A kommunikációs hálózatok szélessávú és mobilitás felé történő fejlődésével az optikai szálas vezeték nélküli kommunikációs rendszer (ROF) integrálja az optikai szálas kommunikációt és a vezeték nélküli kommunikációt, teljes mértékben kihasználva a széles sáv előnyeit és az optikai szálas vonalak interferenciamentességét, valamint a vezeték nélküli kommunikációt. . A kényelmes és rugalmas funkciók kielégítik az emberek szélessáv iránti igényét. A korai ROF technológia főként a nagyfrekvenciás vezeték nélküli átviteli szolgáltatások nyújtására irányult, mint például a milliméteres hullámú optikai szál átvitel. A ROF technológia fejlődésével és érettségével az emberek elkezdték tanulmányozni a hibrid vezetékes és vezeték nélküli átviteli hálózatokat, vagyis az optikai szálas vezeték nélküli kommunikációs (ROF) rendszereket, amelyek egyszerre nyújtanak vezetékes és vezeték nélküli szolgáltatásokat. A rádiókommunikáció rohamos fejlődésével egyre hangsúlyosabbá vált a spektrumforrások hiánya. Kommunikációs területen megoldandó problémává vált, hogy miként javítható a spektrumkihasználás korlátozott vezeték nélküli erőforrások mellett, hogy enyhítsük a spektrum erőforrások kereslete és kínálata közötti ellentmondást. A kognitív rádió (CR) egy intelligens spektrummegosztási technológia. Az engedélyezett spektrum „másodlagos felhasználásával” hatékonyan javíthatja a spektrum erőforrások kihasználtságát, és kutatási hotspottá vált a kommunikáció területén. A 802.11 vezeték nélküli helyi hálózatban [1], a 802.16 nagyvárosi hálózatban [2] és a 3G mobilkommunikációs hálózatban [3] elkezdték tanulmányozni a kognitív rádiótechnológia alkalmazását a rendszer kapacitásának javítása érdekében, és elkezdték tanulmányozni a ROF technológia a különböző üzleti jelek vegyes átvitelének eléréséhez[4]. A vezetékes és vezeték nélküli jeleket továbbító, kognitív, rádióalapú optikai szálas vezeték nélküli kommunikációs hálózatok a jövő kommunikációs hálózatainak fejlődési trendjei. A kognitív rádiótechnológián alapuló hibrid átviteli ROF rendszer számos új kihívással néz szembe, mint például a hálózati architektúra tervezése, a rétegprotokoll tervezés, a vezetékes és vezeték nélküli modulált jelek több szolgáltatáson alapuló generálása, a hálózatkezelés és a modulált jelek azonosítása.
1 Kognitív rádiótechnika
A kognitív rádió hatékony módja a spektrumhiány és a spektrum kihasználatlanságának megoldására. A kognitív rádió egy intelligens vezeték nélküli kommunikációs rendszer. Érzékeli a környező környezet spektrumkihasználását, és tanuláson keresztül adaptívan állítja be saját paramétereit a hatékony kihasználás érdekében. Spektrum erőforrások és megbízható kommunikáció. A kognitív rádió alkalmazása kulcsfontosságú technológia a spektrumerőforrás megvalósításához a rögzített kiosztástól a dinamikus kiosztásig. A kognitív rádiórendszerben annak érdekében, hogy megvédje a jogosult felhasználót (vagy mester felhasználóvá váljon) a szolga felhasználó (vagy CR felhasználó) által okozott interferencia ellen, a spektrumérzékelés feladata annak észlelése, hogy létezik-e jogosult felhasználó. A kognitív rádióhasználók ideiglenesen használhatják a frekvenciasávot, ha megfigyelik, hogy a jogosult felhasználó által használt frekvenciasáv nincs használatban. Amikor azt figyelik, hogy a jogosult felhasználó frekvenciasávja használatban van-e, a CR felhasználó kiadja a csatornát a jogosult felhasználónak, így biztosítva, hogy a CR felhasználó ne zavarja a jogosult felhasználót. Ezért a kognitív vezeték nélküli kommunikációs hálózat a következő kiemelkedő jellemzőkkel rendelkezik: (1) Az elsődleges felhasználónak abszolút elsőbbsége van a csatorna elérésében. Egyrészt, ha a jogosult felhasználó nem foglalja el a csatornát, a másodlagos felhasználónak lehetősége van elérni a tétlen csatornát; Amikor az elsődleges felhasználó újra megjelenik, a másodlagos felhasználónak időben ki kell lépnie a használt csatornából, és vissza kell adnia a csatornát az elsődleges felhasználónak. Másrészt, amikor a mester felhasználó elfoglalja a csatornát, a szolga felhasználó hozzáférhet a csatornához anélkül, hogy ez befolyásolná a mester felhasználó szolgáltatási minőségét. (2) A CR kommunikációs terminál észlelési, kezelési és beállítási funkciókkal rendelkezik. Először is, a CR kommunikációs terminál képes érzékelni a frekvenciaspektrumot és a csatornakörnyezetet a munkakörnyezetben, és meghatározhatja a spektrumerőforrások megosztását és kiosztását bizonyos szabályok szerint az észlelési eredményeknek megfelelően; másrészt a CR kommunikációs terminál képes a működési paraméterek online beállítására, például megváltoztatására. Az átviteli paraméterek, például a vivőfrekvencia és a modulációs módszer alkalmazkodni tudnak a környezet változásaihoz. A kognitív vezeték nélküli kommunikációs hálózatokban a spektrumérzékelés kulcsfontosságú technológia. Az általánosan használt spektrumérzékelő algoritmusok közé tartoznak az energia-érzékelés, az illesztett szűrő-észlelés és a ciklostacionárius jellemző-észlelési módszerek. Ezeknek a módszereknek megvannak a maga előnyei és hátrányai. Ezen algoritmusok teljesítménye az előzetesen megszerzett információktól függ. A meglévő spektrumérzékelő algoritmusok a következők: illesztett szűrő, energiadetektor és jellemző detektor módszerek. Az illesztett szűrő csak akkor alkalmazható, ha a fő jel ismert. Az energiadetektor olyan helyzetekben alkalmazható, amikor a fő jel ismeretlen, de rövid érzékelési idő esetén a teljesítménye romlik. Mivel a jellemződetektor fő ötlete az, hogy a jel ciklostacionaritását használja a spektrális korrelációs függvényen keresztül történő észleléshez. A zaj széles stacionárius jel, és nincs korrelációja, míg a modulált jel korrelált és ciklostacionárius. Ezért a spektrális korrelációs függvény képes megkülönböztetni a zaj és a modulált jel energiáját. Bizonytalan zajú környezetben a funkcióérzékelő teljesítménye jobb, mint az energiaérzékelőé. A jellemződetektor teljesítménye alacsony jel-zaj viszony mellett korlátozott, nagy számítási bonyolultságú, és hosszú megfigyelési időt igényel. Ez csökkenti a CR rendszer adatátviteli sebességét. A vezeték nélküli kommunikációs technológia fejlődésével a spektrumerőforrások egyre feszültebbek. Mivel a CR technológia enyhítheti ezt a problémát, a CR technológiára figyelmet fordítottak a vezeték nélküli kommunikációs hálózatokban, és számos vezeték nélküli kommunikációs hálózati szabvány bevezette a kognitív rádiótechnológiát. Ilyen például az IEEE 802.11, IEEE 802.22 és IEEE 802.16h. A 802.16h megállapodásban fontos tartalom található a dinamikus spektrumválasztásban, amely megkönnyíti a WiMAX rádió- és televíziós frekvenciasávok használatát, alapja pedig a spektrumérzékelő technológia. A vezeték nélküli helyi hálózatokra vonatkozó IEEE 802.11h nemzetközi szabványban két fontos koncepciót vezettek be: a dinamikus spektrumkiválasztást (DFS) és az átviteli teljesítményszabályozást (TPC), valamint a kognitív rádiózást alkalmazták a vezeték nélküli helyi hálózatokra. A 802.11y szabványban az ortogonális frekvenciaosztásos multiplexelés (OFDM) technológiát használják különféle sávszélesség-opciók biztosítására, amelyek gyors sávszélesség-váltást tesznek lehetővé. A WLAN (vezeték nélküli helyi hálózat) rendszerek kihasználhatják az OFDM jellemzőit, hogy elkerüljék az elkerülést a sávszélesség és az átviteli teljesítmény paramétereinek módosításával. Zavarja az ebben a frekvenciasávban dolgozó többi felhasználót. Mivel az optikai szálas vezeték nélküli rendszer rendelkezik a széles optikai szálas kommunikációs sávszélesség és a vezeték nélküli kommunikáció rugalmas jellemzői előnyeivel, széles körben használják. Az elmúlt években a rádiófrekvenciás kognitív WLAN-jelek optikai szálon történő átvitele felkeltette a figyelmet. Az irodalom szerzője [5-6] azt javasolta, hogy a ROF rendszerben a kognitív rádiójelek továbbítása az architektúra alatt történik, és szimulációs kísérletek azt mutatják, hogy a hálózat teljesítménye javult.
2 ROF-alapú hibrid optikai szálas vezeték nélküli átviteli rendszer architektúra
A multimédiás szolgáltatások videoátviteli igényeinek kielégítése érdekében a kialakulóban lévő üvegszálas otthonba (FFTH) a végső szélessávú hozzáférési technológiává válik, és a passzív optikai hálózat (PON) a figyelem középpontjába került, amint megjelenik. ki. Mivel a PON hálózatban használt eszközök passzív eszközök, nem igényelnek tápellátást, immunisak lehetnek a külső elektromágneses interferencia és a villám hatására, transzparens szolgáltatásátvitelt tudnak elérni, és magas rendszermegbízhatósággal rendelkeznek. A PON hálózatok főként időosztásos multiplexelésű passzív optikai hálózatokat (TDM-PON) és hullámhosszosztásos multiplexeléses passzív optikai hálózatokat (WDM-PON) foglalnak magukban. A TDM-PON-nal összehasonlítva a WDM-PON a felhasználó exkluzív sávszélességével és magas biztonságával rendelkezik, így a jövőben a legnagyobb potenciális optikai hozzáférési hálózattá válik. Az 1. ábra a WDM-PON rendszer blokkvázlatát mutatja.