1/7/2008,本期的JLT是一個以光-無線混合接入為主題的�？瘓髮�(dǎo)�！肮鉄o線接入”是近年來才被廣泛重視的研究問題，研究者提出這個命題的初衷應(yīng)該是技術(shù)優(yōu)勢互補(bǔ)。光通訊的最大優(yōu)勢就是帶寬大，而無線通訊的最大優(yōu)勢在于靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)無處不在（Ubiquitous）的信息接入。將這兩者的優(yōu)勢結(jié)合就是“光無線接入”最大的特點(diǎn)，即實(shí)現(xiàn)寬帶靈活的信息接入。當(dāng)然，光無線接入的優(yōu)勢還有許多，下文將詳細(xì)論述。之前看過很多網(wǎng)上關(guān)于光無線接入的文章，發(fā)現(xiàn)很多作者直接把光無線接入技術(shù)等同于自由空間光通訊，我覺得這是一個不準(zhǔn)確的概念。顯然，光無線接入應(yīng)該囊括更廣泛的內(nèi)容，凡是以實(shí)現(xiàn)光和無線通訊無縫對接為目標(biāo)的技術(shù)都可以被納入這一范疇。而目前來說研究最廣泛的技術(shù)主要有兩個，一個就是自由空間光通訊（FSO），另一個就是光纖無線通訊（ROF）。前者是光束信號在大氣空間內(nèi)傳送，而后者則是利用光纖傳輸微波信號，兩者都應(yīng)該被視為光無線混合接入。本次�？�的編委談到，共收到近５０篇稿件，按地區(qū)劃分，亞太、北美和歐洲各占三分之一。最終�？�共出版了２７篇論文，基本涵蓋了這一領(lǐng)域最新最前沿的一些研究內(nèi)容。由于內(nèi)容較多，且很多文章存在主題相似的問題，因此我打算將一些內(nèi)容糅合在一起，不再按篇介紹。
一.基本概念與優(yōu)勢分析：
　　這一部分里，將結(jié)合包括Corning公司、California大學(xué)、Standford大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)研究者的六篇論文內(nèi)容，試圖給出光無線混合接入網(wǎng)絡(luò)的一個一般性概念，并揭示出當(dāng)前該領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)問題。

       光-無線混合接入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖
　　既然是一個學(xué)科交叉的概念，首先有必要獨(dú)立回顧一下光通訊和無線通訊兩個概念起源。在光接入技術(shù)里，當(dāng)前占絕對優(yōu)勢的當(dāng)屬無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)�；�于當(dāng)前的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從OLT到ONU，PON能實(shí)現(xiàn)最大20km的傳輸距離。以商用最廣泛的時分復(fù)用TDM-PON為例，可以實(shí)現(xiàn)64個用戶，1-10Gb/s的帶寬。而對無線通訊而言，已存在的主要有無線保真(WiFi)、微波存取全球互通(WiMax)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)三種技術(shù)。當(dāng)前最普遍應(yīng)用的當(dāng)屬基于IEEE 802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)的WiFi技術(shù)，而基于IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的WiMax技術(shù)由于擴(kuò)展了最大可工作距離而成為最具潛力的無線通訊技術(shù)。以WiMax為例，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)最大單用戶帶寬為28Mb/s，最大工作距離15km。
　　而所謂的光無線混合接入就是結(jié)合兩者的優(yōu)勢，在OLT到ONU的骨干網(wǎng)絡(luò)部分，采用PON的組網(wǎng)形式，可以以時間或波長等形式復(fù)用信息，最后單通道信息通過分束器下載到相應(yīng)的ONU。而在ONU到目標(biāo)用戶這一層次，則采用無線通訊最普遍采用的“網(wǎng)關(guān)路由”技術(shù)。
　　而從信息的上下載對比來看，可以發(fā)現(xiàn)在光無線混合網(wǎng)絡(luò)里，信息下載是履行單播路由的模式，由一個特定網(wǎng)關(guān)將信息發(fā)送給確定的目標(biāo)用戶。而信息上載則是一個任播路由過程，因為存在帶寬競爭問題，用戶將根據(jù)實(shí)際情況將其數(shù)據(jù)包發(fā)送給任意一個網(wǎng)關(guān)（或ONU）。
　　從上面的簡單介紹并對比圖示可以詳細(xì)總結(jié)光無線混合接入網(wǎng)絡(luò)的一些優(yōu)勢：
a)首先當(dāng)然是繼承了光通訊的優(yōu)勢，能夠具有比無線通訊大的多的帶寬；
b)其次是秉承了無線通訊的優(yōu)勢，具有比光通訊更高的靈活性，真正實(shí)現(xiàn)anytime-　anywhere的用戶接入；
c)而對應(yīng)用而言，最明顯的是這種混合接入的性價比優(yōu)勢。如果要實(shí)現(xiàn)FTTH，高昂的安裝和維護(hù)成本通常讓普通用戶難以承受。按照美國2001年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，無線通訊的整體運(yùn)營成本只相當(dāng)于FTTH的1/60到1/30。因此采用混合接入方式可以在利用光通訊技術(shù)優(yōu)勢的同時，也獲得了無線通訊的成本優(yōu)勢；
d)這種混合網(wǎng)絡(luò)再生性好，具有“自組織”的能力。這是一個典型的1+1>2的命題。光無線混合網(wǎng)不僅兼具了兩者的優(yōu)勢，還產(chǎn)生了許多優(yōu)于兩者的優(yōu)勢。如圖所示，如果采取全光網(wǎng)絡(luò)的模式，一旦從OLT到某個分束器(splitter)的線路發(fā)生斷裂，則該線路的終端用戶將無法與OLT通訊。但在混合網(wǎng)絡(luò)里，一旦該環(huán)節(jié)斷裂，用戶仍可以與其它ONU取得聯(lián)系，繼續(xù)維持信息通訊。這是該混合網(wǎng)明顯優(yōu)于全光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢。
e)這種混合網(wǎng)絡(luò)比起無線通訊則具有更好的可靠性，能夠有效避免信息阻塞并降低損耗。
二.研究焦點(diǎn)問題：
    光無線混合接入網(wǎng)是一個較新的技術(shù)概念，但由于其天生的技術(shù)優(yōu)勢，而受到眾多研究者的關(guān)注，因此相關(guān)研究近來很多。這里將主要結(jié)合California大學(xué)、Corning公司、Ottawa大學(xué)等研究的近10篇論文做一個簡要總結(jié)。
1．網(wǎng)絡(luò)配置：
    上面簡單給出了一個光無線混合接入網(wǎng)絡(luò)的示意圖，但對一個現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)，高效的優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，合理配置ONU或無線網(wǎng)關(guān)的位置對最終網(wǎng)絡(luò)性能具有決定性意義。目前對該混合網(wǎng)絡(luò)較通用的資源配置算法主要有三種，即隨機(jī)配置、Greedy算法配置以及全局優(yōu)化配置。隨機(jī)配置最簡單，ONU根據(jù)需要被隨機(jī)放置。而后兩種方法則是對資源配置做一些優(yōu)化。Greedy算法根據(jù)一些固定的用戶分布來優(yōu)化ONU分布，而全局優(yōu)化顧名思義則是對ONU的位置結(jié)合多種因素做一個全面的優(yōu)化選擇，其中最普遍使用的算法是模擬退火算法。�？�里提到一個對California州Wildhorse地區(qū)商用網(wǎng)絡(luò)的測試結(jié)果，作者采用不同的資源配置算法，測試工作情況。評價指標(biāo)定義為用戶能夠獲得信息接入的平均傳輸距離L。對上述三種算法，L的大小分別為236米、202米和197米。從數(shù)據(jù)看，經(jīng)過后兩種算法優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)更有利于實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定的信息接入，但兩種優(yōu)化算法對這個實(shí)測網(wǎng)絡(luò)而言，差別并不明顯。此外需要指出的是并不一定全局優(yōu)化的結(jié)果就一定好，因為考慮到網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，可能會出現(xiàn)不收斂的情況，甚至導(dǎo)致錯誤的資源配置。
2．信息路由：
    一旦在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被確定后，如何有效路由信息便成為一個關(guān)鍵性問題。專刊里提到的信息路由名詞有很多，但總結(jié)來看，每種方法都是針對某一個特定目標(biāo)性能來優(yōu)化選用已有資源。因此很難綜合評價這些算法。專刊里提到一個對San Francisco實(shí)用光無線混合接入網(wǎng)絡(luò)的測試結(jié)果，顯示使用不同信息路由方法的性能比較。比如采用最小延時算法（DARA），雖然能夠獲得很低的接入延時，但數(shù)據(jù)包的損耗卻明顯增大。當(dāng)使用信息流量優(yōu)化算法的時候，損耗不高，但延時卻相對明顯。這也就是說對很難獲得綜合性能最佳的路由模式。這還是一個有待深入探討的問題。
3．光纖傳輸方式的選擇：
    這個問題特別針對ROF技術(shù)而言，存在選用單模光纖和多模光纖組網(wǎng)的問題。兩種光纖如何選用并不是難題，顯然對長距離傳輸只能選擇單模光纖。但是對短距離傳輸，多模光纖由于具有高裝配公差（截面大）、低系統(tǒng)損耗、通用性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢而被廣泛關(guān)注。而研究的焦點(diǎn)問題則在于可行性論證，即證明多模光纖是否能用在ROF系統(tǒng)里，實(shí)現(xiàn)光無線混合接入。�？�里Corning公司的研究者對這一問題做了較詳細(xì)的論述。作者使用商用VCSEL激光器和商用接收器做實(shí)驗研究，證明對850nm波段，使用多模光纖可以有效傳輸2.4GHz頻帶的信號。而對1300nm的長波段則對應(yīng)5GHz波段工作。作者證明最大可獲得的帶寬會隨著傳輸距離增加而快速降低。但當(dāng)最大傳輸距離不超過1.14km時，仍可獲得高于7GHz的帶寬。此外作者證明當(dāng)使用單模光纖時，最大傳輸距離則可以超過30km。
4．信號發(fā)生：
    這里提到的信號發(fā)生是特別針對光無線混合接入應(yīng)用，在光域發(fā)生射頻信號，而不使用光-電-光轉(zhuǎn)換的信號發(fā)生技術(shù)。舉個例子，�？�里有個來自O(shè)ttawa大學(xué)，關(guān)于在光無線混合網(wǎng)絡(luò)里，超寬帶（UWB）信號發(fā)生的研究。這里的UWB是指頻率范圍從3.1到10.6GHz的無線信號傳輸，相對于通常的無線通訊，具有短時間周期、免疫多通道衰竭、大帶寬、低譜密度等特征。而將UWB結(jié)合ROF技術(shù)更可以將接入距離從幾十米擴(kuò)展到20km。作者指出有五種方法可以實(shí)現(xiàn)光域UWB信號的發(fā)生，具體包括在色散媒介里進(jìn)行相位調(diào)制到強(qiáng)度調(diào)制的轉(zhuǎn)換；使用有兩三個拍頻，其中一個為負(fù)拍頻的光子微波延時線濾波器做微波濾波調(diào)制；在色散媒介里做光譜整形操作；使用頻率漂移鍵控調(diào)制器發(fā)生UWB信號；以及使用非線性偏壓的Mach-Zehnder調(diào)制器做頻譜調(diào)制等。這些方法各自有各自的優(yōu)勢，例如第一種操作最簡單，第三種靈活性很好，易于發(fā)生各種譜形等，但所有這些方法都是只利用光纖器件就可以實(shí)現(xiàn)，易于封裝集成。