Con lo sviluppo delle reti di comunicazione verso la banda larga e la mobilità, il sistema di comunicazione wireless in fibra ottica (ROF) integra la comunicazione in fibra ottica e la comunicazione wireless, sfruttando appieno i vantaggi della banda larga e dell'anti-interferenza delle linee in fibra ottica, nonché della comunicazione wireless . Funzionalità comode e flessibili soddisfano la domanda di banda larga da parte delle persone. La prima tecnologia ROF era principalmente dedicata alla fornitura di servizi di trasmissione wireless ad alta frequenza, come la trasmissione in fibra ottica a onde millimetriche. Con lo sviluppo e la maturità della tecnologia ROF, le persone hanno iniziato a studiare reti di trasmissione ibride cablate e wireless, ovvero sistemi di comunicazione wireless in fibra ottica (ROF) che forniscono servizi cablati e wireless allo stesso tempo. Con il rapido sviluppo delle comunicazioni radio, la carenza di risorse dello spettro è diventata sempre più evidente. Come migliorare l'utilizzo dello spettro in condizioni di risorse wireless limitate per alleviare la contraddizione tra domanda e offerta di risorse dello spettro è diventato un problema da risolvere nel campo della comunicazione. La radio cognitiva (CR) è una tecnologia di condivisione intelligente dello spettro. Può effettivamente migliorare l’utilizzo delle risorse dello spettro attraverso l’“uso secondario” dello spettro autorizzato ed è diventato un punto focale della ricerca nel campo delle comunicazioni. Nella rete locale wireless 802.11 [1], nella rete metropolitana 802.16 [2] e nella rete di comunicazione mobile 3G [3] hanno iniziato a studiare l'applicazione della tecnologia radio cognitiva per migliorare la capacità del sistema e hanno iniziato a studiare l'applicazione di Tecnologia ROF per ottenere una trasmissione mista di diversi segnali aziendali[4]. Le reti di comunicazione wireless cognitive in fibra ottica basate su radio che trasmettono segnali cablati e wireless rappresentano la tendenza di sviluppo delle future reti di comunicazione. Il sistema ROF di trasmissione ibrida basato sulla tecnologia radio cognitiva affronta molte nuove sfide, come la progettazione dell'architettura di rete, la progettazione del protocollo a strati, la generazione di segnali modulati cablati e wireless basati su più servizi, la gestione della rete e l'identificazione dei segnali modulati.
1 Tecnologia radio cognitiva
La radio cognitiva è un modo efficace per risolvere la mancanza di spettro e il sottoutilizzo dello spettro. La radio cognitiva è un sistema di comunicazione wireless intelligente. Rileva l'utilizzo dello spettro dell'ambiente circostante e regola i propri parametri in modo adattivo attraverso l'apprendimento per ottenere un utilizzo efficace. Risorse dello spettro e comunicazione affidabile. L'applicazione della radio cognitiva è una tecnologia chiave per realizzare la risorsa dello spettro dall'allocazione fissa all'allocazione dinamica. Nel sistema radio cognitivo, al fine di proteggere un utente autorizzato (o diventare un utente master) dalle interferenze di un utente slave (o utente CR), la funzione del rilevamento dello spettro è quella di percepire se esiste un utente autorizzato. Gli utenti della radio cognitiva possono utilizzare temporaneamente la banda di frequenza se viene monitorato che la banda di frequenza utilizzata dall'utente autorizzato non viene utilizzata. Quando viene monitorato che la banda di frequenza dell'utente autorizzato è in uso, l'utente CR rilascia il canale all'utente autorizzato, garantendo così che l'utente CR non interferisca con l'utente autorizzato. Pertanto, la rete di comunicazione wireless cognitiva ha le seguenti caratteristiche salienti: (1) L'utente primario ha la priorità assoluta per accedere al canale. Da un lato, quando l'utente autorizzato non occupa il canale, l'utente secondario ha la possibilità di accedere al canale inattivo; quando l'utente primario riappare, l'utente secondario dovrà uscire in tempo dal canale in uso e restituire il canale all'utente primario. D'altra parte, quando l'utente master occupa il canale, l'utente slave può accedere al canale senza compromettere la qualità del servizio dell'utente master. (2) Il terminale di comunicazione CR ha funzioni di percezione, gestione e regolazione. Innanzitutto, il terminale di comunicazione CR può percepire lo spettro di frequenza e l'ambiente del canale nell'ambiente di lavoro e determinare la condivisione e l'allocazione delle risorse dello spettro secondo determinate regole in base ai risultati del rilevamento; D'altro canto, il terminale di comunicazione CR ha la capacità di regolare i parametri di lavoro online, come la modifica. I parametri di trasmissione come la frequenza portante e il metodo di modulazione possono adattarsi ai cambiamenti nell'ambiente. Nelle reti di comunicazione wireless cognitive, il rilevamento dello spettro è una tecnologia chiave. Gli algoritmi di rilevamento dello spettro comunemente utilizzati includono il rilevamento dell'energia, il rilevamento del filtro abbinato e i metodi di rilevamento delle caratteristiche ciclostazionarie. Questi metodi hanno i loro vantaggi e svantaggi. Le prestazioni di questi algoritmi dipendono dalle informazioni preliminari ottenute. Gli algoritmi di rilevamento dello spettro esistenti sono: filtri adattati, rilevatori di energia e metodi di rilevamento delle caratteristiche. Il filtro adattato può essere applicato solo quando è noto il segnale principale. Il rilevatore di energia può essere applicato alla situazione in cui il segnale principale è sconosciuto, ma le sue prestazioni peggiorano quando viene utilizzato un tempo di rilevamento breve. Perché l'idea principale del rilevatore di caratteristiche è quella di utilizzare la ciclostazionarietà del segnale per rilevarlo attraverso la funzione di correlazione spettrale. Il rumore è un ampio segnale stazionario e non ha correlazione, mentre il segnale modulato è correlato e ciclostazionario. Pertanto, la funzione di correlazione spettrale può distinguere l'energia del rumore e l'energia del segnale modulato. In un ambiente con rumore incerto, le prestazioni del rilevatore di caratteristiche sono migliori di quelle del rilevatore di energia. Le prestazioni del rilevatore di caratteristiche con un basso rapporto segnale-rumore sono limitate, hanno un'elevata complessità computazionale e richiedono lunghi tempi di osservazione. Ciò riduce la velocità di trasmissione dei dati del sistema CR. Con lo sviluppo della tecnologia di comunicazione wireless, le risorse dello spettro stanno diventando sempre più tese. Poiché la tecnologia CR può alleviare questo problema, è stata prestata attenzione alla tecnologia CR nelle reti di comunicazione wireless e molti standard di reti di comunicazione wireless hanno introdotto la tecnologia radio cognitiva. Come IEEE 802.11, IEEE 802.22 e IEEE 802.16h. Nell'accordo 802.16h, c'è un contenuto importante di selezione dinamica dello spettro per facilitare l'uso da parte di WiMAX delle bande di frequenza radiofoniche e televisive, e il suo fondamento è la tecnologia di rilevamento dello spettro. Nello standard internazionale IEEE 802.11h per le reti locali wireless sono stati introdotti due concetti importanti: la selezione dinamica dello spettro (DFS) e il controllo della potenza di trasmissione (TPC) e la radio cognitiva è stata applicata alle reti locali wireless. Nello standard 802.11y, la tecnologia OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) viene utilizzata per fornire una varietà di opzioni di larghezza di banda, che possono ottenere una rapida commutazione della larghezza di banda. I sistemi WLAN (rete locale senza fili) possono sfruttare le caratteristiche dell'OFDM per evitare l'elusione regolando la larghezza di banda e trasmettendo i parametri di potenza. Interferire con altri utenti che lavorano in questa banda di frequenza. Poiché il sistema wireless in fibra ottica presenta i vantaggi di un'ampia larghezza di banda di comunicazione in fibra ottica e le caratteristiche flessibili della comunicazione wireless, è stato ampiamente utilizzato. Negli ultimi anni, la trasmissione di segnali WLAN cognitivi a radiofrequenza nella fibra ottica ha attirato l’attenzione. L'autore della letteratura [5-6] ha proposto che i segnali radio cognitivi del sistema ROF vengano trasmessi sotto l'architettura e gli esperimenti di simulazione mostrano che le prestazioni della rete sono state migliorate.
2 Architettura del sistema di trasmissione wireless in fibra ottica ibrida basata su ROF
Per soddisfare le esigenze dei servizi multimediali per la trasmissione video, l’emergente Fiber-to-the-home (FFTH) diventerà la tecnologia di accesso a banda larga definitiva, e la rete ottica passiva (PON) sarà al centro dell’attenzione una volta arrivata fuori. Poiché i dispositivi utilizzati nella rete PON sono dispositivi passivi, non necessitano di alimentazione, possono essere immuni all'influenza di interferenze elettromagnetiche esterne e fulmini, possono ottenere una trasmissione trasparente dei servizi e hanno un'elevata affidabilità del sistema. Le reti PON includono principalmente reti ottiche passive con multiplexing a divisione di tempo (TDM-PON) e reti ottiche passive con multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (WDM-PON). Rispetto a TDM-PON, WDM-PON ha le caratteristiche di larghezza di banda esclusiva per l'utente e elevata sicurezza, diventando la rete di accesso ottico con il maggior potenziale in futuro. La Figura 1 mostra lo schema a blocchi del sistema WDM-PON.