Z razvojem komunikacijskih omrežij v smeri širokopasovnosti in mobilnosti sistem za brezžično komunikacijo z optičnimi vlakni (ROF) združuje komunikacijo z optičnimi vlakni in brezžično komunikacijo, s čimer v celoti izkoristi prednosti širokopasovne povezave in zaščite pred motnjami linij iz optičnih vlaken ter brezžične komunikacije .Priročne in prilagodljive funkcije izpolnjujejo povpraševanje ljudi po širokopasovnih povezavah.Zgodnja tehnologija ROF je bila v glavnem namenjena zagotavljanju visokofrekvenčnih storitev brezžičnega prenosa, kot je prenos po optičnih vlaknih z milimetrskimi valovi.Z razvojem in zrelostjo tehnologije ROF so ljudje začeli preučevati hibridna žična in brezžična prenosna omrežja, to je brezžične komunikacijske sisteme z optičnimi vlakni (ROF), ki hkrati zagotavljajo žične in brezžične storitve.S hitrim razvojem radijskih komunikacij postaja pomanjkanje virov spektra vedno bolj izrazito.Kako izboljšati uporabo spektra v pogojih omejenih brezžičnih virov, da bi ublažili protislovje med ponudbo in povpraševanjem po spektralnih virih, je postal problem, ki ga je treba rešiti na komunikacijskem področju.Kognitivni radio (CR) je inteligentna tehnologija za deljenje spektra.Lahko učinkovito izboljša uporabo virov spektra s "sekundarno uporabo" pooblaščenega spektra in je postal raziskovalna vroča točka na področju komunikacij.V brezžičnem lokalnem omrežju 802.11 [1], metropolitanskem omrežju 802.16 [2] in mobilnem komunikacijskem omrežju 3G [3] so začeli preučevati uporabo kognitivne radijske tehnologije za izboljšanje zmogljivosti sistema in začeli preučevati uporabo Tehnologija ROF za doseganje mešanega prenosa različnih poslovnih signalov[4].Kognitivna radijska brezžična komunikacijska omrežja z optičnimi vlakni, ki prenašajo žične in brezžične signale, so trend razvoja prihodnjih komunikacijskih omrežij.Hibridni prenosni sistem ROF, ki temelji na kognitivni radijski tehnologiji, se sooča s številnimi novimi izzivi, kot so načrtovanje omrežne arhitekture, načrtovanje slojnega protokola, generiranje žičnih in brezžičnih moduliranih signalov na podlagi več storitev, upravljanje omrežja in identifikacija moduliranih signalov.
1 Kognitivna radijska tehnologija
Kognitivni radio je učinkovit način za reševanje pomanjkanja spektra in premajhne izkoriščenosti spektra.Kognitivni radio je inteligenten brezžični komunikacijski sistem.Zaznava izkoriščenost spektra okoliškega okolja in prilagodi lastne parametre z učenjem, da doseže učinkovito izrabo.Viri spektra in zanesljiva komunikacija.Uporaba kognitivnega radia je ključna tehnologija za realizacijo spektrskega vira od fiksne do dinamične dodelitve.V kognitivnem radijskem sistemu je za zaščito pooblaščenega uporabnika (ali postane glavni uporabnik) pred motnjami podrejenega uporabnika (ali uporabnika CR) funkcija zaznavanja spektra zaznati, ali pooblaščeni uporabnik obstaja.Uporabniki kognitivnega radia lahko začasno uporabljajo frekvenčni pas, ko se ugotovi, da se frekvenčni pas, ki ga uporablja pooblaščeni uporabnik, ne uporablja.Ko se spremlja, da je frekvenčni pas pooblaščenega uporabnika v uporabi, uporabnik CR sprosti kanal pooblaščenemu uporabniku in tako zagotovi, da uporabnik CR ne moti pooblaščenega uporabnika.Zato ima kognitivno brezžično komunikacijsko omrežje naslednje glavne značilnosti: (1) Primarni uporabnik ima absolutno prednost pri dostopu do kanala.Po eni strani, ko pooblaščeni uporabnik ne zaseda kanala, ima sekundarni uporabnik možnost dostopa do nedejavnega kanala;ko se primarni uporabnik ponovno pojavi, mora sekundarni uporabnik pravočasno zapustiti uporabljeni kanal in vrniti kanal primarnemu uporabniku.Po drugi strani pa, ko glavni uporabnik zasede kanal, lahko podrejeni uporabnik dostopa do kanala, ne da bi to vplivalo na kakovost storitve glavnega uporabnika.(2) Komunikacijski terminal CR ima funkcije zaznavanja, upravljanja in prilagajanja.Prvič, komunikacijski terminal CR lahko zazna frekvenčni spekter in kanalsko okolje v delovnem okolju ter določi skupno rabo in dodelitev virov spektra v skladu z določenimi pravili glede na rezultate zaznavanja;po drugi strani pa ima komunikacijski terminal CR možnost prilagajanja delovnih parametrov na spletu, kot je spreminjanje parametrov prenosa, kot sta nosilna frekvenca in metoda modulacije, se lahko prilagajajo spremembam v okolju.V kognitivnih brezžičnih komunikacijskih omrežjih je zaznavanje spektra ključna tehnologija.Običajno uporabljeni algoritmi za zaznavanje spektra vključujejo zaznavanje energije, zaznavanje usklajenega filtra in metode zaznavanja ciklostacionarnih značilnosti.Te metode imajo svoje prednosti in slabosti.Delovanje teh algoritmov je odvisno od predhodno pridobljenih informacij.Obstoječi algoritmi za zaznavanje spektra so: usklajeni filter, detektor energije in metode detektorja lastnosti.Ujemanje filtra se lahko uporabi le, če je znan glavni signal.Detektor energije je mogoče uporabiti v primeru, ko je glavni signal neznan, vendar se njegova učinkovitost poslabša, ko se uporabi kratek čas zaznavanja.Ker je glavna ideja detektorja značilnosti uporaba ciklostacionarnosti signala za zaznavanje s spektralno korelacijsko funkcijo.Šum je širok stacionaren signal in nima korelacije, medtem ko je moduliran signal koreliran in ciklostacionaren.Zato lahko spektralna korelacijska funkcija loči energijo šuma in energijo moduliranega signala.V okolju z negotovim hrupom je delovanje detektorja značilnosti boljše od delovanja detektorja energije.Zmogljivost detektorja značilnosti pri nizkem razmerju med signalom in šumom je omejena, ima visoko računsko zapletenost in zahteva dolg čas opazovanja.To zmanjša prepustnost podatkov sistema CR.Z razvojem brezžične komunikacijske tehnologije postajajo viri spektra vedno bolj napeti.Ker lahko tehnologija CR ublaži to težavo, je bila tehnologija CR deležna pozornosti v brezžičnih komunikacijskih omrežjih in številni standardi brezžičnih komunikacijskih omrežij so uvedli kognitivno radijsko tehnologijo.Kot so IEEE 802.11, IEEE 802.22 in IEEE 802.16h.V sporazumu 802.16h je pomembna vsebina dinamične izbire spektra, ki omogoča WiMAX-ovo uporabo radijskih in televizijskih frekvenčnih pasov, njegova osnova pa je tehnologija zaznavanja spektra.V mednarodnem standardu IEEE 802.11h za brezžična lokalna omrežja sta bila uvedena dva pomembna koncepta: dinamična izbira spektra (DFS) in nadzor moči oddajanja (TPC), kognitivni radio pa je bil uporabljen za brezžična lokalna omrežja.V standardu 802.11y se tehnologija ortogonalnega frekvenčnega multipleksiranja (OFDM) uporablja za zagotavljanje različnih možnosti pasovne širine, ki lahko dosežejo hitro preklapljanje pasovne širine.Sistemi WLAN (brezžično lokalno omrežje) lahko izkoristijo značilnosti OFDM, da se izognejo izogibanju s prilagajanjem parametrov pasovne širine in moči prenosa.Motenje drugih uporabnikov, ki delajo v tem frekvenčnem pasu.Ker ima brezžični sistem z optičnimi vlakni prednosti široke pasovne širine komunikacije z optičnimi vlakni in prilagodljive značilnosti brezžične komunikacije, se pogosto uporablja.V zadnjih letih je pozornost pritegnil prenos radiofrekvenčnih kognitivnih signalov WLAN v optičnih vlaknih.Avtor literature [5-6] je predlagal, da se kognitivni radijski signali sistema ROF prenašajo pod arhitekturo, simulacijski poskusi pa kažejo, da je bila zmogljivost omrežja izboljšana.
2 Hibridna arhitektura brezžičnega prenosnega sistema z optičnimi vlakni, ki temelji na ROF
Da bi izpolnili potrebe večpredstavnostnih storitev za prenos videa, bo nastajajoča optična vlakna do doma (FFTH) postala ultimativna tehnologija širokopasovnega dostopa, pasivno optično omrežje (PON) pa je postalo središče pozornosti, ko bo prišlo ven.Ker so naprave, ki se uporabljajo v omrežju PON, pasivne naprave, ne potrebujejo napajanja, so lahko imune na vplive zunanjih elektromagnetnih motenj in strele, omogočajo pregleden prenos storitev in imajo visoko zanesljivost sistema.Omrežja PON vključujejo predvsem pasivna optična omrežja s časovnim multipleksiranjem (TDM-PON) in pasivna optična omrežja s multipleksiranjem po valovnih dolžinah (WDM-PON).V primerjavi s TDM-PON ima WDM-PON značilnosti pasovne širine, ki je izključno za uporabnika, in visoke varnosti ter tako postane najbolj potencialno optično dostopovno omrežje v prihodnosti.Slika 1 prikazuje blokovni diagram sistema WDM-PON.