עם הפיתוח של רשתות תקשורת לקראת פס רחב וניידות, מערכת התקשורת האלחוטית של סיבים אופטיים (ROF) משלבת תקשורת סיבים אופטיים ותקשורת אלחוטית, נותנת משחק מלא ליתרונות הפס הרחב ומניעת הפרעות של קווי סיבים אופטיים, כמו גם תקשורת אלחוטית .תכונות נוחות וגמישות עונות על הדרישה של אנשים לפס רחב.טכנולוגיית ה-ROF המוקדמת הוקדשה בעיקר לאספקת שירותי שידור אלחוטיים בתדר גבוה, כגון שידור סיבים אופטיים בגלי מילימטר.עם הפיתוח והבשלות של טכנולוגיית ROF, אנשים החלו ללמוד רשתות שידור קוויות ואלחוטיות היברידיות, כלומר מערכות תקשורת אלחוטית בסיבים אופטיים (ROF) המספקות שירותים קוויים ואלחוטיים בו זמנית.עם ההתפתחות המהירה של תקשורת הרדיו, המחסור במשאבי הספקטרום נעשה יותר ויותר בולט.כיצד לשפר את ניצול הספקטרום בתנאים של משאבים אלחוטיים מוגבלים כדי להקל על הסתירה בין היצע וביקוש של משאבי ספקטרום הפך לבעיה שיש לפתור בתחום התקשורת.רדיו קוגניטיבי (CR) הוא טכנולוגיה חכמה לשיתוף ספקטרום.הוא יכול לשפר ביעילות את ניצול משאבי הספקטרום באמצעות "שימוש משני" בספקטרום מורשה, והפך למוקד מחקר בתחום התקשורת.ברשת תקשורת מקומית אלחוטית 802.11 [1], 802.16 רשת מטרופולין [2] ורשת תקשורת סלולרית 3G [3] החלו לחקור את היישום של טכנולוגיית רדיו קוגניטיבית לשיפור קיבולת המערכת, והחלו ללמוד את היישום של טכנולוגיית ROF להשגת שידור מעורב של אותות עסקיים שונים[4].רשתות תקשורת אלחוטיות המבוססות על רדיו קוגניטיבי סיבים אופטיים המשדרות אותות קוויים ואלחוטיים הן מגמת הפיתוח של רשתות תקשורת עתידיות.מערכת השידור ההיברידית ROF המבוססת על טכנולוגיית רדיו קוגניטיבית עומדת בפני אתגרים חדשים רבים, כגון תכנון ארכיטקטורת רשת, תכנון פרוטוקול שכבות, יצירת אותות מאופנים קוויים ואלחוטיים המבוססים על שירותים מרובים, ניהול רשת וזיהוי אותות מאופננים.
1 טכנולוגיית רדיו קוגניטיבית
רדיו קוגניטיבי הוא דרך יעילה לפתור את חוסר הספקטרום ואת תת הניצול של הספקטרום.רדיו קוגניטיבי הוא מערכת תקשורת אלחוטית חכמה.הוא חש את ניצול הספקטרום של הסביבה הסובבת ומתאים את הפרמטרים שלו באופן אדפטיבי באמצעות למידה כדי להשיג ניצול יעיל.משאבי ספקטרום ותקשורת אמינה.היישום של רדיו קוגניטיבי הוא טכנולוגיית מפתח למימוש משאב הספקטרום מהקצאה קבועה להקצאה דינמית.במערכת הרדיו הקוגניטיבית, על מנת להגן על משתמש מורשה (או להפוך למשתמש ראשי) מפני הפרעות ממשתמש עבד (או משתמש CR), תפקידה של חישת הספקטרום הוא לקלוט האם קיים משתמש מורשה.משתמשי רדיו קוגניטיבי יכולים להשתמש באופן זמני ברצועת התדרים כאשר מעקב אחר פס התדרים המשמש את המשתמש המורשה אינו בשימוש.כאשר מנוטר שפס התדרים של המשתמש המורשה נמצא בשימוש, משתמש ה-CR משחרר את הערוץ למשתמש המורשה, ובכך מבטיח שמשתמש ה-CR לא יפריע למשתמש המורשה.לכן, לרשת התקשורת האלחוטית הקוגניטיבית יש את התכונות הבולטות הבאות: (1) למשתמש הראשי יש עדיפות מוחלטת לגשת לערוץ.מצד אחד, כאשר המשתמש המורשה אינו תופס את הערוץ, למשתמש המשני יש הזדמנות לגשת לערוץ הסרק;כאשר המשתמש הראשי מופיע שוב, המשתמש המשני צריך לצאת מהערוץ בשימוש בזמן ולהחזיר את הערוץ למשתמש הראשי.מצד שני, כאשר המשתמש הראשי תופס את הערוץ, משתמש העבד יכול לגשת לערוץ מבלי להשפיע על איכות השירות של המשתמש הראשי.(2) למסוף התקשורת CR יש פונקציות של תפיסה, ניהול והתאמה.ראשית, מסוף התקשורת CR יכול לתפוס את ספקטרום התדרים וסביבת הערוצים בסביבת העבודה, ולקבוע את השיתוף וההקצאה של משאבי ספקטרום על פי כללים מסוימים על פי תוצאות הזיהוי;מצד שני, למסוף התקשורת CR יש את היכולת להתאים את פרמטרי העבודה באופן מקוון, כגון שינוי. פרמטרי השידור כגון תדר הספק ושיטת אפנון יכולים להסתגל לשינויים בסביבה.ברשתות תקשורת אלחוטיות קוגניטיביות, חישת ספקטרום היא טכנולוגיית מפתח.אלגוריתמים נפוצים של חישת ספקטרום כוללים זיהוי אנרגיה, זיהוי מסנן מותאם ושיטות זיהוי תכונה cyclostationary.לשיטות אלו יש יתרונות וחסרונות משלהן.הביצועים של אלגוריתמים אלה תלויים במידע הקודם שהושג.אלגוריתמי חישת הספקטרום הקיימים הם: פילטר מותאם, גלאי אנרגיה ושיטות גלאי תכונה.ניתן להחיל את המסנן המותאם רק כאשר האות הראשי ידוע.ניתן ליישם את גלאי האנרגיה במצב בו האות הראשי אינו ידוע, אך הביצועים שלו מתדרדרים כאשר משתמשים בזמן חישה קצר.מכיוון שהרעיון העיקרי של גלאי התכונה הוא להשתמש במחזוריות של האות כדי לזהות דרך פונקציית המתאם הספקטרלית.רעש הוא אות נייח רחב ואין לו מתאם, בעוד שהאות המאופנן מתאם ומחזורי.לכן, פונקציית המתאם הספקטרלית יכולה להבחין בין אנרגיית הרעש לבין האנרגיה של האות המאופנן.בסביבה עם רעש לא ודאי, הביצועים של גלאי התכונה טובים יותר מאלו של גלאי האנרגיה.הביצועים של גלאי התכונה תחת יחס אות לרעש נמוך מוגבלים, בעלי מורכבות חישובית גבוהה ודורשים זמן תצפית ארוך.זה מקטין את תפוקת הנתונים של מערכת CR.עם התפתחות טכנולוגיית התקשורת האלחוטית, משאבי הספקטרום הופכים מתוחים יותר ויותר.מכיוון שטכנולוגיית CR יכולה להקל על בעיה זו, טכנולוגיית CR קיבלה תשומת לב ברשתות תקשורת אלחוטיות, ותקני רשת תקשורת אלחוטית רבים הציגו טכנולוגיית רדיו קוגניטיבית.כגון IEEE 802.11, IEEE 802.22 ו-IEEE 802.16h.בהסכם 802.16h, קיים תוכן חשוב של בחירת ספקטרום דינמי כדי להקל על השימוש של WiMAX ברצועות תדרי רדיו וטלוויזיה, והבסיס שלו הוא טכנולוגיית חישת ספקטרום.בתקן הבינלאומי IEEE 802.11h לרשתות מקומיות אלחוטיות, הוצגו שני מושגים חשובים: בחירת ספקטרום דינמי (DFS) ובקרת כוח שידור (TPC), ורדיו קוגניטיבי הוחל על רשתות מקומיות אלחוטיות.בתקן 802.11y, נעשה שימוש בטכנולוגיית ריבוי חלוקת תדרים אורתוגונלית (OFDM) כדי לספק מגוון אפשרויות רוחב פס, שיכולות להשיג מיתוג מהיר של רוחב פס.מערכות WLAN (רשת תקשורת מקומית אלחוטית) יכולות לנצל את המאפיינים של OFDM כדי למנוע הימנעות על ידי התאמת רוחב הפס ופרמטרי הספק שידור.להפריע למשתמשים אחרים העובדים בפס התדרים הזה.מכיוון שלמערכת האלחוטית של סיבים אופטיים יש את היתרונות של רוחב פס רחב של תקשורת סיבים אופטיים והמאפיינים הגמישים של תקשורת אלחוטית, נעשה בה שימוש נרחב.בשנים האחרונות משך תשומת לב שידור של אותות WLAN קוגניטיביים בתדר רדיו בסיבים אופטיים.מחבר הספרות [5-6] הציע שמערכת ROF אותות רדיו קוגניטיביים משודרים תחת הארכיטקטורה, וניסויי סימולציה מראים שביצועי הרשת שופרו.
2 ארכיטקטורת מערכת שידור אלחוטית של סיבים אופטיים היברידיים מבוססי ROF
על מנת לענות על הצרכים של שירותי מולטימדיה להעברת וידאו, הסיבים המתפתחים לבית (FFTH) יהפכו לטכנולוגיית הגישה האולטימטיבית בפס רחב, והרשת האופטית הפסיבית (PON) הפכה למוקד תשומת הלב ברגע שהיא מגיעה הַחוּצָה.מכיוון שהמכשירים המשמשים ברשת PON הם מכשירים פסיביים, הם אינם זקוקים לאספקת חשמל, יכולים להיות חסינים מפני השפעות של הפרעות אלקטרומגנטיות חיצוניות וברקים, יכולים להשיג שידור שקופה של שירותים ובעלי אמינות מערכת גבוהה.רשתות PON כוללות בעיקר רשתות אופטיות פסיביות לחלוקת זמן (TDM-PON) ורשתות אופטיות פסיביות לחלוקת אורך גל (WDM-PON).בהשוואה ל-TDM-PON, ל-WDM-PON יש את המאפיינים של רוחב פס בלעדי למשתמש ואבטחה גבוהה, והפכה לרשת הגישה האופטית הפוטנציאלית ביותר בעתיד.איור 1 מציג את דיאגרמת הבלוק של מערכת WDM-PON.