Con lo sviluppo delle reti di comunicazione verso la banda larga e la mobilità, il sistema di comunicazione wireless in fibra ottica (ROF) integra la comunicazione in fibra ottica e la comunicazione wireless, sfruttando appieno i vantaggi della banda larga e dell'anti-interferenza delle linee in fibra ottica, nonché della comunicazione wireless .Funzionalità convenienti e flessibili soddisfano la domanda di banda larga da parte delle persone.La prima tecnologia ROF era dedicata principalmente alla fornitura di servizi di trasmissione wireless ad alta frequenza, come la trasmissione in fibra ottica a onde millimetriche.Con lo sviluppo e la maturità della tecnologia ROF, le persone hanno iniziato a studiare reti di trasmissione cablate e wireless ibride, ovvero sistemi di comunicazione wireless in fibra ottica (ROF) che forniscono servizi cablati e wireless contemporaneamente.Con il rapido sviluppo delle comunicazioni radio, la carenza di risorse dello spettro è diventata sempre più evidente.Come migliorare l'utilizzo dello spettro in condizioni di risorse wireless limitate per alleviare la contraddizione tra domanda e offerta di risorse dello spettro è diventato un problema da risolvere nel campo della comunicazione.La radio cognitiva (CR) è una tecnologia di condivisione dello spettro intelligente.Può effettivamente migliorare l'utilizzo delle risorse dello spettro attraverso l'"uso secondario" dello spettro autorizzato ed è diventato un punto di riferimento per la ricerca nel campo delle comunicazioni.Nella rete locale wireless 802.11 [1], nella rete metropolitana 802.16 [2] e nella rete di comunicazione mobile 3G [3] hanno iniziato a studiare l'applicazione della tecnologia radio cognitiva per migliorare la capacità del sistema e hanno iniziato a studiare l'applicazione di Tecnologia ROF per ottenere la trasmissione mista di diversi segnali commerciali[ 4].Le reti di comunicazione wireless in fibra ottica basate su radio cognitiva che trasmettono segnali cablati e wireless sono la tendenza di sviluppo delle future reti di comunicazione.Il sistema ROF di trasmissione ibrida basato sulla tecnologia radio cognitiva deve affrontare molte nuove sfide, come la progettazione dell'architettura di rete, la progettazione del protocollo di livello, la generazione di segnali modulati cablati e wireless basati su più servizi, la gestione della rete e l'identificazione dei segnali modulati.
1 Tecnologia radio cognitiva
La radio cognitiva è un modo efficace per risolvere la mancanza di spettro e il sottoutilizzo dello spettro.La radio cognitiva è un sistema di comunicazione wireless intelligente.Rileva l'utilizzo dello spettro dell'ambiente circostante e regola i propri parametri in modo adattivo attraverso l'apprendimento per ottenere un utilizzo efficace.Risorse dello spettro e comunicazioni affidabili.L'applicazione della radio cognitiva è una tecnologia chiave per realizzare la risorsa dello spettro dall'allocazione fissa all'allocazione dinamica.Nel sistema radio cognitivo, al fine di proteggere un utente autorizzato (o diventare un utente master) dall'interferenza di un utente slave (o utente CR), la funzione del rilevamento dello spettro è quella di percepire se esiste un utente autorizzato.Gli utenti della radio cognitiva possono utilizzare temporaneamente la banda di frequenza quando viene monitorato che la banda di frequenza utilizzata dall'utente autorizzato non viene utilizzata.Quando viene monitorato che la banda di frequenza dell'utente autorizzato è in uso, l'utente CR rilascia il canale all'utente autorizzato, assicurando così che l'utente CR non interferisca con l'utente autorizzato.Pertanto, la rete di comunicazione wireless cognitiva ha le seguenti caratteristiche salienti: (1) L'utente principale ha priorità assoluta per accedere al canale.Da un lato, quando l'utente autorizzato non occupa il canale, l'utente secondario ha la possibilità di accedere al canale libero;quando ricompare l'utente primario, l'utente secondario deve uscire dal canale in uso in tempo e restituire il canale all'utente primario.Quando invece l'utente master occupa il canale, l'utente slave può accedere al canale senza influire sulla qualità del servizio dell'utente master.(2) Il terminale di comunicazione CR ha le funzioni di percezione, gestione e regolazione.In primo luogo, il terminale di comunicazione CR può percepire lo spettro di frequenza e l'ambiente del canale nell'ambiente di lavoro e determinare la condivisione e l'allocazione delle risorse dello spettro secondo determinate regole in base ai risultati del rilevamento;d'altra parte, il terminale di comunicazione CR ha la capacità di regolare i parametri di lavoro online, come la modifica dei parametri di trasmissione come la frequenza portante e il metodo di modulazione possono adattarsi ai cambiamenti nell'ambiente.Nelle reti di comunicazione wireless cognitive, il rilevamento dello spettro è una tecnologia chiave.Gli algoritmi di rilevamento dello spettro comunemente usati includono il rilevamento dell'energia, il rilevamento del filtro abbinato e i metodi di rilevamento delle caratteristiche ciclostazionarie.Questi metodi hanno i loro vantaggi e svantaggi.Le prestazioni di questi algoritmi dipendono dalle informazioni precedenti ottenute.Gli algoritmi di rilevamento dello spettro esistenti sono: filtro abbinato, rilevatore di energia e metodi di rilevamento delle caratteristiche.Il filtro adattato può essere applicato solo quando il segnale principale è noto.Il rilevatore di energia può essere applicato alla situazione in cui il segnale principale è sconosciuto, ma le sue prestazioni si deteriorano quando viene utilizzato un tempo di rilevamento breve.Perché l'idea principale del rilevatore di caratteristiche è utilizzare la ciclostazionarietà del segnale per rilevare attraverso la funzione di correlazione spettrale.Il rumore è un ampio segnale stazionario e non ha correlazione, mentre il segnale modulato è correlato e ciclostazionario.Pertanto, la funzione di correlazione spettrale può distinguere l'energia del rumore e l'energia del segnale modulato.In un ambiente con rumore incerto, le prestazioni del rilevatore di caratteristiche sono migliori di quelle del rilevatore di energia.Le prestazioni del rivelatore di caratteristiche con un basso rapporto segnale/rumore sono limitate, hanno un'elevata complessità computazionale e richiedono lunghi tempi di osservazione.Ciò riduce il throughput dei dati del sistema CR.Con lo sviluppo della tecnologia di comunicazione wireless, le risorse dello spettro stanno diventando sempre più tese.Poiché la tecnologia CR può alleviare questo problema, è stata prestata attenzione alla tecnologia CR nelle reti di comunicazione wireless e molti standard di reti di comunicazione wireless hanno introdotto la tecnologia radio cognitiva.Come IEEE 802.11, IEEE 802.22 e IEEE 802.16h.Nell'accordo 802.16h, c'è un contenuto importante della selezione dinamica dello spettro per facilitare l'uso da parte di WiMAX delle bande di frequenza radio e televisive, e la sua base è la tecnologia di rilevamento dello spettro.Nello standard internazionale IEEE 802.11h per le reti locali wireless, sono stati introdotti due concetti importanti: la selezione dinamica dello spettro (DFS) e il controllo della potenza di trasmissione (TPC) e la radio cognitiva è stata applicata alle reti locali wireless.Nello standard 802.11y, la tecnologia OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) viene utilizzata per fornire una varietà di opzioni di larghezza di banda, che possono ottenere una rapida commutazione della larghezza di banda.I sistemi WLAN (Wireless Local Area Network) possono sfruttare le caratteristiche dell'OFDM per evitare l'elusione regolando la larghezza di banda ei parametri di potenza di trasmissione.Interferire con altri utenti che lavorano in questa banda di frequenza.Poiché il sistema wireless in fibra ottica presenta i vantaggi di un'ampia larghezza di banda di comunicazione in fibra ottica e le caratteristiche flessibili della comunicazione wireless, è stato ampiamente utilizzato.Negli ultimi anni, la trasmissione di segnali WLAN cognitivi a radiofrequenza in fibra ottica ha attirato l'attenzione.L'autore della letteratura [5-6] ha proposto che i segnali radio cognitivi del sistema ROF vengano trasmessi sotto l'architettura e gli esperimenti di simulazione mostrano che le prestazioni della rete sono state migliorate.
2 Architettura del sistema di trasmissione wireless in fibra ottica ibrida basata su ROF
Al fine di soddisfare le esigenze dei servizi multimediali per la trasmissione video, l'emergente fibra a casa (FFTH) diventerà la tecnologia di accesso a banda larga definitiva e la rete ottica passiva (PON) è diventata il centro dell'attenzione una volta che verrà fuori.Poiché i dispositivi utilizzati nella rete PON sono dispositivi passivi, non necessitano di alimentazione, possono essere immuni dall'influenza di interferenze elettromagnetiche esterne e fulmini, possono ottenere una trasmissione trasparente dei servizi e hanno un'elevata affidabilità del sistema.Le reti PON includono principalmente reti ottiche passive multiplexing a divisione di tempo (TDM-PON) e reti ottiche passive multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (WDM-PON).Rispetto a TDM-PON, WDM-PON ha le caratteristiche di larghezza di banda esclusiva per l'utente e alta sicurezza, diventando la rete di accesso ottico più potenziale in futuro.La Figura 1 mostra lo schema a blocchi del sistema WDM-PON.