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分布式架构下光载WLAN系统吞吐量评估模型与网络性能研究

樊宇婷  
【摘要】:分布式光载无线通信系统利用了光纤海量带宽和极低损耗的优点,又结合无线接入灵活快捷的优势,已成为当前射频光子学中研究的热点。论文瞄准了分布式光载WLAN系统在未来大规模室内无线覆盖场景下宽带、灵活无线接入的广泛应用需求,围绕WLAN信号在分布式光载无线通信系统中吞吐量建模及网络性能研究面临的关键技术难题,开展了深入研究,提出了有效的评估机制及解决方案,论文主要创新工作如下:针对IEEE 802.11 DCF-over-fiber信号在Simulcast分布式架构下对MAC层提出的新挑战,论文提出了一种基于二维马尔可夫过程的吞吐量模型及快速评估机制,分别考虑了Basic和RTS/CTS接入模式。通过仿真和实验途径,量化分析了用户数量、光纤时延差对网络性能的影响,阐明了RAU间隐藏节点问题和光纤时延差导致的网络公平性问题。量化结果为网络部署者准确评估网络吞吐量以及选取合适的接入模式提供了依据。为了解决Simulcast分布式架构下RAU间隐藏节点和网络公平性问题,论文设计了两种缓解上行链路碰撞问题的解决方案。一种改进方案从MAC层协议设计角度提出了自适应的PCF接入模式,并在协议中引入了与光纤时延相关的自适应PIFS参数。另一种改进方法在不改变当下主流的DCF Basic模式下提出了基于监测-交换的解决方案。论文分别从用户数量、分组长度、光纤长度及长度差等多方面研究了这些参数在两种方案下对网络性能的影响。与RTS/CTS接入模式相比,两种方案分别最佳可以实现平均25.61%和36.76%的吞吐量增益。MIMO技术在分布光载无线架构下由于降低了不同信道间的相关性,系统容量和吞吐量性能能够得到整体改善。但是分布式架构下,存在光纤长度差,接收功率不平衡等问题,使得接收端对OFDM-MIMO信号的同步与解调条件变得更加苛刻。论文从接收端的角度对以上两个问题进行了深入研究,研究表明接收端对连接不同RAU光纤时延差的最大容忍度为0.5μs,对接收到不同RAU的功率差最大为12-15dB,当系统设计超过这些限制时,系统性能会不同程度的下降。在实际应用中,这些判据可以有效帮助中心局做出合理的资源调度决策。


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