Wraz z rozwojem sieci komunikacyjnych w kierunku łączności szerokopasmowej i mobilności, światłowodowy system komunikacji bezprzewodowej (ROF) integruje komunikację światłowodową i komunikację bezprzewodową, w pełni wykorzystując zalety łączy szerokopasmowych i przeciwzakłóceniowych linii światłowodowych, a także komunikację bezprzewodową .Wygodne i elastyczne funkcje zaspokajają zapotrzebowanie ludzi na łącza szerokopasmowe.Wczesna technologia ROF była przeznaczona głównie do świadczenia usług transmisji bezprzewodowej o wysokiej częstotliwości, takich jak transmisja światłowodowa na falach milimetrowych.Wraz z rozwojem i dojrzałością technologii ROF zaczęto badać hybrydowe przewodowe i bezprzewodowe sieci transmisyjne, czyli światłowodowe systemy komunikacji bezprzewodowej (ROF), które jednocześnie zapewniają usługi przewodowe i bezprzewodowe.Wraz z szybkim rozwojem łączności radiowej niedobór zasobów widma stał się coraz bardziej widoczny.Jak poprawić wykorzystanie widma w warunkach ograniczonych zasobów bezprzewodowych, aby złagodzić sprzeczność między podażą a popytem na zasoby widma, stało się problemem do rozwiązania w dziedzinie komunikacji.Radio kognitywne (CR) to inteligentna technologia współdzielenia widma.Może skutecznie poprawić wykorzystanie zasobów widma poprzez „wtórne wykorzystanie” autoryzowanego widma i stało się gorącym punktem badawczym w dziedzinie komunikacji.W bezprzewodowej sieci lokalnej 802.11 [1], sieci metropolitalnej 802.16 [2] i sieci komunikacji mobilnej 3G [3] rozpoczęto badanie zastosowania kognitywnej technologii radiowej w celu poprawy wydajności systemu i rozpoczęto badanie zastosowania Technologia ROF w celu osiągnięcia mieszanej transmisji różnych sygnałów biznesowych[4].Kognitywne światłowodowe bezprzewodowe sieci komunikacyjne, które przesyłają sygnały przewodowe i bezprzewodowe, są trendem rozwojowym przyszłych sieci komunikacyjnych.Hybrydowy system transmisyjny ROF oparty na kognitywnej technologii radiowej stawia czoła wielu nowym wyzwaniom, takim jak projektowanie architektury sieci, projektowanie protokołów warstwowych, generowanie przewodowych i bezprzewodowych sygnałów modulowanych w oparciu o wiele usług, zarządzanie siecią, identyfikacja sygnałów modulowanych.
1 Kognitywna technologia radiowa
Radio kognitywne to skuteczny sposób na rozwiązanie problemu braku widma i jego niepełnego wykorzystania.Cognitive radio to inteligentny system komunikacji bezprzewodowej.Wyczuwa wykorzystanie widma otaczającego środowiska i adaptacyjnie dostosowuje własne parametry poprzez uczenie się, aby osiągnąć efektywne wykorzystanie.Zasoby widma i niezawodna komunikacja.Zastosowanie radia kognitywnego jest kluczową technologią do realizacji zasobu widma od alokacji stałej do alokacji dynamicznej.W kognitywnym systemie radiowym, aby chronić uprawnionego użytkownika (lub stać się użytkownikiem głównym) przed zakłóceniami ze strony użytkownika podrzędnego (lub użytkownika CR), funkcją wykrywania widma jest wykrywanie, czy istnieje autoryzowany użytkownik.Użytkownicy radia kognitywnego mogą tymczasowo korzystać z pasma częstotliwości, gdy monitoruje się, że pasmo częstotliwości używane przez uprawnionego użytkownika nie jest używane.Gdy monitoruje się, że pasmo częstotliwości autoryzowanego użytkownika jest w użyciu, użytkownik CR udostępnia kanał autoryzowanemu użytkownikowi, zapewniając w ten sposób, że użytkownik CR nie będzie zakłócał pracy autoryzowanego użytkownika.Dlatego bezprzewodowa sieć komunikacyjna kognitywna ma następujące istotne cechy: (1) Główny użytkownik ma bezwzględne pierwszeństwo w dostępie do kanału.Z jednej strony, gdy autoryzowany użytkownik nie zajmuje kanału, drugorzędny użytkownik ma możliwość dostępu do nieużywanego kanału;kiedy główny użytkownik pojawi się ponownie, drugorzędny użytkownik powinien opuścić używany kanał na czas i zwrócić kanał głównemu użytkownikowi.Z drugiej strony, gdy użytkownik główny zajmuje kanał, użytkownik podrzędny może uzyskać dostęp do kanału bez wpływu na jakość usług użytkownika głównego.(2) Terminal komunikacyjny CR ma funkcje percepcji, zarządzania i regulacji.Po pierwsze, terminal komunikacyjny CR może odbierać widmo częstotliwości i środowisko kanałów w środowisku pracy oraz określać współdzielenie i alokację zasobów widma zgodnie z określonymi zasadami zgodnie z wynikami wykrywania;z drugiej strony terminal komunikacyjny CR ma możliwość dostosowania parametrów pracy online, takich jak zmiana parametrów transmisji, takich jak częstotliwość nośna i sposób modulacji, mogą dostosowywać się do zmian w środowisku.W kognitywnych sieciach komunikacji bezprzewodowej wykrywanie widma jest kluczową technologią.Powszechnie stosowane algorytmy wykrywania widma obejmują wykrywanie energii, wykrywanie dopasowanego filtra i metody wykrywania cech cyklostacjonarnych.Metody te mają swoje zalety i wady.Wydajność tych algorytmów zależy od uzyskanych wcześniej informacji.Istniejące algorytmy wykrywania widma to: filtry dopasowane, detektor energii i detektor cech.Dopasowany filtr można zastosować tylko wtedy, gdy znany jest główny sygnał.Detektor energii może być zastosowany w sytuacji, gdy sygnał główny jest nieznany, ale jego działanie pogarsza się przy zastosowaniu krótkiego czasu detekcji.Ponieważ główną ideą detektora cech jest wykorzystanie cyklostacjonarności sygnału do wykrywania poprzez funkcję korelacji widmowej.Szum jest szerokim sygnałem stacjonarnym i nie ma korelacji, podczas gdy sygnał modulowany jest skorelowany i cyklostacjonarny.Dlatego funkcja korelacji widmowej może rozróżnić energię szumu i energię modulowanego sygnału.W środowisku z niepewnym szumem wydajność detektora cech jest lepsza niż detektora energii.Wydajność detektora cech przy niskim stosunku sygnału do szumu jest ograniczona, ma dużą złożoność obliczeniową i wymaga długiego czasu obserwacji.Zmniejsza to przepustowość danych systemu CR.Wraz z rozwojem technologii komunikacji bezprzewodowej zasoby widma stają się coraz bardziej napięte.Ponieważ technologia CR może złagodzić ten problem, zwrócono uwagę na technologię CR w sieciach komunikacji bezprzewodowej, a wiele standardów sieci komunikacji bezprzewodowej wprowadziło kognitywną technologię radiową.Takich jak IEEE 802.11, IEEE 802.22 i IEEE 802.16h.Umowa 802.16h zawiera ważną treść dotyczącą dynamicznego wyboru widma, aby ułatwić WiMAX korzystanie z pasm częstotliwości radiowych i telewizyjnych, a jej podstawą jest technologia wykrywania widma.W międzynarodowym standardzie IEEE 802.11h dla bezprzewodowych sieci lokalnych wprowadzono dwie ważne koncepcje: dynamiczny wybór widma (DFS) i sterowanie mocą transmisji (TPC), a do bezprzewodowych sieci lokalnych zastosowano radio kognitywne.W standardzie 802.11y technologia multipleksowania z ortogonalnym podziałem częstotliwości (OFDM) jest używana w celu zapewnienia różnych opcji przepustowości, co umożliwia szybkie przełączanie przepustowości.Systemy WLAN (bezprzewodowa sieć lokalna) mogą wykorzystywać właściwości OFDM, aby uniknąć unikania, dostosowując przepustowość i parametry mocy nadawania.Zakłócać pracę innych użytkowników pracujących w tym paśmie częstotliwości.Ponieważ bezprzewodowy system światłowodowy ma zalety szerokiej przepustowości komunikacji światłowodowej i elastycznych właściwości komunikacji bezprzewodowej, był szeroko stosowany.W ostatnich latach zwrócono uwagę na transmisję kognitywnych sygnałów WLAN o częstotliwości radiowej w światłowodzie.Autor literatury [5-6] zaproponował, aby w systemie ROF kognitywne sygnały radiowe transmitowane były w ramach architektury, a eksperymenty symulacyjne pokazują, że wydajność sieci uległa poprawie.
2 Hybrydowa architektura bezprzewodowego systemu transmisji światłowodowej oparta na technologii ROF
W celu zaspokojenia potrzeb usług multimedialnych w zakresie transmisji wideo, pojawiająca się technologia „Fibre-to-the-home” (FFTH) stanie się najlepszą technologią dostępu szerokopasmowego, a pasywna sieć optyczna (PON) stanie się przedmiotem zainteresowania, gdy tylko pojawi się na zewnątrz.Ponieważ urządzenia stosowane w sieci PON są urządzeniami pasywnymi, nie wymagają zasilania, są odporne na wpływ zewnętrznych zakłóceń elektromagnetycznych i wyładowań atmosferycznych, osiągają przejrzystą transmisję usług oraz charakteryzują się wysoką niezawodnością systemu.Sieci PON obejmują głównie pasywne sieci optyczne z multipleksowaniem z podziałem czasu (TDM-PON) i pasywne sieci optyczne z multipleksowaniem z podziałem długości fal (WDM-PON).W porównaniu z TDM-PON, WDM-PON charakteryzuje się wyłączną dla użytkownika przepustowością i wysokim poziomem bezpieczeństwa, stając się najbardziej potencjalną optyczną siecią dostępową w przyszłości.Na rysunku 1 przedstawiono schemat blokowy systemu WDM-PON.