A kommunikációs hálózatok szélessávú és mobilitás felé történő fejlődésével az optikai szálas vezeték nélküli kommunikációs rendszer (ROF) integrálja az optikai szálas kommunikációt és a vezeték nélküli kommunikációt, teljes mértékben kihasználva a széles sáv előnyeit és az optikai szálas vonalak interferenciamentességét, valamint a vezeték nélküli kommunikációt. .A kényelmes és rugalmas funkciók kielégítik az emberek szélessáv iránti igényét.A korai ROF technológia főként a nagyfrekvenciás vezeték nélküli átviteli szolgáltatások nyújtására irányult, mint például a milliméteres hullámú optikai szál átvitel.A ROF technológia fejlődésével és érettségével az emberek elkezdték tanulmányozni a hibrid vezetékes és vezeték nélküli átviteli hálózatokat, vagyis az optikai szálas vezeték nélküli kommunikációs (ROF) rendszereket, amelyek egyszerre nyújtanak vezetékes és vezeték nélküli szolgáltatásokat.A rádiókommunikáció rohamos fejlődésével egyre hangsúlyosabbá vált a spektrumforrások hiánya.Kommunikációs területen megoldandó problémává vált, hogy miként javítható a spektrumkihasználás korlátozott vezeték nélküli erőforrások mellett, hogy enyhítsük a spektrum erőforrások kereslete és kínálata közötti ellentmondást.A kognitív rádió (CR) egy intelligens spektrummegosztási technológia.Az engedélyezett spektrum „másodlagos felhasználásával” hatékonyan javíthatja a spektrum erőforrások kihasználtságát, és kutatási hotspottá vált a kommunikáció területén.A 802.11 vezeték nélküli helyi hálózatban [1], a 802.16 nagyvárosi hálózatban [2] és a 3G mobilkommunikációs hálózatban [3] elkezdték tanulmányozni a kognitív rádiótechnológia alkalmazását a rendszer kapacitásának javítása érdekében, és elkezdték tanulmányozni a ROF technológia a különböző üzleti jelek vegyes átvitelének eléréséhez[4].A vezetékes és vezeték nélküli jeleket továbbító, kognitív, rádióalapú optikai szálas vezeték nélküli kommunikációs hálózatok a jövő kommunikációs hálózatainak fejlődési trendjei.A kognitív rádiótechnológián alapuló hibrid átviteli ROF rendszer számos új kihívással néz szembe, mint például a hálózati architektúra tervezése, a rétegprotokoll tervezés, a vezetékes és vezeték nélküli modulált jelek több szolgáltatáson alapuló generálása, a hálózatkezelés és a modulált jelek azonosítása.
1 Kognitív rádiótechnika
A kognitív rádió hatékony módja a spektrumhiány és a spektrum kihasználatlanságának megoldására.A kognitív rádió egy intelligens vezeték nélküli kommunikációs rendszer.Érzékeli a környező környezet spektrumkihasználását, és tanuláson keresztül adaptívan állítja be saját paramétereit a hatékony kihasználás érdekében.Spektrum erőforrások és megbízható kommunikáció.A kognitív rádió alkalmazása kulcsfontosságú technológia a spektrumerőforrás megvalósításához a rögzített kiosztástól a dinamikus kiosztásig.A kognitív rádiórendszerben annak érdekében, hogy megvédje a jogosult felhasználót (vagy mester felhasználóvá váljon) a szolga felhasználó (vagy CR felhasználó) által okozott interferencia ellen, a spektrumérzékelés feladata annak észlelése, hogy létezik-e jogosult felhasználó.A kognitív rádióhasználók ideiglenesen használhatják a frekvenciasávot, ha megfigyelik, hogy a jogosult felhasználó által használt frekvenciasáv nincs használatban.Amikor azt figyelik, hogy a jogosult felhasználó frekvenciasávja használatban van-e, a CR felhasználó kiadja a csatornát a jogosult felhasználónak, így biztosítva, hogy a CR felhasználó ne zavarja a jogosult felhasználót.Ezért a kognitív vezeték nélküli kommunikációs hálózat a következő kiemelkedő jellemzőkkel rendelkezik: (1) Az elsődleges felhasználónak abszolút elsőbbsége van a csatorna elérésében.Egyrészt, ha a jogosult felhasználó nem foglalja el a csatornát, a másodlagos felhasználónak lehetősége van elérni a tétlen csatornát;Amikor az elsődleges felhasználó újra megjelenik, a másodlagos felhasználónak időben ki kell lépnie a használt csatornából, és vissza kell adnia a csatornát az elsődleges felhasználónak.Másrészt, amikor a mester felhasználó elfoglalja a csatornát, a szolga felhasználó hozzáférhet a csatornához anélkül, hogy ez befolyásolná a mester felhasználó szolgáltatási minőségét.(2) A CR kommunikációs terminál észlelési, kezelési és beállítási funkciókkal rendelkezik.Először is, a CR kommunikációs terminál képes érzékelni a frekvenciaspektrumot és a csatornakörnyezetet a munkakörnyezetben, és meghatározhatja a spektrumerőforrások megosztását és kiosztását bizonyos szabályok szerint az észlelési eredményeknek megfelelően;másrészt a CR kommunikációs terminál képes a működési paraméterek online beállítására, például megváltoztatására. Az átviteli paraméterek, például a vivőfrekvencia és a modulációs módszer alkalmazkodni tudnak a környezet változásaihoz.A kognitív vezeték nélküli kommunikációs hálózatokban a spektrumérzékelés kulcsfontosságú technológia.Az általánosan használt spektrumérzékelő algoritmusok közé tartoznak az energia-érzékelés, az illesztett szűrő-észlelés és a ciklostacionárius jellemző-észlelési módszerek.Ezeknek a módszereknek megvannak a maga előnyei és hátrányai.Ezen algoritmusok teljesítménye az előzetesen megszerzett információktól függ.A meglévő spektrumérzékelő algoritmusok a következők: illesztett szűrő, energiadetektor és jellemző detektor módszerek.Az illesztett szűrő csak akkor alkalmazható, ha a fő jel ismert.Az energiadetektor olyan helyzetekben alkalmazható, amikor a fő jel ismeretlen, de rövid érzékelési idő esetén a teljesítménye romlik.Mivel a jellemződetektor fő ötlete az, hogy a jel ciklostacionaritását használja a spektrális korrelációs függvényen keresztül történő észleléshez.A zaj egy széles stacionárius jel, és nincs korrelációja, míg a modulált jel korrelált és ciklostacionárius.Ezért a spektrális korrelációs függvény képes megkülönböztetni a zaj és a modulált jel energiáját.Bizonytalan zajú környezetben a funkcióérzékelő teljesítménye jobb, mint az energiaérzékelőé.A jellemződetektor teljesítménye alacsony jel-zaj viszony mellett korlátozott, nagy számítási bonyolultságú, és hosszú megfigyelési időt igényel.Ez csökkenti a CR rendszer adatátviteli sebességét.A vezeték nélküli kommunikációs technológia fejlődésével a spektrumerőforrások egyre feszültebbek.Mivel a CR technológia enyhítheti ezt a problémát, a CR technológiára figyelmet fordítottak a vezeték nélküli kommunikációs hálózatokban, és számos vezeték nélküli kommunikációs hálózati szabvány bevezette a kognitív rádiótechnológiát.Ilyen például az IEEE 802.11, IEEE 802.22 és IEEE 802.16h.A 802.16h megállapodásban fontos tartalom található a dinamikus spektrumválasztásban, amely megkönnyíti a WiMAX rádió- és televíziós frekvenciasávok használatát, alapja pedig a spektrumérzékelő technológia.A vezeték nélküli helyi hálózatokra vonatkozó IEEE 802.11h nemzetközi szabványban két fontos koncepciót vezettek be: a dinamikus spektrumkiválasztást (DFS) és az átviteli teljesítményszabályozást (TPC), valamint a kognitív rádiózást alkalmazták a vezeték nélküli helyi hálózatokra.A 802.11y szabványban az ortogonális frekvenciaosztásos multiplexelés (OFDM) technológiát használják különféle sávszélesség-opciók biztosítására, amelyek gyors sávszélesség-váltást tesznek lehetővé.A WLAN (vezeték nélküli helyi hálózat) rendszerek kihasználhatják az OFDM jellemzőit, hogy elkerüljék az elkerülést a sávszélesség és az átviteli teljesítmény paramétereinek módosításával.Zavarja az ebben a frekvenciasávban dolgozó többi felhasználót.Mivel az optikai szálas vezeték nélküli rendszer rendelkezik a széles optikai szálas kommunikációs sávszélesség és a vezeték nélküli kommunikáció rugalmas jellemzői előnyeivel, széles körben használják.Az elmúlt években a rádiófrekvenciás kognitív WLAN-jelek optikai szálon történő átvitele felkeltette a figyelmet.Az irodalom szerzője [5-6] azt javasolta, hogy a ROF rendszerben a kognitív rádiójelek továbbítása az architektúra alatt történik, és a szimulációs kísérletek azt mutatják, hogy a hálózat teljesítménye javult.
2 ROF-alapú hibrid optikai szálas vezeték nélküli átviteli rendszer architektúra
A multimédiás szolgáltatások videoátviteli igényeinek kielégítése érdekében a kialakulóban lévő üvegszálas otthonba (FFTH) a végső szélessávú hozzáférési technológiává válik, és a passzív optikai hálózat (PON) a figyelem középpontjába került, ha egyszer megjelenik. ki.Mivel a PON hálózatban használt eszközök passzív eszközök, ezért nem igényelnek tápellátást, immunisak lehetnek a külső elektromágneses interferencia és villámlás hatására, transzparens szolgáltatásátvitelt tudnak elérni, és magas rendszermegbízhatósággal rendelkeznek.A PON hálózatok főként időosztásos multiplexelésű passzív optikai hálózatokat (TDM-PON) és hullámhosszosztásos multiplexeléses passzív optikai hálózatokat (WDM-PON) foglalnak magukban.A TDM-PON-nal összehasonlítva a WDM-PON a felhasználó exkluzív sávszélességével és magas biztonságával rendelkezik, így a jövőben a legnagyobb potenciális optikai hozzáférési hálózattá válik.Az 1. ábra a WDM-PON rendszer blokkvázlatát mutatja.