動態(tài)可重構(gòu)的智能光載無線接入技術(shù)（二）

協(xié)議部分主要針對智能RoF 網(wǎng)絡(luò)的MAC 協(xié)議進行資源調(diào)度。當(dāng)無線網(wǎng)絡(luò)接入一個新的連接請求時，除了考慮無線側(cè)的資源分配外，還需要考慮排隊時間和注冊時間的影響，從而實現(xiàn)為業(yè)務(wù)分配合適的光波資源，達到微波光波資源的聯(lián)合調(diào)度。該方法僅僅從時延造成的影響方面研究了微波光波資源的聯(lián)合調(diào)度，實際上，當(dāng)多個用戶競爭資源時，吞吐量和公平性問題也需要加以考慮以達到更高的網(wǎng)絡(luò)資源利用率，從而實現(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)的無線通信系統(tǒng)中，大部分微波信號處理功能是在基站中通過電信號處理器來完成，從而受到諸多成本和帶寬的限制。光載無線系統(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)信號處理頻域提升和業(yè)務(wù)集中的特點。

4.1 光載寬帶無線信號的頻譜感知

探測泛在環(huán)境下微波信號的載頻大小，進行信息的獲取、處理和分析，是實現(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)展起來的一項關(guān)鍵技術(shù)，它利用微波光子技術(shù)瞬時寬帶處理能力強、質(zhì)量輕、損耗小、抗電磁干擾能力強等一系列優(yōu)點，實現(xiàn)了寬帶微波的瞬時處理與測量，給微波信號的頻譜分析與感知開辟了一條新的研究思路。通過基于相干信道化及基于光子壓縮采樣的瞬時頻率測量，實現(xiàn)了多頻點、寬帶的頻譜感知與分析。

基于相干信道化瞬時多頻點頻譜分析與感知方法：我們提出了通過在光域?qū)崿F(xiàn)一級濾波，在微波域?qū)崿F(xiàn)二級濾波，最后通過數(shù)字信號處理的方式對大帶寬、多頻點和高精度的信號進行感知處理的技術(shù)。基于光子壓縮采樣的瞬時多頻點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處理手段，利用微波信號在頻譜上高度稀疏的特性，通過低速ADC 采樣實現(xiàn)了對寬帶微波信號頻率測量。

4.2 全光模數(shù)轉(zhuǎn)換器

模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC） 是一種將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的重要器件，是實現(xiàn)信號在高速通信網(wǎng)路中傳輸，以及實現(xiàn)信號儲存、處理的前端器件。

如圖7 所示為應(yīng)用ADC 的數(shù)字系統(tǒng)。和傳統(tǒng)的ROF 系統(tǒng)相比，數(shù)字系統(tǒng)在CO 不需要混頻以及本振源，并且對光鏈路的線性度以及鏈路增益要求不高，從而可以利用現(xiàn)有光接入網(wǎng)來實現(xiàn)傳遞射頻（RF）信號。

為了克服傳統(tǒng)電域ADC 的內(nèi)在的局限性，Henry F.Taylor 于1979 年提出了全光模數(shù)轉(zhuǎn)換器（AOADC） 的概念。全光ADC，其抽樣、量化和編碼都在光域進行，近年來備受各國科學(xué)家的重視。目前全球相關(guān)研究大都基于光纖實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換，然而為了獲得更高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換，要求光脈沖有很大的光功率，從而能耗較高，不符合光器件向“ 綠色節(jié)能”的方向發(fā)展；另一方面，由于是基于光纖的，以上的量化編碼方案不利于集成，不符合光器件向集成化的方向發(fā)展。

為了使全光量化編碼器向低能耗、光子集成、高速率以及高分辨率的方向發(fā)展，我們提出了一種利用半導(dǎo)體光放大器（SOA） 中的非線性偏振旋轉(zhuǎn)（NPR）效應(yīng)來實現(xiàn)全光ADC 的方法［7］，其原理結(jié)構(gòu)如圖8 所示。模擬信號被抽樣信號抽樣之后變成抽樣光脈沖，隨后被分成N 份，輸入到由個基于NPR 效應(yīng)的量化編碼單元組成的量化編碼矩陣。每一個基于效應(yīng)的量化編碼單元由兩個級聯(lián)的偏振開關(guān)（PSW） 組成，如圖8（d） 所示。其中PSW1 實現(xiàn)預(yù)量化編碼，由于隨著抽樣光脈沖強度的增強，PSW1 的中更多載流子被消耗，因而造成其輸出光功率下降，為了保持強度不同的抽樣光脈沖在量化編碼單元中所獲得的增益一致，PSW1 之后級聯(lián)另外一個偏振開關(guān)PSW2，其作用是實現(xiàn)增益的動態(tài)補償。圖8（b）所示為量化編碼單元的傳輸函數(shù)，圖所示為相應(yīng)的編碼輸出，預(yù)量化編碼和增益動態(tài)補償相結(jié)合的方式可以很好地實現(xiàn)量化編碼。由于SOA 的增益恢復(fù)時間在皮秒級別，因而基于NPR 效應(yīng)的全光，其轉(zhuǎn)換速率可以達到幾百Gs/s（Giga-Samples Per Second）。