બ્રોડબેન્ડ અને ગતિશીલતા તરફ કોમ્યુનિકેશન નેટવર્કના વિકાસ સાથે, ઓપ્ટિકલ ફાઈબર વાયરલેસ કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ (ROF) ઓપ્ટિકલ ફાઈબર કોમ્યુનિકેશન અને વાયરલેસ કોમ્યુનિકેશનને એકીકૃત કરે છે, જે બ્રોડબેન્ડના ફાયદા અને ઓપ્ટિકલ ફાઈબર લાઈનોની એન્ટિ-ઈન્ટરફરન્સ તેમજ વાયરલેસ કમ્યુનિકેશનને સંપૂર્ણ રીતે ભજવે છે. . અનુકૂળ અને લવચીક સુવિધાઓ લોકોની બ્રોડબેન્ડની માંગને પૂરી કરે છે. પ્રારંભિક આરઓએફ તકનીક મુખ્યત્વે ઉચ્ચ-આવર્તન વાયરલેસ ટ્રાન્સમિશન સેવાઓ પૂરી પાડવા માટે સમર્પિત હતી, જેમ કે મિલીમીટર વેવ ઓપ્ટિકલ ફાઈબર ટ્રાન્સમિશન. આરઓએફ ટેક્નોલોજીના વિકાસ અને પરિપક્વતા સાથે, લોકોએ હાઇબ્રિડ વાયર્ડ અને વાયરલેસ ટ્રાન્સમિશન નેટવર્ક્સનો અભ્યાસ કરવાનું શરૂ કર્યું, એટલે કે, ઓપ્ટિકલ ફાઇબર વાયરલેસ કમ્યુનિકેશન (આરઓએફ) સિસ્ટમ્સ કે જે એક જ સમયે વાયર અને વાયરલેસ સેવાઓ પ્રદાન કરે છે. રેડિયો સંચારના ઝડપી વિકાસ સાથે, સ્પેક્ટ્રમ સંસાધનોની અછત વધુ અને વધુ અગ્રણી બની છે. સ્પેક્ટ્રમ સંસાધનોના પુરવઠા અને માંગ વચ્ચેના વિરોધાભાસને દૂર કરવા માટે મર્યાદિત વાયરલેસ સંસાધનોની શરત હેઠળ સ્પેક્ટ્રમના ઉપયોગને કેવી રીતે સુધારવો તે સંચાર ક્ષેત્રમાં હલ કરવાની સમસ્યા બની ગઈ છે. જ્ઞાનાત્મક રેડિયો (CR) એક બુદ્ધિશાળી સ્પેક્ટ્રમ શેરિંગ ટેકનોલોજી છે. તે અધિકૃત સ્પેક્ટ્રમના "ગૌણ ઉપયોગ" દ્વારા સ્પેક્ટ્રમ સંસાધનોના ઉપયોગને અસરકારક રીતે સુધારી શકે છે અને સંચાર ક્ષેત્રે સંશોધનનું હોટસ્પોટ બની ગયું છે. 802.11 વાયરલેસ લોકલ એરિયા નેટવર્ક [1] માં, 802.16 મેટ્રોપોલિટન એરિયા નેટવર્ક [2] અને 3G મોબાઇલ કમ્યુનિકેશન નેટવર્ક [3] એ સિસ્ટમની ક્ષમતામાં સુધારો કરવા માટે જ્ઞાનાત્મક રેડિયો ટેક્નોલોજીના ઉપયોગનો અભ્યાસ કરવાનું શરૂ કર્યું છે, અને તેના ઉપયોગનો અભ્યાસ કરવાનું શરૂ કર્યું છે. વિવિધ બિઝનેસ સિગ્નલોનું મિશ્ર ટ્રાન્સમિશન હાંસલ કરવા માટે આરઓએફ ટેકનોલોજી[4]. જ્ઞાનાત્મક રેડિયો-આધારિત ઓપ્ટિકલ ફાઈબર વાયરલેસ કોમ્યુનિકેશન નેટવર્ક કે જે વાયર્ડ અને વાયરલેસ સિગ્નલોનું પ્રસારણ કરે છે તે ભવિષ્યના સંચાર નેટવર્કનો વિકાસ વલણ છે. જ્ઞાનાત્મક રેડિયો ટેક્નોલોજી પર આધારિત હાઇબ્રિડ ટ્રાન્સમિશન આરઓએફ સિસ્ટમ ઘણા નવા પડકારોનો સામનો કરે છે, જેમ કે નેટવર્ક આર્કિટેક્ચર ડિઝાઇન, લેયર પ્રોટોકોલ ડિઝાઇન, બહુવિધ સેવાઓ પર આધારિત વાયર્ડ અને વાયરલેસ મોડ્યુલેટેડ સિગ્નલોનું નિર્માણ, નેટવર્ક મેનેજમેન્ટ અને મોડ્યુલેટેડ સિગ્નલોની ઓળખ.
1 જ્ઞાનાત્મક રેડિયો ટેકનોલોજી
જ્ઞાનાત્મક રેડિયો એ સ્પેક્ટ્રમના અભાવ અને સ્પેક્ટ્રમના ઓછા ઉપયોગને હલ કરવાની અસરકારક રીત છે. જ્ઞાનાત્મક રેડિયો એક બુદ્ધિશાળી વાયરલેસ કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ છે. તે આસપાસના વાતાવરણના સ્પેક્ટ્રમ ઉપયોગને સમજે છે અને અસરકારક ઉપયોગ હાંસલ કરવા શીખવા દ્વારા તેના પોતાના પરિમાણોને અનુકૂલનશીલ રીતે ગોઠવે છે. સ્પેક્ટ્રમ સંસાધનો અને વિશ્વસનીય સંચાર. નિયત ફાળવણીથી ગતિશીલ ફાળવણી સુધી સ્પેક્ટ્રમ સંસાધનને સાકાર કરવા માટે જ્ઞાનાત્મક રેડિયોનો ઉપયોગ એ મુખ્ય તકનીક છે. જ્ઞાનાત્મક રેડિયો સિસ્ટમમાં, અધિકૃત વપરાશકર્તા (અથવા મુખ્ય વપરાશકર્તા બનવા) ને ગુલામ વપરાશકર્તા (અથવા CR વપરાશકર્તા) ના હસ્તક્ષેપથી બચાવવા માટે, સ્પેક્ટ્રમ સેન્સિંગનું કાર્ય અધિકૃત વપરાશકર્તા અસ્તિત્વમાં છે કે કેમ તે સમજવાનું છે. જ્ઞાનાત્મક રેડિયો વપરાશકર્તાઓ અસ્થાયી રૂપે ફ્રીક્વન્સી બેન્ડનો ઉપયોગ કરી શકે છે જ્યારે તેનું નિરીક્ષણ કરવામાં આવે છે કે અધિકૃત વપરાશકર્તા દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતા ફ્રીક્વન્સી બેન્ડનો ઉપયોગ કરવામાં આવી રહ્યો નથી. જ્યારે તેનું નિરીક્ષણ કરવામાં આવે છે કે અધિકૃત વપરાશકર્તાની ફ્રીક્વન્સી બેન્ડ ઉપયોગમાં છે, ત્યારે CR વપરાશકર્તા ચેનલને અધિકૃત વપરાશકર્તાને રિલીઝ કરે છે, આમ ખાતરી કરે છે કે CR વપરાશકર્તા અધિકૃત વપરાશકર્તા સાથે દખલ ન કરે. તેથી, જ્ઞાનાત્મક વાયરલેસ કોમ્યુનિકેશન નેટવર્કમાં નીચેની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ છે: (1) પ્રાથમિક વપરાશકર્તા ચેનલને ઍક્સેસ કરવા માટે સંપૂર્ણ અગ્રતા ધરાવે છે. એક તરફ, જ્યારે અધિકૃત વપરાશકર્તા ચેનલ પર કબજો મેળવતો નથી, ત્યારે ગૌણ વપરાશકર્તા પાસે નિષ્ક્રિય ચેનલને ઍક્સેસ કરવાની તક હોય છે; જ્યારે પ્રાથમિક વપરાશકર્તા ફરીથી દેખાય છે, ત્યારે ગૌણ વપરાશકર્તાએ સમયસર ઉપયોગમાં લેવાતી ચેનલમાંથી બહાર નીકળવું જોઈએ અને ચેનલને પ્રાથમિક વપરાશકર્તાને પરત કરવી જોઈએ. બીજી બાજુ, જ્યારે મુખ્ય વપરાશકર્તા ચેનલ પર કબજો કરે છે, ત્યારે ગુલામ વપરાશકર્તા મુખ્ય વપરાશકર્તાની સેવા ગુણવત્તાને અસર કર્યા વિના ચેનલને ઍક્સેસ કરી શકે છે. (2) CR કમ્યુનિકેશન ટર્મિનલ પરસેપ્શન, મેનેજમેન્ટ અને એડજસ્ટમેન્ટના કાર્યો ધરાવે છે. પ્રથમ, સીઆર કમ્યુનિકેશન ટર્મિનલ કાર્યકારી વાતાવરણમાં આવર્તન સ્પેક્ટ્રમ અને ચેનલ પર્યાવરણને સમજી શકે છે, અને શોધ પરિણામો અનુસાર ચોક્કસ નિયમો અનુસાર સ્પેક્ટ્રમ સંસાધનોની વહેંચણી અને ફાળવણી નક્કી કરી શકે છે; બીજી બાજુ, CR કમ્યુનિકેશન ટર્મિનલ કાર્યકારી પરિમાણોને ઓનલાઈન સમાયોજિત કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે, જેમ કે બદલવું ટ્રાન્સમિશન પરિમાણો જેમ કે વાહક આવર્તન અને મોડ્યુલેશન પદ્ધતિ પર્યાવરણમાં થતા ફેરફારોને અનુકૂલન કરી શકે છે. જ્ઞાનાત્મક વાયરલેસ કોમ્યુનિકેશન નેટવર્ક્સમાં, સ્પેક્ટ્રમ સેન્સિંગ એ મુખ્ય તકનીક છે. સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા સ્પેક્ટ્રમ સેન્સિંગ અલ્ગોરિધમ્સમાં એનર્જી ડિટેક્શન, મેચ્ડ ફિલ્ટર ડિટેક્શન અને સાયક્લોસ્ટેશનરી ફીચર ડિટેક્શન પદ્ધતિઓનો સમાવેશ થાય છે. આ પદ્ધતિઓના પોતાના ફાયદા અને ગેરફાયદા છે. આ અલ્ગોરિધમ્સનું પ્રદર્શન અગાઉથી મેળવેલ માહિતી પર આધારિત છે. હાલના સ્પેક્ટ્રમ સેન્સિંગ અલ્ગોરિધમ્સ છે: મેચ્ડ ફિલ્ટર, એનર્જી ડિટેક્ટર અને ફીચર ડિટેક્ટર પદ્ધતિઓ. મેળ ખાતું ફિલ્ટર ત્યારે જ લાગુ કરી શકાય છે જ્યારે મુખ્ય સિગ્નલ જાણીતું હોય. એનર્જી ડિટેક્ટરને એવી પરિસ્થિતિમાં લાગુ કરી શકાય છે જ્યાં મુખ્ય સિગ્નલ અજાણ હોય, પરંતુ જ્યારે ટૂંકા સેન્સિંગ સમયનો ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે તેનું પ્રદર્શન બગડે છે. કારણ કે ફીચર ડિટેક્ટરનો મુખ્ય વિચાર સ્પેક્ટ્રલ કોરિલેશન ફંક્શન દ્વારા શોધવા માટે સિગ્નલની સાયક્લોસ્ટેશનરીટીનો ઉપયોગ કરવાનો છે. ઘોંઘાટ એ એક વ્યાપક સ્થિર સંકેત છે અને તેનો કોઈ સંબંધ નથી, જ્યારે મોડ્યુલેટેડ સિગ્નલ સહસંબંધિત અને સાયક્લોસ્ટેશનરી છે. તેથી, સ્પેક્ટ્રલ સહસંબંધ કાર્ય અવાજની ઊર્જા અને મોડ્યુલેટેડ સિગ્નલની ઊર્જાને અલગ કરી શકે છે. અનિશ્ચિત અવાજવાળા વાતાવરણમાં, ફીચર ડિટેક્ટરનું પ્રદર્શન એનર્જી ડિટેક્ટર કરતા વધુ સારું છે. ઓછા સિગ્નલ-ટુ-નોઈઝ રેશિયો હેઠળ ફીચર ડિટેક્ટરનું પ્રદર્શન મર્યાદિત છે, ઉચ્ચ કોમ્પ્યુટેશનલ જટિલતા ધરાવે છે અને લાંબા અવલોકન સમયની જરૂર છે. આ CR સિસ્ટમના ડેટા થ્રુપુટને ઘટાડે છે. વાયરલેસ કોમ્યુનિકેશન ટેકનોલોજીના વિકાસ સાથે, સ્પેક્ટ્રમ સંસાધનો વધુને વધુ તંગ બની રહ્યા છે. કારણ કે CR ટેક્નોલોજી આ સમસ્યાને દૂર કરી શકે છે, વાયરલેસ કોમ્યુનિકેશન નેટવર્ક્સમાં CR ટેક્નોલોજી પર ધ્યાન આપવામાં આવ્યું છે અને ઘણા વાયરલેસ કમ્યુનિકેશન નેટવર્કના ધોરણોએ જ્ઞાનાત્મક રેડિયો ટેક્નોલોજી રજૂ કરી છે. જેમ કે IEEE 802.11, IEEE 802.22 અને IEEE 802.16h. 802.16h કરારમાં, WiMAX ના રેડિયો અને ટેલિવિઝન ફ્રીક્વન્સી બેન્ડના ઉપયોગને સરળ બનાવવા માટે ડાયનેમિક સ્પેક્ટ્રમ પસંદગીની મહત્વપૂર્ણ સામગ્રી છે અને તેનો પાયો સ્પેક્ટ્રમ સેન્સિંગ ટેક્નોલોજી છે. વાયરલેસ લોકલ એરિયા નેટવર્ક્સ માટે IEEE 802.11h આંતરરાષ્ટ્રીય ધોરણમાં, બે મહત્વપૂર્ણ ખ્યાલો રજૂ કરવામાં આવ્યા છે: ડાયનેમિક સ્પેક્ટ્રમ સિલેક્શન (DFS) અને ટ્રાન્સમિટ પાવર કંટ્રોલ (TPC), અને કોગ્નિટિવ રેડિયો વાયરલેસ લોકલ એરિયા નેટવર્ક્સ પર લાગુ કરવામાં આવ્યો છે. 802.11y સ્ટાન્ડર્ડમાં, ઓર્થોગોનલ ફ્રીક્વન્સી ડિવિઝન મલ્ટિપ્લેક્સિંગ (OFDM) ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ વિવિધ બેન્ડવિડ્થ વિકલ્પો પ્રદાન કરવા માટે થાય છે, જે ઝડપી બેન્ડવિડ્થ સ્વિચિંગ હાંસલ કરી શકે છે. WLAN (વાયરલેસ લોકલ એરિયા નેટવર્ક) સિસ્ટમો બેન્ડવિડ્થ અને ટ્રાન્સમિટ પાવર પરિમાણોને સમાયોજિત કરીને અવગણના ટાળવા માટે OFDM ની લાક્ષણિકતાઓનો લાભ લઈ શકે છે. આ ફ્રીક્વન્સી બેન્ડમાં કામ કરતા અન્ય વપરાશકર્તાઓ સાથે દખલ કરો. કારણ કે ઓપ્ટિકલ ફાઈબર વાયરલેસ સિસ્ટમમાં વ્યાપક ઓપ્ટિકલ ફાઈબર કમ્યુનિકેશન બેન્ડવિડ્થ અને વાયરલેસ કમ્યુનિકેશનની લવચીક લાક્ષણિકતાઓના ફાયદા છે, તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. તાજેતરના વર્ષોમાં, ઓપ્ટિકલ ફાઈબરમાં રેડિયો ફ્રીક્વન્સી જ્ઞાનાત્મક WLAN સિગ્નલોના પ્રસારણએ ધ્યાન આકર્ષિત કર્યું છે. સાહિત્યના લેખક [5-6] એ પ્રસ્તાવ મૂક્યો કે આરઓએફ સિસ્ટમ કોગ્નિટિવ રેડિયો સિગ્નલો આર્કિટેક્ચર હેઠળ પ્રસારિત થાય છે, અને સિમ્યુલેશન પ્રયોગો દર્શાવે છે કે નેટવર્કની કામગીરીમાં સુધારો કરવામાં આવ્યો છે.
2 આરઓએફ આધારિત હાઇબ્રિડ ઓપ્ટિકલ ફાઇબર વાયરલેસ ટ્રાન્સમિશન સિસ્ટમ આર્કિટેક્ચર
વિડિયો ટ્રાન્સમિશન માટે મલ્ટીમીડિયા સેવાઓની જરૂરિયાતોને પહોંચી વળવા માટે, ઉભરતી ફાઇબર-ટુ-ધ-હોમ (FFTH) એ અંતિમ બ્રોડબેન્ડ એક્સેસ ટેક્નોલોજી બની જશે, અને પેસિવ ઓપ્ટિકલ નેટવર્ક (PON) એકવાર આવી ગયા પછી ધ્યાનનું કેન્દ્ર બની ગયું છે. બહાર PON નેટવર્કમાં વપરાતા ઉપકરણો નિષ્ક્રિય ઉપકરણો હોવાથી, તેમને પાવર સપ્લાયની જરૂર નથી, તેઓ બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક હસ્તક્ષેપ અને વીજળીના પ્રભાવથી પ્રતિરક્ષા કરી શકે છે, સેવાઓનું પારદર્શક ટ્રાન્સમિશન પ્રાપ્ત કરી શકે છે અને ઉચ્ચ સિસ્ટમ વિશ્વસનીયતા ધરાવે છે. PON નેટવર્ક્સમાં મુખ્યત્વે ટાઇમ ડિવિઝન મલ્ટિપ્લેક્સિંગ પેસિવ ઑપ્ટિકલ નેટવર્ક્સ (TDM-PON) અને વેવલેન્થ ડિવિઝન મલ્ટિપ્લેક્સિંગ પેસિવ ઑપ્ટિકલ નેટવર્ક્સ (WDM-PON)નો સમાવેશ થાય છે. TDM-PON ની સરખામણીમાં, WDM-PON પાસે યુઝર એક્સક્લુઝિવ બેન્ડવિડ્થ અને ઉચ્ચ સુરક્ષાની લાક્ષણિકતાઓ છે, જે ભવિષ્યમાં સૌથી સંભવિત ઓપ્ટિકલ એક્સેસ નેટવર્ક બની જશે. આકૃતિ 1 WDM-PON સિસ્ટમનો બ્લોક ડાયાગ્રામ બતાવે છે.