Avec le développement des réseaux de communication vers le haut débit et la mobilité, le système de communication sans fil à fibre optique (ROF) intègre la communication par fibre optique et la communication sans fil, mettant pleinement en valeur les avantages du haut débit et de l'anti-interférence des lignes à fibre optique, ainsi que de la communication sans fil. . Des fonctionnalités pratiques et flexibles répondent à la demande des utilisateurs en matière de haut débit. La première technologie ROF était principalement dédiée à la fourniture de services de transmission sans fil haute fréquence, tels que la transmission par fibre optique à ondes millimétriques. Avec le développement et la maturité de la technologie ROF, les gens ont commencé à étudier les réseaux de transmission hybrides filaires et sans fil, c'est-à-dire les systèmes de communication sans fil à fibre optique (ROF) qui fournissent des services filaires et sans fil en même temps. Avec le développement rapide des communications radio, la pénurie de ressources spectrales est devenue de plus en plus importante. Comment améliorer l'utilisation du spectre dans des conditions de ressources sans fil limitées pour atténuer la contradiction entre l'offre et la demande de ressources spectrales est devenu un problème à résoudre dans le domaine des communications. La radio cognitive (CR) est une technologie intelligente de partage de spectre. Il peut améliorer efficacement l'utilisation des ressources du spectre grâce à « l'utilisation secondaire » du spectre autorisé et est devenu un point chaud de la recherche dans le domaine des communications. Dans le réseau local sans fil 802.11 [1], le réseau métropolitain 802.16 [2] et le réseau de communication mobile 3G [3] ont commencé à étudier l'application de la technologie radio cognitive pour améliorer la capacité du système et ont commencé à étudier l'application de Technologie ROF pour réaliser une transmission mixte de différents signaux commerciaux[ 4]. Les réseaux de communication sans fil à fibre optique basés sur la radio cognitive qui transmettent des signaux filaires et sans fil constituent la tendance de développement des futurs réseaux de communication. Le système de transmission hybride ROF basé sur la technologie radio cognitive est confronté à de nombreux nouveaux défis, tels que la conception de l'architecture du réseau, la conception du protocole de couche, la génération de signaux modulés filaires et sans fil basés sur plusieurs services, la gestion du réseau et l'identification des signaux modulés.
1 Technologie radio cognitive
La radio cognitive est un moyen efficace de résoudre le manque de spectre et la sous-utilisation du spectre. La radio cognitive est un système de communication intelligent sans fil. Il détecte l'utilisation du spectre de l'environnement environnant et ajuste ses propres paramètres de manière adaptative grâce à l'apprentissage pour parvenir à une utilisation efficace. Ressources spectrales et communication fiable. L'application de la radio cognitive est une technologie clé pour réaliser la ressource spectrale depuis l'allocation fixe jusqu'à l'allocation dynamique. Dans le système radio cognitif, afin de protéger un utilisateur autorisé (ou devenir un utilisateur maître) des interférences d'un utilisateur esclave (ou utilisateur CR), la fonction de détection spectrale est de percevoir si un utilisateur autorisé existe. Les utilisateurs de radio cognitive peuvent utiliser temporairement la bande de fréquences lorsqu'il est surveillé que la bande de fréquences utilisée par l'utilisateur autorisé n'est pas utilisée. Lorsqu'il est contrôlé que la bande de fréquences de l'utilisateur autorisé est utilisée, l'utilisateur CR libère le canal pour l'utilisateur autorisé, garantissant ainsi que l'utilisateur CR n'interfère pas avec l'utilisateur autorisé. Par conséquent, le réseau de communication cognitive sans fil présente les caractéristiques principales suivantes : (1) L'utilisateur principal a la priorité absolue pour accéder au canal. D'une part, lorsque l'utilisateur autorisé n'occupe pas le canal, l'utilisateur secondaire a la possibilité d'accéder au canal inactif ; lorsque l'utilisateur principal réapparaît, l'utilisateur secondaire doit quitter le canal utilisé à temps et rendre le canal à l'utilisateur principal. En revanche, lorsque l'utilisateur maître occupe le canal, l'utilisateur esclave peut accéder au canal sans affecter la qualité de service de l'utilisateur maître. (2) Le terminal de communication CR a les fonctions de perception, de gestion et d'ajustement. Premièrement, le terminal de communication CR peut percevoir le spectre de fréquences et l'environnement de canal dans l'environnement de travail, et déterminer le partage et l'attribution de ressources spectrales selon certaines règles en fonction des résultats de détection ; d'autre part, le terminal de communication CR a la capacité d'ajuster les paramètres de travail en ligne, tels que la modification des paramètres de transmission tels que la fréquence porteuse et la méthode de modulation, qui peuvent s'adapter aux changements de l'environnement. Dans les réseaux de communication cognitifs sans fil, la détection spectrale est une technologie clé. Les algorithmes de détection de spectre couramment utilisés incluent la détection d'énergie, la détection de filtre adapté et les méthodes de détection de caractéristiques cyclostationnaires. Ces méthodes ont leurs propres avantages et inconvénients. Les performances de ces algorithmes dépendent des informations préalables obtenues. Les algorithmes de détection de spectre existants sont les suivants : méthodes de filtre adapté, de détecteur d'énergie et de détection de caractéristiques. Le filtre adapté ne peut être appliqué que lorsque le signal principal est connu. Le détecteur d'énergie peut être appliqué à la situation où le signal principal est inconnu, mais ses performances se détériorent lorsqu'un temps de détection court est utilisé. Parce que l'idée principale du détecteur de caractéristiques est d'utiliser la cyclostationnarité du signal pour détecter via la fonction de corrélation spectrale. Le bruit est un signal stationnaire large et n'a aucune corrélation, tandis que le signal modulé est corrélé et cyclostationnaire. Par conséquent, la fonction de corrélation spectrale peut distinguer l’énergie du bruit et l’énergie du signal modulé. Dans un environnement au bruit incertain, les performances du détecteur de caractéristiques sont meilleures que celles du détecteur d'énergie. Les performances du détecteur de caractéristiques dans des conditions de faible rapport signal/bruit sont limitées, présentent une complexité de calcul élevée et nécessitent un temps d'observation long. Cela réduit le débit de données du système CR. Avec le développement des technologies de communication sans fil, les ressources spectrales deviennent de plus en plus tendues. Étant donné que la technologie CR peut atténuer ce problème, la technologie CR a retenu l'attention dans les réseaux de communication sans fil et de nombreuses normes de réseaux de communication sans fil ont introduit la technologie radio cognitive. Tels que IEEE 802.11, IEEE 802.22 et IEEE 802.16h. Dans l'accord 802.16h, il existe un contenu important de sélection dynamique du spectre pour faciliter l'utilisation par WiMAX des bandes de fréquences radio et télévision, et son fondement est la technologie de détection du spectre. Dans la norme internationale IEEE 802.11h pour les réseaux locaux sans fil, deux concepts importants ont été introduits : la sélection dynamique du spectre (DFS) et le contrôle de la puissance de transmission (TPC), et la radio cognitive a été appliquée aux réseaux locaux sans fil. Dans la norme 802.11y, la technologie de multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM) est utilisée pour fournir une variété d'options de bande passante, permettant d'obtenir une commutation rapide de la bande passante. Les systèmes WLAN (réseau local sans fil) peuvent tirer parti des caractéristiques de l'OFDM pour éviter tout évitement en ajustant les paramètres de bande passante et de puissance de transmission. Interférer avec les autres utilisateurs travaillant dans cette bande de fréquences. Étant donné que le système sans fil à fibre optique présente les avantages d’une large bande passante de communication par fibre optique et des caractéristiques flexibles de la communication sans fil, il a été largement utilisé. Ces dernières années, la transmission de signaux WLAN cognitifs radiofréquences dans la fibre optique a attiré l’attention. L'auteur de la littérature [5-6] a proposé que les signaux radio cognitifs du système ROF soient transmis sous l'architecture, et les expériences de simulation montrent que les performances du réseau ont été améliorées.
2 Architecture du système de transmission sans fil à fibre optique hybride basée sur ROF
Afin de répondre aux besoins des services multimédias pour la transmission vidéo, la nouvelle fibre optique jusqu'au domicile (FFTH) deviendra la technologie d'accès haut débit par excellence, et le réseau optique passif (PON) est devenu le centre d'attention une fois qu'il sera disponible. dehors. Étant donné que les appareils utilisés dans le réseau PON sont des appareils passifs, ils n'ont pas besoin d'alimentation électrique, peuvent être insensibles à l'influence des interférences électromagnétiques externes et de la foudre, peuvent assurer une transmission transparente des services et avoir une fiabilité élevée du système. Les réseaux PON comprennent principalement les réseaux optiques passifs à multiplexage temporel (TDM-PON) et les réseaux optiques passifs à multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM-PON). Comparé au TDM-PON, le WDM-PON présente les caractéristiques d'une bande passante exclusive à l'utilisateur et d'une haute sécurité, devenant ainsi le réseau d'accès optique le plus potentiel à l'avenir. La figure 1 montre le schéma fonctionnel du système WDM-PON.