ブロードバンドとモビリティに向けた通信ネットワークの発展に伴い、光ファイバー無線通信システム（ROF）は、光ファイバー通信と無線通信を統合し、光ファイバー回線のブロードバンドと耐干渉性、および無線通信の利点を十分に発揮させます。 .便利で柔軟な機能は、ブロードバンドに対する人々の需要を満たします。初期の ROF 技術は、主にミリ波光ファイバー伝送などの高周波ワイヤレス伝送サービスの提供に専念していました。ROF 技術の発展と成熟に伴い、有線と無線のハイブリッド伝送ネットワーク、つまり、有線と無線のサービスを同時に提供する光ファイバー無線通信 (ROF) システムが研究され始めました。無線通信の急速な発展に伴い、スペクトル リソースの不足がますます顕著になっています。限られた無線リソースの条件下でスペクトル利用率を向上させ、スペクトル リソースの需要と供給の間の矛盾をどのように緩和するかは、通信分野で解決すべき問題となっています。コグニティブ ラジオ (CR) は、インテリジェントなスペクトル共有テクノロジです。認可されたスペクトルの「二次使用」を通じてスペクトル資源の利用を効果的に改善することができ、通信分野の研究ホットスポットとなっています。802.11 ワイヤレス ローカル エリア ネットワーク [1]、802.16 メトロポリタン エリア ネットワーク [2] および 3G 移動通信ネットワーク [3] では、システムの容量を改善するためにコグニティブ無線技術の適用が検討され始めており、異なるビジネス信号の混合伝送を実現するROFテクノロジー[4]。有線および無線信号を伝送する認知無線ベースの光ファイバー無線通信ネットワークは、将来の通信ネットワークの開発動向です。コグニティブ無線技術に基づくハイブリッド伝送 ROF システムは、ネットワーク アーキテクチャ設計、レイヤー プロトコル設計、複数のサービスに基づく有線および無線変調信号の生成、ネットワーク管理、変調信号の識別など、多くの新しい課題に直面しています。
1 コグニティブ無線技術
コグニティブ ラジオは、スペクトルの不足とスペクトルの十分な活用を解決する効果的な方法です。コグニティブ ラジオは、インテリジェントなワイヤレス通信システムです。周囲環境のスペクトル使用率を感知し、学習を通じて自身のパラメータを適応的に調整して、効果的な使用を実現します。スペクトル リソースと信頼性の高い通信。コグニティブ無線の応用は、固定割り当てから動的割り当てまでのスペクトル資源を実現するための重要な技術です。コグニティブ無線システムでは、許可されたユーザー (またはマスター ユーザーになる) をスレーブ ユーザー (または CR ユーザー) からの干渉から保護するために、スペクトル センシングの機能は、許可されたユーザーが存在するかどうかを認識することです。コグニティブ無線利用者は、正規利用者が使用している周波数帯が使用されていないことが監視された場合、その周波数帯を一時的に使用することができます。正規ユーザの周波数帯域が使用されていることが監視されると、CR ユーザは正規ユーザにチャネルを解放し、CR ユーザが正規ユーザに干渉しないようにします。したがって、コグニティブ無線通信ネットワークには、次の顕著な特徴があります。 (1) プライマリ ユーザーは、チャネルにアクセスするための絶対的な優先権を持っています。一方では、許可されたユーザーがチャネルを占有していない場合、セカンダリ ユーザーはアイドル チャネルにアクセスする機会があります。プライマリ ユーザーが再び現れたら、セカンダリ ユーザーは使用中のチャンネルを時間内に終了し、チャンネルをプライマリ ユーザーに戻す必要があります。一方、マスタユーザがチャネルを占有している場合、スレーブユーザは、マスタユーザのサービス品質に影響を与えることなくチャネルにアクセスすることができます。(2) CR 通信端末は、知覚、管理、調整の機能を持つ。第１に、ＣＲ通信端末は、作業環境における周波数スペクトルおよびチャネル環境を認識し、検出結果に従って特定の規則に従ってスペクトル資源の共有および割り当てを決定することができる。一方、CR通信端末は、動作パラメータをオンラインで調整する機能を備えています。たとえば、キャリア周波数や変調方式などの伝送パラメータは、環境の変化に適応できます。コグニティブ ワイヤレス通信ネットワークでは、スペクトル センシングが重要なテクノロジです。一般的に使用されるスペクトル センシング アルゴリズムには、エネルギー検出、整合フィルター検出、周期定常性特徴検出法などがあります。これらの方法には、それぞれ長所と短所があります。これらのアルゴリズムのパフォーマンスは、取得した事前情報に依存します。既存のスペクトル センシング アルゴリズムは、整合フィルター、エネルギー検出器、および特徴検出法です。整合フィルタは、主信号が既知の場合にのみ適用できます。エネルギー検出器は、主信号が不明な状況に適用できますが、検出時間が短いと性能が低下します。特徴検出器の主なアイデアは、信号の周期定常性を使用して、スペクトル相関関数を介して検出することです。ノイズは広い定常信号で相関がありませんが、変調信号は相関があり周期定常です。したがって、スペクトル相関関数は、ノイズのエネルギーと変調信号のエネルギーを区別できます。不確かなノイズのある環境では、特徴検出器のパフォーマンスはエネルギー検出器のパフォーマンスよりも優れています。信号対雑音比が低い場合の特徴検出器のパフォーマンスは制限され、計算の複雑さが高く、長い観測時間を必要とします。これにより、CR システムのデータ スループットが低下します。無線通信技術の発展に伴い、スペクトル資源はますます緊張しています。CR技術はこの問題を軽減できるため、無線通信ネットワークにおいてCR技術が注目され、多くの無線通信ネットワーク規格でコグニティブ無線技術が導入されています。IEEE 802.11、IEEE 802.22、IEEE 802.16h など。802.16h 協定には、WiMAX のラジオとテレビの周波数帯域の使用を促進するためのダイナミック スペクトル選択という重要な内容があり、その基盤はスペクトル センシング技術です。ワイヤレス ローカル エリア ネットワークの IEEE 802.11h 国際規格では、動的スペクトル選択 (DFS) と送信電力制御 (TPC) という 2 つの重要な概念が導入され、コグニティブ ラジオがワイヤレス ローカル エリア ネットワークに適用されています。802.11y 規格では、直交周波数分割多重 (OFDM) テクノロジを使用してさまざまな帯域幅オプションを提供し、迅速な帯域幅切り替えを実現できます。WLAN (ワイヤレス ローカル エリア ネットワーク) システムは、OFDM の特性を利用して、帯域幅と送信電力パラメーターを調整することで回避を回避できます。この周波数帯域で作業している他のユーザーに干渉します。光ファイバー無線システムは、光ファイバー通信の帯域幅が広く、無線通信の柔軟性が高いという利点があるため、広く普及しています。近年、無線周波数のコグニティブ WLAN 信号を光ファイバーで伝送することが注目を集めています。文献 [5-6] の著者は、ROF システム認知無線信号がアーキテクチャの下で送信されることを提案し、シミュレーション実験は、ネットワーク パフォーマンスが改善されたことを示しています。
2 ROFベースのハイブリッド光ファイバー無線伝送システムのアーキテクチャ
ビデオ伝送のマルチメディア サービスのニーズを満たすために、新たに登場した FFTH (Fiber to the Home) が究極のブロードバンド アクセス技術となり、パッシブ光ネットワーク (PON) が登場すると注目を集めています。アウト。PONネットワークで使用されるデバイスはパッシブデバイスであるため、電源を必要とせず、外部の電磁干渉や雷の影響を受けず、サービスの透過的な伝送を実現でき、システムの信頼性が高くなります。PON ネットワークには、主に時分割多重パッシブ光ネットワーク (TDM-PON) と波長分割多重パッシブ光ネットワーク (WDM-PON) があります。TDM-PON と比較して、WDM-PON はユーザー専用の帯域幅と高いセキュリティの特性を備えており、将来的に最も有望な光アクセス ネットワークになります。図 1 に WDM-PON システムのブロック図を示します。