مع تطور شبكات الاتصالات نحو النطاق العريض والتنقل ، يدمج نظام الاتصالات اللاسلكية بالألياف الضوئية (ROF) اتصال الألياف الضوئية والاتصالات اللاسلكية ، مما يتيح الاستفادة الكاملة من مزايا النطاق العريض ومقاومة التداخل لخطوط الألياف الضوئية ، فضلاً عن الاتصالات اللاسلكية .ميزات مريحة ومرنة تلبي طلب الناس للنطاق العريض.كانت تقنية ROF المبكرة مخصصة بشكل أساسي لتوفير خدمات الإرسال اللاسلكي عالي التردد ، مثل نقل الألياف الضوئية بموجة المليمتر.مع تطور ونضج تقنية ROF ، بدأ الناس في دراسة شبكات النقل السلكية واللاسلكية الهجينة ، أي أنظمة الاتصالات اللاسلكية بالألياف الضوئية (ROF) التي توفر خدمات سلكية ولاسلكية في نفس الوقت.مع التطور السريع للاتصالات الراديوية ، أصبح النقص في موارد الطيف أكثر وضوحا.أصبحت كيفية تحسين استخدام الطيف في ظل حالة الموارد اللاسلكية المحدودة لتخفيف التناقض بين العرض والطلب على موارد الطيف مشكلة يجب حلها في مجال الاتصالات.الراديو المعرفي (CR) هو تقنية ذكية لمشاركة الطيف.يمكنه تحسين استخدام موارد الطيف بشكل فعال من خلال "الاستخدام الثانوي" للطيف المصرح به ، وأصبح نقطة ساخنة للبحث في مجال الاتصالات.في شبكة المنطقة المحلية اللاسلكية 802.11 [1] ، بدأت شبكة المنطقة الحضرية 802.16 [2] وشبكة الاتصالات المتنقلة من الجيل الثالث [3] في دراسة تطبيق تكنولوجيا الراديو المعرفي لتحسين قدرة النظام ، وبدأت في دراسة تطبيق تقنية ROF لتحقيق الإرسال المختلط لإشارات الأعمال المختلفة [4].تعد شبكات الاتصالات اللاسلكية من الألياف الضوئية المعرفية القائمة على الراديو والتي تنقل الإشارات السلكية واللاسلكية هي الاتجاه الإنمائي لشبكات الاتصالات المستقبلية.يواجه نظام ROF للإرسال الهجين القائم على تقنية الراديو الإدراكي العديد من التحديات الجديدة ، مثل تصميم بنية الشبكة وتصميم بروتوكول الطبقة وتوليد الإشارات السلكية واللاسلكية المعدلة بناءً على خدمات متعددة وإدارة الشبكة وتحديد الإشارات المعدلة.
1 تكنولوجيا الراديو الإدراكي
يعد الراديو الاستعرافي طريقة فعالة لحل مشكلة نقص الطيف وقلة استخدام الطيف.الراديو المعرفي هو نظام اتصالات لاسلكي ذكي.يستشعر استخدام الطيف للبيئة المحيطة ويضبط معلماته الخاصة بشكل تكيفي من خلال التعلم لتحقيق الاستخدام الفعال.موارد الطيف والتواصل الموثوق.يعد تطبيق الراديو الاستعرافي تقنية أساسية لتحقيق مورد الطيف من التخصيص الثابت إلى التخصيص الديناميكي.في النظام الراديوي المعرفي ، من أجل حماية المستخدم المصرح له (أو أن يصبح مستخدمًا رئيسيًا) من التداخل من مستخدم تابع (أو مستخدم CR) ، تتمثل وظيفة استشعار الطيف في إدراك وجود مستخدم مصرح له.يمكن لمستخدمي الراديو الإدراكي استخدام نطاق التردد مؤقتًا عندما يتم رصد عدم استخدام نطاق التردد الذي يستخدمه المستخدم المصرح له.عندما يتم رصد استخدام نطاق التردد الخاص بالمستخدم المصرح له ، يقوم مستخدم CR بتحرير القناة إلى المستخدم المرخص له ، مما يضمن عدم تداخل مستخدم CR مع المستخدم المصرح له.لذلك ، تتمتع شبكة الاتصالات اللاسلكية المعرفية بالميزات البارزة التالية: (1) المستخدم الأساسي له الأولوية المطلقة للوصول إلى القناة.من ناحية أخرى ، عندما لا يشغل المستخدم المصرح له القناة ، فإن المستخدم الثانوي لديه الفرصة للوصول إلى القناة الخاملة ؛عندما يظهر المستخدم الأساسي مرة أخرى ، يجب على المستخدم الثانوي الخروج من القناة المستخدمة في الوقت المناسب وإعادة القناة إلى المستخدم الأساسي.من ناحية أخرى ، عندما يشغل المستخدم الرئيسي القناة ، يمكن للمستخدم التابع الوصول إلى القناة دون التأثير على جودة خدمة المستخدم الرئيسي.(2) محطة اتصالات CR لها وظائف الإدراك والإدارة والتعديل.أولاً ، يمكن لمحطة اتصالات CR أن تدرك طيف التردد وبيئة القناة في بيئة العمل ، وتحدد تقاسم موارد الطيف وتوزيعها وفقاً لقواعد معينة وفقاً لنتائج الكشف ؛من ناحية أخرى ، فإن محطة اتصالات CR لديها القدرة على ضبط معلمات العمل عبر الإنترنت ، مثل تغيير معلمات الإرسال مثل تردد الموجة الحاملة وطريقة التشكيل يمكن أن تتكيف مع التغييرات في البيئة.في شبكات الاتصالات اللاسلكية المعرفية ، يعد استشعار الطيف تقنية أساسية.تشمل خوارزميات استشعار الطيف شائعة الاستخدام اكتشاف الطاقة ، واكتشاف المرشح المتطابق ، وطرق الكشف عن الميزات الثابتة الحلقي.هذه الأساليب لها مزاياها وعيوبها.يعتمد أداء هذه الخوارزميات على المعلومات السابقة التي تم الحصول عليها.خوارزميات استشعار الطيف الحالية هي: المرشح المتطابق وكاشف الطاقة وطرق الكشف عن الميزات.لا يمكن تطبيق المرشح المطابق إلا عندما تكون الإشارة الرئيسية معروفة.يمكن تطبيق كاشف الطاقة في الحالة التي تكون فيها الإشارة الرئيسية غير معروفة ، لكن أداءها يتدهور عند استخدام وقت استشعار قصير.لأن الفكرة الرئيسية لكاشف الميزة هي استخدام cyclostationarity للإشارة للكشف من خلال وظيفة الارتباط الطيفي.الضوضاء عبارة عن إشارة ثابتة واسعة وليس لها ارتباط ، في حين أن الإشارة المعدلة مترابطة وثابتة.لذلك ، يمكن أن تميز وظيفة الارتباط الطيفي طاقة الضوضاء وطاقة الإشارة المعدلة.في بيئة ذات ضوضاء غير مؤكدة ، يكون أداء كاشف الميزة أفضل من أداء كاشف الطاقة.أداء كاشف الميزة في ظل نسبة الإشارة إلى الضوضاء المنخفضة محدود ، وله تعقيد حسابي عالٍ ، ويتطلب وقتًا طويلاً للمراقبة.هذا يقلل من سرعة نقل البيانات لنظام CR.مع تطور تكنولوجيا الاتصالات اللاسلكية ، أصبحت موارد الطيف أكثر توتراً.نظرًا لأن تقنية CR يمكن أن تخفف من هذه المشكلة ، فقد تم الاهتمام بتقنية CR في شبكات الاتصالات اللاسلكية ، وقد أدخلت العديد من معايير شبكات الاتصالات اللاسلكية تقنية الراديو الإدراكي.مثل IEEE 802.11 و IEEE 802.22 و IEEE 802.16h.في اتفاقية 802.16h ، هناك محتوى مهم لاختيار الطيف الديناميكي لتسهيل استخدام WiMAX لنطاقات تردد الراديو والتلفزيون ، وأساسها هو تقنية استشعار الطيف.في المعيار الدولي IEEE 802.11h لشبكات المنطقة المحلية اللاسلكية ، تم تقديم مفهومين مهمين: اختيار الطيف الديناميكي (DFS) والتحكم في قدرة الإرسال (TPC) ، وتم تطبيق الراديو المعرفي على شبكات المنطقة المحلية اللاسلكية.في معيار 802.11y ، تُستخدم تقنية تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد (OFDM) لتوفير مجموعة متنوعة من خيارات النطاق الترددي ، والتي يمكن أن تحقق التبديل السريع لعرض النطاق الترددي.يمكن لأنظمة WLAN (الشبكة المحلية اللاسلكية) الاستفادة من خصائص OFDM لتجنب التجنب عن طريق ضبط عرض النطاق ومعلمات قدرة الإرسال.التدخل في عمل المستخدمين الآخرين في هذا النطاق الترددي.نظرًا لأن نظام الألياف الضوئية اللاسلكي يتمتع بمزايا النطاق الترددي الواسع لاتصالات الألياف الضوئية والخصائص المرنة للاتصال اللاسلكي ، فقد تم استخدامه على نطاق واسع.في السنوات الأخيرة ، جذب نقل إشارات WLAN المعرفية للتردد اللاسلكي في الألياف الضوئية الانتباه.اقترح مؤلف الأدب [5-6] أن إشارات الراديو المعرفية لنظام ROF يتم إرسالها تحت البنية ، وتوضح تجارب المحاكاة أن أداء الشبكة قد تحسن.
2 هندسة نظام الإرسال اللاسلكي للألياف الضوئية الهجينة القائمة على ROF
من أجل تلبية احتياجات خدمات الوسائط المتعددة لنقل الفيديو ، ستصبح تقنية الألياف إلى المنزل الناشئة (FFTH) هي التقنية النهائية للوصول إلى النطاق العريض ، وأصبحت الشبكة الضوئية المنفعلة (PON) محور الاهتمام بمجرد ظهورها خارج.نظرًا لأن الأجهزة المستخدمة في شبكة PON هي أجهزة سلبية ، فهي لا تحتاج إلى مصدر طاقة ، ويمكن أن تكون محصنة ضد تأثير التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي والبرق ، ويمكنها تحقيق نقل شفاف للخدمات ، ولها موثوقية عالية للنظام.تتضمن شبكات PON بشكل أساسي الشبكات البصرية المنفعلة لتعدد الإرسال بتقسيم الوقت (TDM-PON) والشبكات الضوئية المنفعلة لتقسيم الطول الموجي (WDM-PON).مقارنةً بـ TDM-PON ، تتمتع WDM-PON بخصائص النطاق الترددي الحصري للمستخدم والأمان العالي ، لتصبح أكثر شبكة وصول بصرية محتملة في المستقبل.يوضح الشكل 1 مخطط الكتلة لنظام WDM-PON.