光OFDM與PON結合的關鍵技術研究

摘要：科學技術的不斷發展，使光通信與無線通信的融合成為未來通信的發展趨勢。本文基于光OFDM與PON結合的相關理論，重點探討關鍵技術的研究應用，以期為促進通信技術的發展提供一定指導意義。

關鍵詞：OFDMA-PON；通信技術；光纖通信

中圖分類號：TN929.1文獻標識碼：A文章編號：1674-7712 (2014) 08-0000-01

網絡信息技術的發展，人們對信息傳輸的要求不斷增加。基于時分復用的無源光網絡在通信領域的應用取得了重大的進展。OFDM與PON的結合，具有靈活的接入方式、高清晰的頻譜效率以及較低的系統成本等優勢，成為下一代接入網中的理想方案。

一、OFDMA-PON相關理論

（一）OFDMA的基本思想

正交頻分復用（OFDMA）技術是一種具有調制和復用特點的多載波傳輸技術（如下圖1所示）[1]。雖然OFDMA與傳統的頻分復用技術基本原理相似，但是OFDMA在傳統頻分復用基礎上，更好地利用了相關技術控制方法，從而相應地提高了頻譜利用率。因此，OFDMA系統能夠及時地將高速數據流進行串并，并且轉換成子載波的數據符號，減少符號之間的相互干擾因素。同時，由于系統中的各個子載波之間處于相互正交的狀態，因而具有較大的頻譜利用效率。通過對各種不同數量的子信道進行上下行的速率傳輸，進一步地實現非對稱性的業務傳輸效果，以便于更好地與其他接入方法聯合使用。

（二）PON網絡結構

無源光網絡（PON）是指在光配線網絡中沒有任何的電子器件，對所有的信號處理工作都可以在交換機和室內設備完成。無源光網絡的應用能夠有效地消除戶外的有源設備，前期的投資較小，工程造價低，因而更適合小型居家用戶。無源光網絡的運行主要在于對信號的處理方式上，通過廣播式將交換機發出的信號傳輸給所有用戶。一個完整的無源光網絡包括光線路終端、光分配網絡和光網絡單元。

（三）OFDMA-PON技術

OFDMA-PON技術主要是指在無線通信中將正交頻分復用技術應用在無源光網絡上。OFDMA技術與PON的融合，可以有效地形成一種新型的光纖接入網模式，從而降低系統運行的成本和提高頻譜的利用效率。同時，OFDMA-PON技術能夠提供更大的傳輸寬帶和更加精細的帶寬分配。由于OFDMA-PON技術支持多個光網絡單元同時上傳，因而可以實現波長共享的目標。尤其是在各大商業中心和住宅小區等公共場所，OFDMA-PON技術能夠使不同的光網絡單元用戶將不同的波長與光線路終端進行信號的傳輸，從而信號在OFDM調制器中形成不同的子載波并進行傳輸。由于波長的差異，各個光網絡單元的用戶之間的信號不會發生相互之間的干擾，從而便于光線路終端對不同用戶的正交頻分復用信號進行調解。

OFDMA-PON技術在傳輸的過程中，光線路終端將數據定位于對應的子載波上，產生相應的正交頻分復用符號，利用轉化器將其轉化為可以模擬的波形信號，生成光正交頻分復用信號。同時，通過進行光電檢測，子載波能夠調解出相應的光網絡單元數據。

二、OFDMA-PON的關鍵技術應用研究

接入網主要是在骨干網和用戶終端之間起著橋梁的作用。其中，骨干網主要采用光纖傳輸的方式，成為了整個網絡的重心。由于光纖通信具有質量高、安全系數高、性能穩定等優點，因而成為了接入網中的重要研究對象。筆者在文中主要探究的是OFDMA-PON的動態帶寬分配技術。

OFDMA-PON由于具有高速率的數據傳輸和靈活的資源分配機制，成為光接入網的一種有效形式。OFDMA-PON帶寬分配的重點就是如何將上行的帶寬進行高效快捷地分配。上下行數據分別通過獨立的波長進行不同的傳輸，從而在傳輸過程中進一步細化為OFDM子載波。每一個光網絡單元的用戶可以根據不同的正交頻分復用子載波，動態地接入無源光網絡。通過對帶寬分配機制進行有效地控制，從而保證上行數據在傳輸過程中不會相互發生沖突。其他的子載波會根據光網絡單元的帶寬需求，利用動態帶寬分配算法分配給每一個不同的光網絡單元。

此處，我們重點討論雙層帶寬分配算法。在光網絡單元中，根據不同的業務方向向光線路終端請求帶寬。光線路終端通過帶寬分配計算，將這些帶寬進行一定比例地分配（如下圖3所示）。雙層帶寬分配機制首先將帶寬分配給各種不同類型的用戶。通過進行業務層面上的分配，已經申請過該業務的用戶可以獲得帶寬。光線路終端根據光網絡單元的請求，從而適當地分配帶寬。因此，光線路終端可以根據光網絡單元的需求，對帶寬實行分配。總的說來，雙層帶寬分配機制主要包括業務層面的分配和用戶層面的分配兩個方面[3]。

同時，光線路終端始終保持著對信號運行狀態進行記錄，在接受到光網絡單元的報文之后，會進行及時的更新。當接收完所有的報文之后，光線路終端開始進行帶寬分配計算。在進行用戶層面的分配時，系統會遵循最大化與最小化原則，即當該種業務的帶寬請求無法得到充分地滿足時，就會以最大化原則分配帶寬。其中，所有的共享帶寬都會平均地分配給各個光網絡單元的用戶。每一個光網絡單元的用戶所分配到的實際帶寬不會超過原有的請求。如果用戶沒有得到足夠的帶寬時，那么該用戶就可以共享剩下的帶寬。光網絡單元中主要包括三種業務，分別是確認轉發類業務、保證轉發類業務、盡力轉發類業務。這些不同業務的信息會利用控制信令的方式上傳至光線路終端。同時，相關的業務信息會以矩陣的形式保留在光線路終端上（如公式1）。

L11......L1N

L=L21......L2N

L31......L3N

（公式中：N代表在OFDMA-PON系統中光網絡單元的用戶數量。L1N，L2N，L3N分別代表確認轉發類業務量、保證轉發類業務量以及盡力轉發類業務量。）

三、結束語

綜上所述，OFDMA-PON系統的應用對促進光纖通信領域的發展具有重要影響。作為一種新型的技術，OFDMA-PON具有顯著的優點，是未來PON接入網的理想發展方案。

參考文獻：

[1]曹勝果，高翔.采用壓縮感知的OFDM水聲信道估計[A].中國聲學學會水聲學分會2011年全國水聲學學術會議論文集[C].上海:《聲學技術》編輯部，2011.

[2]張昕.基于OFDMA的寬帶無線通信系統資源分配研究[D].華南理工大學，2010.

[3]鄭濟均.OFDM無線通信系統中幾個關鍵問題的研究[D].電子科技大學，2010.