Με την ανάπτυξη των δικτύων επικοινωνίας προς την ευρυζωνικότητα και την κινητικότητα, το σύστημα ασύρματης επικοινωνίας οπτικών ινών (ROF) ενσωματώνει την επικοινωνία οπτικών ινών και την ασύρματη επικοινωνία, δίνοντας πλήρη εφαρμογή στα πλεονεκτήματα της ευρυζωνικότητας και της καταπολέμησης των παρεμβολών των γραμμών οπτικών ινών, καθώς και της ασύρματης επικοινωνίας .Τα βολικά και ευέλικτα χαρακτηριστικά ικανοποιούν τη ζήτηση των ανθρώπων για ευρυζωνική σύνδεση.Η πρώιμη τεχνολογία ROF ήταν κυρίως αφιερωμένη στην παροχή υπηρεσιών ασύρματης μετάδοσης υψηλής συχνότητας, όπως η μετάδοση οπτικών ινών κυμάτων χιλιοστών.Με την ανάπτυξη και την ωριμότητα της τεχνολογίας ROF, οι άνθρωποι άρχισαν να μελετούν υβριδικά ενσύρματα και ασύρματα δίκτυα μετάδοσης, δηλαδή συστήματα ασύρματης επικοινωνίας οπτικών ινών (ROF) που παρέχουν ενσύρματες και ασύρματες υπηρεσίες ταυτόχρονα.Με την ταχεία ανάπτυξη των ραδιοεπικοινωνιών, η έλλειψη πόρων φάσματος γίνεται όλο και πιο εμφανής.Ο τρόπος βελτίωσης της χρήσης του φάσματος υπό την προϋπόθεση περιορισμένων ασύρματων πόρων για την άμβλυνση της αντίφασης μεταξύ προσφοράς και ζήτησης πόρων φάσματος έχει γίνει ένα πρόβλημα που πρέπει να επιλυθεί στον τομέα της επικοινωνίας.Το Cognitive Radio (CR) είναι μια έξυπνη τεχνολογία κοινής χρήσης φάσματος.Μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά τη χρήση των πόρων του φάσματος μέσω της «δευτερεύουσας χρήσης» του εξουσιοδοτημένου φάσματος και έχει γίνει ένα hotspot έρευνας στον τομέα των επικοινωνιών.Στο ασύρματο τοπικό δίκτυο 802.11 [1], το μητροπολιτικό δίκτυο 802.16 [2] και το δίκτυο κινητής επικοινωνίας 3G [3] άρχισαν να μελετούν την εφαρμογή της τεχνολογίας γνωστικού ραδιοφώνου για τη βελτίωση της χωρητικότητας του συστήματος και άρχισαν να μελετούν την εφαρμογή του Τεχνολογία ROF για την επίτευξη μικτής μετάδοσης διαφορετικών επιχειρηματικών σημάτων[4].Τα ασύρματα δίκτυα επικοινωνίας οπτικών ινών βασισμένα σε γνωστικά ραδιόφωνα που μεταδίδουν ενσύρματα και ασύρματα σήματα είναι η τάση ανάπτυξης των μελλοντικών δικτύων επικοινωνίας.Το σύστημα υβριδικής μετάδοσης ROF που βασίζεται σε τεχνολογία γνωστικού ραδιοφώνου αντιμετωπίζει πολλές νέες προκλήσεις, όπως σχεδιασμός αρχιτεκτονικής δικτύου, σχεδιασμός πρωτοκόλλου επιπέδου, παραγωγή ενσύρματων και ασύρματων διαμορφωμένων σημάτων βασισμένων σε πολλαπλές υπηρεσίες, διαχείριση δικτύου και αναγνώριση διαμορφωμένων σημάτων.
1 Γνωστική ραδιοφωνική τεχνολογία
Το γνωστικό ραδιόφωνο είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος για την επίλυση της έλλειψης φάσματος και της υποχρησιμοποίησης του φάσματος.Το γνωστικό ραδιόφωνο είναι ένα έξυπνο σύστημα ασύρματης επικοινωνίας.Αισθάνεται τη χρήση του φάσματος του περιβάλλοντος περιβάλλοντος και προσαρμόζει τις δικές του παραμέτρους προσαρμοστικά μέσω της μάθησης για την επίτευξη αποτελεσματικής χρήσης.Πόροι φάσματος και αξιόπιστη επικοινωνία.Η εφαρμογή του γνωστικού ραδιοφώνου είναι μια βασική τεχνολογία για την υλοποίηση του πόρου φάσματος από τη σταθερή κατανομή έως τη δυναμική κατανομή.Στο σύστημα γνωστικής ραδιοεπικοινωνίας, προκειμένου να προστατευθεί ένας εξουσιοδοτημένος χρήστης (ή να γίνει κύριος χρήστης) από παρεμβολές από υποτελή χρήστη (ή χρήστη CR), η λειτουργία της ανίχνευσης φάσματος είναι να αντιληφθεί εάν υπάρχει εξουσιοδοτημένος χρήστης.Οι χρήστες γνωστικού ραδιοφώνου μπορούν να χρησιμοποιήσουν προσωρινά τη ζώνη συχνοτήτων όταν παρακολουθείται ότι η ζώνη συχνοτήτων που χρησιμοποιείται από τον εξουσιοδοτημένο χρήστη δεν χρησιμοποιείται.Όταν παρακολουθείται ότι χρησιμοποιείται η ζώνη συχνοτήτων του εξουσιοδοτημένου χρήστη, ο χρήστης CR απελευθερώνει το κανάλι στον εξουσιοδοτημένο χρήστη, διασφαλίζοντας έτσι ότι ο χρήστης CR δεν παρεμβαίνει στον εξουσιοδοτημένο χρήστη.Επομένως, το γνωστικό ασύρματο δίκτυο επικοινωνίας έχει τα ακόλουθα κύρια χαρακτηριστικά: (1) Ο κύριος χρήστης έχει απόλυτη προτεραιότητα πρόσβασης στο κανάλι.Αφενός, όταν ο εξουσιοδοτημένος χρήστης δεν καταλαμβάνει το κανάλι, ο δευτερεύων χρήστης έχει την ευκαιρία να αποκτήσει πρόσβαση στο αδρανές κανάλι.Όταν ο κύριος χρήστης επανεμφανιστεί, ο δευτερεύων χρήστης θα πρέπει να εγκαταλείψει το κανάλι που χρησιμοποιείται εγκαίρως και να επιστρέψει το κανάλι στον κύριο χρήστη.Από την άλλη πλευρά, όταν ο κύριος χρήστης καταλαμβάνει το κανάλι, ο υποτελής χρήστης μπορεί να έχει πρόσβαση στο κανάλι χωρίς να επηρεάζει την ποιότητα της υπηρεσίας του κύριου χρήστη.(2) Το τερματικό επικοινωνίας CR έχει τις λειτουργίες αντίληψης, διαχείρισης και προσαρμογής.Πρώτον, το τερματικό επικοινωνίας CR μπορεί να αντιληφθεί το φάσμα συχνοτήτων και το περιβάλλον του καναλιού στο εργασιακό περιβάλλον και να καθορίσει την κοινή χρήση και την κατανομή των πόρων φάσματος σύμφωνα με ορισμένους κανόνες σύμφωνα με τα αποτελέσματα ανίχνευσης.Από την άλλη πλευρά, το τερματικό επικοινωνίας CR έχει τη δυνατότητα να προσαρμόζει τις παραμέτρους εργασίας online, όπως αλλαγή. Οι παράμετροι μετάδοσης όπως η συχνότητα φορέα και η μέθοδος διαμόρφωσης μπορούν να προσαρμοστούν στις αλλαγές στο περιβάλλον.Στα γνωστικά ασύρματα δίκτυα επικοινωνίας, η ανίχνευση φάσματος είναι βασική τεχνολογία.Οι αλγόριθμοι ανίχνευσης φάσματος που χρησιμοποιούνται συνήθως περιλαμβάνουν μεθόδους ανίχνευσης ενέργειας, ανίχνευσης ταιριασμένων φίλτρων και κυκλοστατικών χαρακτηριστικών.Αυτές οι μέθοδοι έχουν τα δικά τους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.Η απόδοση αυτών των αλγορίθμων εξαρτάται από τις προηγούμενες πληροφορίες που λαμβάνονται.Οι υπάρχοντες αλγόριθμοι ανίχνευσης φάσματος είναι: οι μέθοδοι αντιστοίχισης φίλτρου, ανιχνευτής ενέργειας και ανιχνευτών χαρακτηριστικών.Το αντίστοιχο φίλτρο μπορεί να εφαρμοστεί μόνο όταν είναι γνωστό το κύριο σήμα.Ο ανιχνευτής ενέργειας μπορεί να εφαρμοστεί σε περιπτώσεις όπου το κύριο σήμα είναι άγνωστο, αλλά η απόδοσή του επιδεινώνεται όταν χρησιμοποιείται σύντομος χρόνος ανίχνευσης.Επειδή η κύρια ιδέα του ανιχνευτή χαρακτηριστικών είναι η χρήση της κυκλοσταθερότητας του σήματος για την ανίχνευση μέσω της συνάρτησης φασματικής συσχέτισης.Ο θόρυβος είναι ένα ευρύ στατικό σήμα και δεν έχει συσχέτιση, ενώ το διαμορφωμένο σήμα είναι συσχετισμένο και κυκλοστατικό.Επομένως, η συνάρτηση φασματικής συσχέτισης μπορεί να διακρίνει την ενέργεια του θορύβου και την ενέργεια του διαμορφωμένου σήματος.Σε ένα περιβάλλον με αβέβαιο θόρυβο, η απόδοση του ανιχνευτή χαρακτηριστικών είναι καλύτερη από αυτή του ανιχνευτή ενέργειας.Η απόδοση του ανιχνευτή χαρακτηριστικών σε χαμηλό λόγο σήματος προς θόρυβο είναι περιορισμένη, έχει υψηλή υπολογιστική πολυπλοκότητα και απαιτεί μεγάλο χρόνο παρατήρησης.Αυτό μειώνει τη ροή δεδομένων του συστήματος CR.Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας ασύρματων επικοινωνιών, οι πόροι του φάσματος γίνονται όλο και πιο τεταμένοι.Επειδή η τεχνολογία CR μπορεί να μετριάσει αυτό το πρόβλημα, έχει δοθεί προσοχή στην τεχνολογία CR στα ασύρματα δίκτυα επικοινωνίας και πολλά πρότυπα δικτύων ασύρματων επικοινωνιών έχουν εισαγάγει την τεχνολογία γνωστικού ραδιοφώνου.Όπως τα IEEE 802.11, IEEE 802.22 και IEEE 802.16h.Στη συμφωνία 802.16h, υπάρχει ένα σημαντικό περιεχόμενο της επιλογής δυναμικού φάσματος για τη διευκόλυνση της χρήσης των ζωνών συχνοτήτων ραδιοφώνου και τηλεόρασης από το WiMAX και η βάση του είναι η τεχνολογία ανίχνευσης φάσματος.Στο διεθνές πρότυπο IEEE 802.11h για ασύρματα τοπικά δίκτυα, έχουν εισαχθεί δύο σημαντικές έννοιες: η δυναμική επιλογή φάσματος (DFS) και ο έλεγχος ισχύος μετάδοσης (TPC) και το γνωστικό ραδιόφωνο έχει εφαρμοστεί σε ασύρματα τοπικά δίκτυα.Στο πρότυπο 802.11y, η τεχνολογία πολυπλεξίας ορθογώνιας διαίρεσης συχνότητας (OFDM) χρησιμοποιείται για την παροχή μιας ποικιλίας επιλογών εύρους ζώνης, οι οποίες μπορούν να επιτύχουν ταχεία εναλλαγή εύρους ζώνης.Τα συστήματα WLAN (ασύρματο τοπικό δίκτυο) μπορούν να εκμεταλλευτούν τα χαρακτηριστικά του OFDM για να αποφύγουν την αποφυγή ρυθμίζοντας το εύρος ζώνης και τις παραμέτρους ισχύος μετάδοσης.Παρεμβολή με άλλους χρήστες που εργάζονται σε αυτήν τη ζώνη συχνοτήτων.Επειδή το ασύρματο σύστημα οπτικών ινών έχει τα πλεονεκτήματα του ευρέος εύρους ζώνης επικοινωνίας οπτικών ινών και των ευέλικτων χαρακτηριστικών της ασύρματης επικοινωνίας, έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως.Τα τελευταία χρόνια, η μετάδοση γνωστικών σημάτων WLAN ραδιοσυχνοτήτων σε οπτικές ίνες έχει προσελκύσει την προσοχή.Ο συγγραφέας της βιβλιογραφίας [5-6] πρότεινε ότι το σύστημα ROF Τα γνωστικά ραδιοσήματα μεταδίδονται κάτω από την αρχιτεκτονική και τα πειράματα προσομοίωσης δείχνουν ότι η απόδοση του δικτύου έχει βελτιωθεί.
2 Αρχιτεκτονική ασύρματου συστήματος μετάδοσης υβριδικών οπτικών ινών με βάση ROF
Προκειμένου να καλυφθούν οι ανάγκες των υπηρεσιών πολυμέσων για μετάδοση βίντεο, η αναδυόμενη οπτική ίνα (FFTH) θα γίνει η απόλυτη τεχνολογία ευρυζωνικής πρόσβασης και το παθητικό οπτικό δίκτυο (PON) θα γίνει το επίκεντρο της προσοχής μόλις έρθει έξω.Δεδομένου ότι οι συσκευές που χρησιμοποιούνται στο δίκτυο PON είναι παθητικές συσκευές, δεν χρειάζονται τροφοδοσία ρεύματος, μπορούν να έχουν ανοσία στην επίδραση εξωτερικών ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών και κεραυνών, μπορούν να επιτύχουν διαφανή μετάδοση υπηρεσιών και έχουν υψηλή αξιοπιστία συστήματος.Τα δίκτυα PON περιλαμβάνουν κυρίως παθητικά οπτικά δίκτυα πολυπλεξίας διαίρεσης χρόνου (TDM-PON) και παθητικά οπτικά δίκτυα πολυπλεξίας διαίρεσης μήκους κύματος (WDM-PON).Σε σύγκριση με το TDM-PON, το WDM-PON έχει τα χαρακτηριστικά του αποκλειστικού εύρους ζώνης χρήστη και της υψηλής ασφάλειας, καθιστώντας το πιο πιθανό δίκτυο οπτικής πρόσβασης στο μέλλον.Το σχήμα 1 δείχνει το μπλοκ διάγραμμα του συστήματος WDM-PON.