Ｉ??｜基１射?光调制?一ｊ—￣?｜一?光解调一射频接口?一?ｊ?ｊ?Ｉ?￣—终端Ｉ??Ｉ??？?１?Ｉ??１???■＇?Ｖ?＾?１?１??图２－１?ＲＯＦ系统结构图??对于一个全双工通信的ＲＯＦ系统，在下行链路中，数据要在中心局完成基带调??制、射频调制、光载射频信号产生等一系列复杂的过程，然后信号通过光纤链路到达??基站，在基站中信号进行光电转换、信号放大等过程后通过天线发送给用户终端。其??上行链路的通信过程与该过程互逆相反。ＲＯＦ系统将基站部分简化，而增加中心局的??成本和设备复杂度，更有利于降低接入网的组网成本，提高了资源共享和分配的灵活??性，同时也大大降低系统维护的成本与难度。??２．１．２?ＲＯＦ系统的特点??ＲＯＦ系统融合了光纤通信系统和无线通信系统，既具有光纤通信带宽大、损耗低??的优点

?主要介绍一种应用最广泛的外部调制器一银酸锂马赫曾德尔调制器ＬＮ－ＭＺＭ，其结??构如图２－３所示。ＭＺＭ调制器拥有上下两臂，可以通过调节上下两臂的偏置电压和??射频信号相位差的方式使其产生不同结构的光信号，如双边带（ＤＳＢ，?Ｄｏｕｂｌｅ?Ｓｉｄｅ??Ｂａｎｄ）调制、单边带（ＳＳＢ，Ｓｉｎｇｌｅ?Ｓｉｄｅ?Ｂａｎｄ）调制、光载波抑制（ＯＣＳ，Ｏｐｔｉｃａｌ?Ｃａｒｒｉｅｒ??Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ）调制，三种调制方式原理相同。??ｖ２??Ｉ?Ｉ???ｒ???Ｉｎｐｕｔ?—１?Ｏｕｔｐｕｔ??ＧＮＤ?／??丫分支＼?！?１?丨分支??ｌ?ｉ??Ｖ，??图２－３?马赫曾德尔调制器结构图??马赫曾德尔调制器基于ＭＺ干涉结构，如图２－３所示，输入信号在输入端被分为??上下两路，分别在上下两臂中传输；在输出端，经过上下两臂的两路信号被合并成一??路进行输出。调制器的两臂可以看成两个并行的相位调制器，可以让光功率的相位变??化随着两臂的相位变化而变化。若马赫曾德尔调制器的Ｙ型分支具有理想的３必特??性

?臂加射频本振信号，但相位差为７Ｔ，直流偏置电压为仏。??三种调制方式的光谱图如图２－５所示。ＤＳＢ调制方式下，高阶边带幅度较低，其??能量主要集中在光载波（峰值频率为１９３．１?７７／ｚ）、正一阶边带（峰值频率为１９３．２?７７／ｚ）??和负一阶边带（峰值频率为１９３．０?７７＾）三个部分。其中，在光载波处有最大的峰值??功率，正负一阶边带与其峰值距离均为１００?ＧＷｚ。ＳＳＢ调制方式下，高阶边带和负一??阶边带被抑制，能量主要集中在正一阶边带（峰值频率为１９３．２?７７＾）和光载波（峰??值频率为１９３．１?７７＾），峰值频率间隔为１００?ＧＨｚ。ＯＣＳ调制方式下，高阶边带和光??载波被抑制，能量主要集中在正一阶边带（峰值频率为１９３．２?７７／ｚ）和负一阶边带（峰??值频率为１９３．０?７７／ｚ），两边带的峰值频率间隔为２００?ＧＨｚ。??？?ａ）：?（ｂ｜，?（〇??謹??１３２ＳＴ?１？３Ｔ?１９３．１?Ｔ?１９３＾７?１Ｓ３ｔ?？Ｓ３；１?Ｔ?ｔ９３２Ｔ?１Ｓ３?３?１?您Ｓ？＇?１９３?Ｔ?１?筘．１?Ｔ?了?ｔＳ（Ｓ；３Ｔ??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（Ｈ２）?Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＩＩｚ）?Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（Ｈｚ）??图２－５调制信号的光谱图（ａ）双边带、（ｂ）单边带（ｃ）光载波抑制??光载射频信号通过光纤传输到达基站后
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本文编号：2839973