Radio over Fiber based Network Architecture

Moderne zell-basierte drahtlose Zugangsnetze zeigen einen Trend zur Erhöhung der Anzahl der Zellen und zur Nutzung höherer Frequenzbereiche, um die explosiv wachsenden Bandbreitenanforderungen zu befriedigen. Dies führt dazu, dass eine große Zahl von Basisstationen (Base Station, BS) installiert werden muss, was wiederum den Kostendruck auf die Entwicklung der einzelnen BS erhöht. Um die Kosten für das Gesamtsystem zu senken, wurde in der Literatur seit einigen Jahren die Nutzung von Radio-over-Fiber (RoF) vorgeschlagen, da diese Technologie funktionell einfache Basisstationen erlaubt, die mit einer Zentralstation (Central Station, CS) über Glasfasern verbunden sind. Diese Technologie zeichnet sich aus durch: 1) Transparenz bzgl. Bitrate und Modulationsverfahren 2) einfache und kleine Basisstationen 3) die Möglichkeit eines zentralisierten Managements. Während der größte Forschungsaufwand auf der physikalischen Schicht betrieben wurde, so für die Entwicklung einfacher BS-Architekturen oder Verfahren des Mikrowellentransports über die Faser, wurden über die höheren Schichten und die Ressourcenverwaltung in diesen Netzen nur wenig veröffentlicht. Die vorliegende Dissertation stellt eine RoF-basierte Netzarchitektur vor, die ihre zentralisierte Struktur effizient nutzt, um die Probleme der Mobilitäts- und Bandbreitenverwaltung zu lösen. Die Arbeit besteht aus 3 Teilen: Die erste Studie behandelt ein RoF-basiertes drahtloses lokales Netz (Wireless LAN, WLAN) im Frequenzband um 60 GHz. Dieses Band bietet ein breites Spektrum und darausfolgend eine potentiell hohe Bandbreite pro Nutzer, aber durch die große Freiraumdämpfung und die schlechten Durchdringungseigenschaften der Millimeterwellen muss ein normaler Raum mit mindestens einer BS ausgestattet werden, was zu einer hohen Zahl an BS im Gebäaude führt. In solch einer Umgebung führen schon kleinere Bewegungen der mobilen Stationen zum Auslösen eines Handover-Vorgangs, und es ist offensichtlich, dass die Mobilitätsverwaltung einen anderen Stellenwert als bei herkömmlichen WLANs haben muss. Ein Mediumzugriffsprotokoll wird vorgestellt, welches verschiedene Dienstgüteanforderungen mit einem schnellen und einfachen Handover verbindet. Orthogonale Frequenzschaltmuster verhindern Interferenzen zwischen benachbarten Zellen und ermöglichen schnellen Zellwechsel um den Preis einer reduzierten Bandbreiteneffizienz. Sechs Varianten dieses Protokolls werden entwickelt und simulativ untersucht. In der zweiten Studie wird eine RoF-basierte Fahrzeug-Straße-Architektur (Road Vehicle Communication, RVC) im mm-Wellenbereich vorgestellt. In diesem Fall wird die Mobilitätsverwaltung noch bedeutsamer und gleichzeitig schwieriger, da durch die kleine Zellgröße und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs der Aufenthalt des Fahrzeugs in der Zelle nur wenige Sekunden kurz ist. Ein Zugriffsprotokoll auf Basis eines dynamischen Zeitmultiplex (TDMA) wir vorgestellt, welches sowohl einen schnellen Handover als auch eine Bandbreitenzuordnung in Abhängigkeit von der Bewegung des Fahrzeugs vornimmt. Auch hier werden Mechanismen zur Bandbreitenverwaltung dargestellt und simulativ bewertet. Ein RoF-basiertes Breitband-Zugangsnetz für dünn besiedelte ländliche Räume oder abgelegene Orte wird in der dritten Studie untersucht. In dieser Architektur verfügt die Zentralstation über optisch abstimmbare Laser (tunable transmitter, TT) und Empfänger (tunable receiver, TR) und benutzt WDM zur Adressierung der verschiedenen Basisstationen, von denen jede auf eine bestimmte Wellenlänge fest eingestellt ist. Obwohl die Kapazität des Systems durch die Anzahl der verwendeten TT/TR-Paare begrenzt ist, bleibt eine einfache Struktur der Zentralstation und der Multiplexgewinn erhalten. Die Eigenschaften der Architektur, des verwendeten Zugriffsprotokolls und des Schedulers werden diskutiert und eine Kapazitätsanalyse zeigt die Eigenschaften des vorgeschlagenen Netzes.

Author dc:creator

• Kim, Hong Bong

Advisor dc:contributor.advisor

• Wolisz, Adam

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

en, English

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-11342
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1224

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/1521