مع تطور شبكات الاتصالات نحو النطاق العريض والتنقل، يدمج نظام الاتصالات اللاسلكية بالألياف الضوئية (ROF) اتصالات الألياف الضوئية والاتصالات اللاسلكية، مما يتيح الفرصة الكاملة لمزايا النطاق العريض ومقاومة تداخل خطوط الألياف الضوئية، فضلاً عن الاتصالات اللاسلكية. . تلبي الميزات المريحة والمرنة طلب الأشخاص على النطاق العريض. كانت تقنية ROF المبكرة مخصصة بشكل أساسي لتوفير خدمات نقل لاسلكية عالية التردد، مثل نقل الألياف الضوئية بموجة ملليمترية. مع تطور ونضج تقنية ROF، بدأ الناس في دراسة شبكات النقل السلكية واللاسلكية الهجينة، أي أنظمة الاتصالات اللاسلكية بالألياف الضوئية (ROF) التي توفر خدمات سلكية ولاسلكية في نفس الوقت. مع التطور السريع للاتصالات الراديوية، أصبح النقص في موارد الطيف أكثر وضوحا. أصبحت كيفية تحسين استخدام الطيف في ظل الموارد اللاسلكية المحدودة للتخفيف من التناقض بين العرض والطلب على موارد الطيف مشكلة يجب حلها في مجال الاتصالات. الراديو المعرفي (CR) هو تقنية ذكية لتقاسم الطيف. ويمكنه تحسين استخدام موارد الطيف بشكل فعال من خلال "الاستخدام الثانوي" للطيف المصرح به، وقد أصبح نقطة ساخنة للأبحاث في مجال الاتصالات. في الشبكة المحلية اللاسلكية 802.11 [1]، بدأت شبكة المنطقة الحضرية 802.16 [2] وشبكة الاتصالات المتنقلة 3G [3] في دراسة تطبيق تكنولوجيا الراديو المعرفية لتحسين قدرة النظام، وبدأت في دراسة تطبيق تقنية ROF لتحقيق نقل مختلط لإشارات الأعمال المختلفة[4]. تعد شبكات الاتصالات اللاسلكية بالألياف الضوئية المعرفية القائمة على الراديو والتي تنقل الإشارات السلكية واللاسلكية هي اتجاه تطوير شبكات الاتصالات المستقبلية. يواجه نظام ROF للإرسال الهجين القائم على تقنية الراديو المعرفية العديد من التحديات الجديدة، مثل تصميم بنية الشبكة، وتصميم بروتوكول الطبقة، وتوليد الإشارات السلكية واللاسلكية المعدلة بناءً على خدمات متعددة، وإدارة الشبكة، وتحديد الإشارات المعدلة.
1 تكنولوجيا الراديو المعرفية
يعد الراديو المعرفي وسيلة فعالة لحل مشكلة نقص الطيف ونقص استخدام الطيف. الراديو المعرفي هو نظام اتصالات لاسلكي ذكي. فهو يستشعر استخدام الطيف للبيئة المحيطة ويضبط المعلمات الخاصة به بشكل تكيفي من خلال التعلم لتحقيق الاستخدام الفعال. موارد الطيف والاتصالات الموثوقة. يعد تطبيق الراديو المعرفي تقنية أساسية لتحقيق مورد الطيف من التخصيص الثابت إلى التخصيص الديناميكي. في نظام الراديو الإدراكي، من أجل حماية مستخدم مرخص له (أو أن يصبح مستخدمًا رئيسيًا) من التداخل من مستخدم تابع (أو مستخدم CR)، تتمثل وظيفة استشعار الطيف في إدراك ما إذا كان هناك مستخدم مرخص له أم لا. يمكن لمستخدمي الراديو الإدراكي استخدام نطاق التردد مؤقتًا عندما يتم مراقبة عدم استخدام نطاق التردد الذي يستخدمه المستخدم المصرح له. عندما يتم مراقبة نطاق التردد الخاص بالمستخدم المرخص له قيد الاستخدام، يقوم مستخدم السجل التجاري بتحرير القناة إلى المستخدم المصرح له، وبالتالي ضمان عدم تداخل مستخدم السجل التجاري مع المستخدم المصرح له. لذلك، تتمتع شبكة الاتصالات اللاسلكية المعرفية بالميزات البارزة التالية: (1) يتمتع المستخدم الأساسي بالأولوية المطلقة للوصول إلى القناة. من ناحية، عندما لا يشغل المستخدم المصرح له القناة، يكون لدى المستخدم الثانوي الفرصة للوصول إلى القناة الخاملة؛ عندما يظهر المستخدم الأساسي مرة أخرى، يجب على المستخدم الثانوي الخروج من القناة المستخدمة في الوقت المناسب وإعادة القناة إلى المستخدم الأساسي. من ناحية أخرى، عندما يشغل المستخدم الرئيسي القناة، يمكن للمستخدم التابع الوصول إلى القناة دون التأثير على جودة الخدمة للمستخدم الرئيسي. (2) تتمتع محطة اتصالات CR بوظائف الإدراك والإدارة والتعديل. أولاً، يمكن لمحطة اتصالات CR إدراك طيف التردد وبيئة القناة في بيئة العمل، وتحديد تقاسم وتخصيص موارد الطيف وفقًا لقواعد معينة وفقًا لنتائج الكشف؛ من ناحية أخرى، تتمتع محطة اتصالات CR بالقدرة على ضبط معلمات العمل عبر الإنترنت، مثل تغيير معلمات الإرسال مثل تردد الناقل وطريقة التعديل التي يمكن أن تتكيف مع التغيرات في البيئة. في شبكات الاتصالات اللاسلكية المعرفية، يعد استشعار الطيف تقنية أساسية. تتضمن خوارزميات استشعار الطيف شائعة الاستخدام اكتشاف الطاقة، والكشف عن المرشح المطابق، وطرق اكتشاف الميزات الثابتة الدائرية. هذه الأساليب لها مزاياها وعيوبها. يعتمد أداء هذه الخوارزميات على المعلومات المسبقة التي تم الحصول عليها. خوارزميات استشعار الطيف الحالية هي: طريقة المرشح المطابق، وكاشف الطاقة، وكاشف الميزات. لا يمكن تطبيق المرشح المطابق إلا عندما تكون الإشارة الرئيسية معروفة. يمكن تطبيق كاشف الطاقة على الحالة التي تكون فيها الإشارة الرئيسية غير معروفة، لكن أدائه يتدهور عند استخدام وقت استشعار قصير. لأن الفكرة الرئيسية لكاشف الميزة هي استخدام الثبات الدوراني للإشارة للكشف من خلال وظيفة الارتباط الطيفي. الضوضاء هي إشارة ثابتة واسعة وليس لها أي ارتباط، في حين أن الإشارة المضمنة مترابطة وثابتة. ولذلك، يمكن لوظيفة الارتباط الطيفي التمييز بين طاقة الضوضاء وطاقة الإشارة المضمنة. في بيئة ذات ضوضاء غير مؤكدة، يكون أداء كاشف الميزات أفضل من أداء كاشف الطاقة. أداء كاشف الميزات في ظل نسبة الإشارة إلى الضوضاء المنخفضة محدود، وله تعقيد حسابي عالي، ويتطلب وقت مراقبة طويل. وهذا يقلل من إنتاجية البيانات لنظام CR. مع تطور تكنولوجيا الاتصالات اللاسلكية، أصبحت موارد الطيف أكثر توتراً. نظرًا لأن تقنية CR يمكن أن تخفف من هذه المشكلة، فقد تم الاهتمام بتكنولوجيا CR في شبكات الاتصالات اللاسلكية، وقد أدخلت العديد من معايير شبكات الاتصالات اللاسلكية تقنية الراديو المعرفية. مثل IEEE 802.11 وIEEE 802.22 وIEEE 802.16h. في اتفاقية 802.16h، يوجد محتوى مهم لاختيار الطيف الديناميكي لتسهيل استخدام WiMAX لنطاقات التردد الراديوي والتلفزيوني، وأساسها هو تكنولوجيا استشعار الطيف. في المعيار الدولي IEEE 802.11h لشبكات المنطقة المحلية اللاسلكية، تم تقديم مفهومين مهمين: اختيار الطيف الديناميكي (DFS) والتحكم في قدرة الإرسال (TPC)، وتم تطبيق الراديو المعرفي على شبكات المنطقة المحلية اللاسلكية. في معيار 802.11y، يتم استخدام تقنية تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد (OFDM) لتوفير مجموعة متنوعة من خيارات عرض النطاق الترددي، والتي يمكن أن تحقق تبديل عرض النطاق الترددي السريع. يمكن لأنظمة WLAN (الشبكة المحلية اللاسلكية) الاستفادة من خصائص OFDM لتجنب التجنب عن طريق ضبط عرض النطاق الترددي ومعلمات طاقة الإرسال. تتداخل مع المستخدمين الآخرين الذين يعملون في نطاق التردد هذا. نظرًا لأن النظام اللاسلكي للألياف الضوئية يتمتع بمزايا النطاق الترددي الواسع لاتصالات الألياف الضوئية والخصائص المرنة للاتصالات اللاسلكية، فقد تم استخدامه على نطاق واسع. في السنوات الأخيرة، جذب إرسال إشارات WLAN المعرفية ذات الترددات الراديوية في الألياف الضوئية الانتباه. اقترح مؤلف الأدبيات [5-6] أن إشارات الراديو الإدراكية لنظام ROF يتم إرسالها ضمن البنية، وتظهر تجارب المحاكاة أن أداء الشبكة قد تحسن.
2 بنية نظام نقل لاسلكي من الألياف الضوئية الهجينة القائمة على ROF
من أجل تلبية احتياجات خدمات الوسائط المتعددة لنقل الفيديو، ستصبح شبكة الألياف الضوئية إلى المنزل (FFTH) الناشئة هي تقنية الوصول إلى النطاق العريض المطلق، وأصبحت الشبكة الضوئية المنفعلة (PON) محور الاهتمام بمجرد ظهورها خارج. نظرًا لأن الأجهزة المستخدمة في شبكة PON هي أجهزة سلبية، فهي لا تحتاج إلى مصدر طاقة، ويمكن أن تكون محصنة ضد تأثير التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي والبرق، ويمكنها تحقيق نقل شفاف للخدمات، وتتمتع بموثوقية عالية للنظام. تشتمل شبكات PON بشكل أساسي على الشبكات الضوئية المنفعلة بتقسيم الزمن (TDM-PON) والشبكات الضوئية المنفعلة بتقسيم الطول الموجي (WDM-PON). بالمقارنة مع TDM-PON، تتميز WDM-PON بخصائص النطاق الترددي الحصري للمستخدم والأمان العالي، لتصبح شبكة الوصول البصري الأكثر احتمالية في المستقبل. يوضح الشكل 1 الرسم التخطيطي لنظام WDM-PON.