无线光CDMA接入网的网络吞吐量研究

根据无线光通信和无线接入技术的特点，给出了无线光CDMA接入网的分槽ALOHA-CDMA协议，并分析了无线光CDMA接入网的吞吐量性能。在考虑多用户干扰、背景光噪声、接收机噪声等多种干扰噪声的条件下，给出了无线光CDMA接入网的网络吞吐量数学模型，并采用光正交码OOC作为地址码，分析了基于此MAC协议的无线光CDMA接入网的网络吞吐量。数值计算结果表明，分槽ALOHA-CDMA协议可以具有较高的网络吞吐量。此外，通过减小分组长度或增大光地址码的码长，可进一步提高网络的吞吐能力。
关 键 词 接入网; 媒质接入控制; 吞吐量; 控制无线光码分多址

近年来，随着光通信器件逐步成熟以及大量关键技术被突破，无线光通信技术已成为当前热点，并逐渐进入了商用化发展阶段。无线光通信具有的设备体积小、重量轻、宽带性、无电磁干扰性、无需申请政府批准、安装快捷及组网灵活等优点，特别是市政建设基本定形，新设光纤的施工需要繁琐的市政批准以及地理位置限制，以及施工难度大，施工周期长，使无线光通信成为解决最后一公里宽带接入和实现全球个人通信的最佳方案之一。
在无线光接入网中，可采用的多址接入方式有：波分多址(Wavelength Division Multiple Access，WDMA)、时分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)、码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)、空分多址(Space Division Multiple Access，SDMA)。与其他几种多址方式相比，CDMA具有抗干扰能力强、频率利用率高、保密性好、网络协议简单、支持随机接入等优点，将其应用到无线光接入网中，不仅具有CDMA技术的优点，又保持了无线光通信的优点，实现了二者的优势互补。[1-5]
目前，人们对无线光CDMA接入网的研究主要集中在物理层，即各种地址码的构造和编解码器的设计以及对系统的误码率性能进行分析[1-3]，而对数据链路层的媒质接入控制(Media Access Control，MAC)协议以及网络性能研究还未见公开报道。本文在分析了接入控制协议纯ALOHA和分槽ALOHA特点的基础上，论述了分槽ALOHA-CDMA接入协议的思想，根据该协议推导出网络吞吐量的数学模型，并给出仿真结果，分析了网络吞吐量性能。

1 媒质接入控制(MAC)协议
在接入网中，MAC协议至关重要，它直接影响到网络的性能(吞吐量、时延)、带宽利用效率、终端设备的复杂度和成本。ALOHA协议是一种典型的用于无线接入的随机多址协议。它具有简单、时延短的优点，但信道利用率不够理想。纯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%。如果将分槽ALOHA协议和光CDMA技术结合起来，利用地址码的正交特性来获得多个用户同时接入信道，可大大提高信道的吞吐率。分槽ALOHA-CDMA协议的思想是把信道划分成多个时隙，用户在每个时隙的开始时刻发送分组，待发送的分组经过光编码器进行扩频编码再发送出去。网络中每个用户拥有一个独特的光正交码(Optical Orthogonal Code，OOC)[7-10]，每个用户采用可调谐发射固定接收(Tunable Transmitter Fixed Receiver，TTFR)工作模式。当网络中用户想给某个用户发送数据时，把发射机编码器调谐到目的用户地址码即可，接收端成功收到数据后发送确认信息。分槽ALOHA-CDMA协议通过给用户分配不同的光正交码OOC，允许多个用户同时使用信道而不产生冲突，与ALOHA协议相比，分槽ALOHA-CDMA接入协议具有信道利用率高和时延小的优点。