Với sự phát triển của mạng truyền thông theo hướng băng thông rộng và di động, hệ thống truyền thông không dây cáp quang (ROF) tích hợp truyền thông sợi quang và truyền thông không dây, phát huy hết ưu điểm của băng thông rộng và khả năng chống nhiễu của đường truyền cáp quang, cũng như truyền thông không dây .Các tính năng tiện lợi, linh hoạt đáp ứng nhu cầu sử dụng băng thông rộng của người dân.Công nghệ ROF ban đầu chủ yếu dành riêng cho việc cung cấp các dịch vụ truyền dẫn không dây tần số cao, chẳng hạn như truyền dẫn cáp quang sóng milimet.Với sự phát triển và trưởng thành của công nghệ ROF, mọi người bắt đầu nghiên cứu các mạng truyền dẫn không dây và có dây kết hợp, tức là các hệ thống truyền thông không dây bằng sợi quang (ROF) cung cấp dịch vụ có dây và không dây cùng một lúc.Với sự phát triển nhanh chóng của thông tin liên lạc vô tuyến, sự thiếu hụt tài nguyên phổ ngày càng trở nên nổi bật.Làm thế nào để cải thiện việc sử dụng phổ trong điều kiện tài nguyên không dây hạn chế để giảm bớt mâu thuẫn giữa cung và cầu tài nguyên phổ đã trở thành một vấn đề cần giải quyết trong lĩnh vực truyền thông.Vô tuyến nhận thức (CR) là một công nghệ chia sẻ phổ thông minh.Nó có thể cải thiện hiệu quả việc sử dụng tài nguyên phổ tần thông qua “việc sử dụng thứ cấp” của phổ tần được ủy quyền và đã trở thành điểm nóng nghiên cứu trong lĩnh vực truyền thông.Trong mạng cục bộ không dây 802.11 [1], mạng khu vực đô thị 802.16 [2] và mạng thông tin di động 3G [3] đã bắt đầu nghiên cứu ứng dụng công nghệ vô tuyến nhận thức để cải thiện dung lượng của hệ thống và bắt đầu nghiên cứu ứng dụng của Công nghệ ROF để đạt được truyền hỗn hợp các tín hiệu kinh doanh khác nhau [4].Các mạng truyền thông không dây sợi quang dựa trên vô tuyến nhận thức truyền tín hiệu có dây và không dây là xu hướng phát triển của các mạng truyền thông trong tương lai.Hệ thống ROF truyền dẫn hỗn hợp dựa trên công nghệ vô tuyến nhận thức phải đối mặt với nhiều thách thức mới, chẳng hạn như thiết kế kiến trúc mạng, thiết kế giao thức lớp, tạo tín hiệu điều chế có dây và không dây dựa trên nhiều dịch vụ, quản lý mạng và nhận dạng tín hiệu điều chế.
1 Công nghệ vô tuyến nhận thức
Vô tuyến nhận thức là một cách hiệu quả để giải quyết tình trạng thiếu phổ tần và sử dụng không đúng mức phổ tần.Vô tuyến nhận thức là một hệ thống thông tin liên lạc không dây thông minh.Nó cảm nhận việc sử dụng phổ của môi trường xung quanh và điều chỉnh các thông số của chính nó một cách thích ứng thông qua học tập để đạt được hiệu quả sử dụng.Tài nguyên quang phổ và thông tin liên lạc đáng tin cậy.Việc áp dụng vô tuyến nhận thức là một công nghệ chính để nhận ra tài nguyên phổ từ phân bổ cố định sang phân bổ động.Trong hệ thống vô tuyến nhận thức, để bảo vệ người dùng được ủy quyền (hoặc trở thành người dùng chính) khỏi nhiễu từ người dùng phụ (hoặc người dùng CR), chức năng của cảm biến phổ là nhận biết liệu người dùng được ủy quyền có tồn tại hay không.Người dùng bộ đàm nhận thức có thể tạm thời sử dụng băng tần khi được giám sát rằng băng tần do người dùng được ủy quyền sử dụng không được sử dụng.Khi theo dõi băng tần của người dùng được ủy quyền đang được sử dụng, người dùng CR sẽ giải phóng kênh cho người dùng được ủy quyền, do đó đảm bảo rằng người dùng CR không can thiệp vào người dùng được ủy quyền.Do đó, mạng truyền thông không dây nhận thức có các đặc điểm nổi bật sau: (1) Người dùng chính có quyền ưu tiên tuyệt đối để truy cập kênh.Một mặt, khi người dùng được ủy quyền không chiếm kênh, người dùng thứ cấp có cơ hội truy cập kênh nhàn rỗi;khi người dùng chính xuất hiện lại, người dùng phụ phải thoát khỏi kênh đang sử dụng kịp thời và trả lại kênh cho người dùng chính.Mặt khác, khi người dùng chính chiếm kênh, người dùng phụ có thể truy cập kênh mà không ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ của người dùng chính.(2) Thiết bị đầu cuối giao tiếp CR có các chức năng nhận biết, quản lý và điều chỉnh.Đầu tiên, thiết bị đầu cuối truyền thông CR có thể cảm nhận được phổ tần số và môi trường kênh trong môi trường làm việc, đồng thời xác định việc chia sẻ và phân bổ tài nguyên phổ theo các quy tắc nhất định theo kết quả phát hiện;mặt khác, thiết bị đầu cuối giao tiếp CR có khả năng điều chỉnh các tham số làm việc trực tuyến, chẳng hạn như thay đổi Các tham số truyền dẫn như tần số sóng mang và phương pháp điều chế có thể thích ứng với những thay đổi của môi trường.Trong các mạng truyền thông không dây nhận thức, cảm biến quang phổ là một công nghệ then chốt.Các thuật toán cảm biến phổ thường được sử dụng bao gồm phát hiện năng lượng, phát hiện bộ lọc phù hợp và các phương pháp phát hiện tính năng chu kỳ.Những phương pháp này có ưu điểm và nhược điểm riêng.Hiệu suất của các thuật toán này phụ thuộc vào thông tin thu được trước đó.Các thuật toán cảm biến phổ hiện có là: bộ lọc phù hợp, bộ dò năng lượng và phương pháp dò đặc trưng.Bộ lọc phù hợp chỉ có thể được áp dụng khi biết tín hiệu chính.Máy dò năng lượng có thể được áp dụng cho tình huống không xác định được tín hiệu chính, nhưng hiệu suất của nó sẽ kém đi khi sử dụng thời gian cảm biến ngắn.Bởi vì ý tưởng chính của bộ dò tìm đặc trưng là sử dụng tính chu kỳ của tín hiệu để phát hiện thông qua hàm tương quan phổ.Nhiễu là tín hiệu cố định rộng và không có mối tương quan, trong khi tín hiệu được điều chế có tương quan và tĩnh theo chu kỳ.Do đó, hàm tương quan phổ có thể phân biệt năng lượng của nhiễu và năng lượng của tín hiệu điều chế.Trong môi trường có tiếng ồn không chắc chắn, hiệu suất của bộ phát hiện tính năng tốt hơn hiệu suất của bộ phát hiện năng lượng.Hiệu suất của bộ phát hiện tính năng trong điều kiện tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm thấp bị hạn chế, có độ phức tạp tính toán cao và yêu cầu thời gian quan sát lâu.Điều này làm giảm thông lượng dữ liệu của hệ thống CR.Với sự phát triển của công nghệ truyền thông không dây, tài nguyên phổ ngày càng trở nên căng thẳng.Vì công nghệ CR có thể giảm bớt vấn đề này nên công nghệ CR đã được chú ý đến trong các mạng truyền thông không dây và nhiều tiêu chuẩn mạng truyền thông không dây đã giới thiệu công nghệ vô tuyến nhận thức.Chẳng hạn như IEEE 802.11, IEEE 802.22 và IEEE 802.16h.Trong thỏa thuận 802.16h có một nội dung quan trọng là lựa chọn phổ động để tạo thuận lợi cho WiMAX sử dụng các dải tần số vô tuyến và truyền hình, và nền tảng của nó là công nghệ cảm nhận phổ.Trong tiêu chuẩn quốc tế IEEE 802.11h dành cho mạng cục bộ không dây, hai khái niệm quan trọng đã được giới thiệu: lựa chọn phổ động (DFS) và điều khiển công suất truyền (TPC) và vô tuyến nhận thức đã được áp dụng cho mạng cục bộ không dây.Trong tiêu chuẩn 802.11y, công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) được sử dụng để cung cấp nhiều tùy chọn băng thông khác nhau, có thể chuyển đổi băng thông nhanh chóng.Các hệ thống WLAN (mạng cục bộ không dây) có thể tận dụng các đặc điểm của OFDM để tránh né tránh bằng cách điều chỉnh các tham số băng thông và công suất truyền.Cản trở những người dùng khác đang làm việc trong băng tần này.Do hệ thống không dây sợi quang có ưu điểm là băng thông truyền thông sợi quang rộng và các đặc tính linh hoạt của truyền thông không dây nên nó đã được sử dụng rộng rãi.Trong những năm gần đây, việc truyền tín hiệu WLAN nhận thức tần số vô tuyến trong sợi quang đã thu hút sự chú ý.Tác giả của tài liệu [5-6] đã đề xuất rằng tín hiệu vô tuyến nhận thức của hệ thống ROF được truyền theo kiến trúc và các thử nghiệm mô phỏng cho thấy hiệu suất mạng đã được cải thiện.
2 Kiến trúc hệ thống truyền dẫn không dây sợi quang lai dựa trên ROF
Để đáp ứng nhu cầu của các dịch vụ đa phương tiện để truyền video, cáp quang tới nhà (FFTH) mới nổi sẽ trở thành công nghệ truy cập băng thông rộng cuối cùng và mạng quang thụ động (PON) đã trở thành tâm điểm chú ý khi xuất hiện. ngoài.Do các thiết bị được sử dụng trong mạng PON là thiết bị thụ động nên chúng không cần nguồn điện, có thể miễn nhiễm với ảnh hưởng của nhiễu điện từ bên ngoài và sét, có thể truyền dịch vụ trong suốt và có độ tin cậy hệ thống cao.Mạng PON chủ yếu bao gồm mạng quang thụ động ghép kênh phân chia thời gian (TDM-PON) và mạng quang thụ động ghép kênh phân chia bước sóng (WDM-PON).So với TDM-PON, WDM-PON có các đặc điểm về băng thông dành riêng cho người dùng và tính bảo mật cao, trở thành mạng truy cập quang tiềm năng nhất trong tương lai.Hình 1 cho thấy sơ đồ khối của hệ thống WDM-PON.