無線光CDMA接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量研究

根據(jù)無線光通信和無線接入技術(shù)的特點，給出了無線光CDMA接入網(wǎng)的分槽ALOHA-CDMA協(xié)議，并分析了無線光CDMA接入網(wǎng)的吞吐量性能。在考慮多用戶干擾、背景光噪聲、接收機噪聲等多種干擾噪聲的條件下，給出了無線光CDMA接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量數(shù)學(xué)模型，并采用光正交碼OOC作為地址碼，分析了基于此MAC協(xié)議的無線光CDMA接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。數(shù)值計算結(jié)果表明，分槽ALOHA-CDMA協(xié)議可以具有較高的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。此外，通過減小分組長度或增大光地址碼的碼長，可進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐能力。
關(guān) 鍵 詞 接入網(wǎng); 媒質(zhì)接入控制; 吞吐量; 控制無線光碼分多址

近年來，隨著光通信器件逐步成熟以及大量關(guān)鍵技術(shù)被突破，無線光通信技術(shù)已成為當(dāng)前熱點，并逐漸進(jìn)入了商用化發(fā)展階段。無線光通信具有的設(shè)備體積小、重量輕、寬帶性、無電磁干擾性、無需申請政府批準(zhǔn)、安裝快捷及組網(wǎng)靈活等優(yōu)點，特別是市政建設(shè)基本定形，新設(shè)光纖的施工需要繁瑣的市政批準(zhǔn)以及地理位置限制，以及施工難度大，施工周期長，使無線光通信成為解決最后一公里寬帶接入和實現(xiàn)全球個人通信的最佳方案之一。
在無線光接入網(wǎng)中，可采用的多址接入方式有：波分多址(Wavelength Division Multiple Access，WDMA)、時分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)、碼分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)、空分多址(Space Division Multiple Access，SDMA)。與其他幾種多址方式相比，CDMA具有抗干擾能力強、頻率利用率高、保密性好、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡單、支持隨機接入等優(yōu)點，將其應(yīng)用到無線光接入網(wǎng)中，不僅具有CDMA技術(shù)的優(yōu)點，又保持了無線光通信的優(yōu)點，實現(xiàn)了二者的優(yōu)勢互補。[1-5]
目前，人們對無線光CDMA接入網(wǎng)的研究主要集中在物理層，即各種地址碼的構(gòu)造和編解碼器的設(shè)計以及對系統(tǒng)的誤碼率性能進(jìn)行分析[1-3]，而對數(shù)據(jù)鏈路層的媒質(zhì)接入控制(Media Access Control，MAC)協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)性能研究還未見公開報道。本文在分析了接入控制協(xié)議純ALOHA和分槽ALOHA特點的基礎(chǔ)上，論述了分槽ALOHA-CDMA接入?yún)f(xié)議的思想，根據(jù)該協(xié)議推導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)吞吐量的數(shù)學(xué)模型，并給出仿真結(jié)果，分析了網(wǎng)絡(luò)吞吐量性能。

1 媒質(zhì)接入控制(MAC)協(xié)議
在接入網(wǎng)中，MAC協(xié)議至關(guān)重要，它直接影響到網(wǎng)絡(luò)的性能(吞吐量、時延)、帶寬利用效率、終端設(shè)備的復(fù)雜度和成本。ALOHA協(xié)議是一種典型的用于無線接入的隨機多址協(xié)議。它具有簡單、時延短的優(yōu)點，但信道利用率不夠理想。純ALOHA的最大信道吞吐率只有18%，分槽ALOHA的最大信道吞吐率也只有36%。如果將分槽ALOHA協(xié)議和光CDMA技術(shù)結(jié)合起來，利用地址碼的正交特性來獲得多個用戶同時接入信道，可大大提高信道的吞吐率。分槽ALOHA-CDMA協(xié)議的思想是把信道劃分成多個時隙，用戶在每個時隙的開始時刻發(fā)送分組，待發(fā)送的分組經(jīng)過光編碼器進(jìn)行擴頻編碼再發(fā)送出去。網(wǎng)絡(luò)中每個用戶擁有一個獨特的光正交碼(Optical Orthogonal Code，OOC)[7-10]，每個用戶采用可調(diào)諧發(fā)射固定接收(Tunable Transmitter Fixed Receiver，TTFR)工作模式。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中用戶想給某個用戶發(fā)送數(shù)據(jù)時，把發(fā)射機編碼器調(diào)諧到目的用戶地址碼即可，接收端成功收到數(shù)據(jù)后發(fā)送確認(rèn)信息。分槽ALOHA-CDMA協(xié)議通過給用戶分配不同的光正交碼OOC，允許多個用戶同時使用信道而不產(chǎn)生沖突，與ALOHA協(xié)議相比，分槽ALOHA-CDMA接入?yún)f(xié)議具有信道利用率高和時延小的優(yōu)點。