通信ネットワークのブロードバンド化やモビリティ化に伴い、光ファイバー通信と無線通信を統合した光ファイバー無線通信システム（ROF）は、無線通信だけでなくブロードバンドの利点や光ファイバー回線の干渉防止効果を最大限に発揮します。 。便利で柔軟な機能がブロードバンドに対する人々の需要に応えます。初期の ROF テクノロジーは主に、ミリ波光ファイバー伝送などの高周波無線伝送サービスの提供に特化していました。 ROF 技術の発展と成熟に伴い、人々はハイブリッド有線および無線伝送ネットワーク、つまり有線サービスと無線サービスを同時に提供する光ファイバー無線通信 (ROF) システムを研究し始めました。無線通信の急速な発展に伴い、周波数リソースの不足がますます顕著になってきています。通信分野では、限られた無線リソースの中で、周波数資源の需要と供給の矛盾を緩和するために、周波数利用率をいかに向上させるかが課題となっている。コグニティブ ラジオ (CR) は、インテリジェントなスペクトル共有テクノロジーです。認可された周波数の「二次利用」を通じて周波数リソースの利用率を効果的に向上させることができ、通信分野における研究のホットスポットとなっています。 802.11 無線ローカル エリア ネットワーク [1]、802.16 メトロポリタン エリア ネットワーク [2]、および 3G 移動通信ネットワーク [3] では、システムの容量を向上させるためにコグニティブ無線技術の適用の検討が開始され、異なるビジネス信号の混合伝送を実現する ROF テクノロジー[4]。有線および無線信号を送信するコグニティブ無線ベースの光ファイバー無線通信ネットワークは、将来の通信ネットワークの開発トレンドです。コグニティブ無線技術に基づくハイブリッド伝送 ROF システムは、ネットワーク アーキテクチャ設計、レイヤ プロトコル設計、複数のサービスに基づく有線および無線変調信号の生成、ネットワーク管理、変調信号の識別など、多くの新たな課題に直面しています。
1 コグニティブ無線技術
コグニティブ無線は、スペクトルの不足と十分に活用されていない問題を解決する効果的な方法です。コグニティブ無線は、インテリジェントな無線通信システムです。周囲環境のスペクトル利用状況を感知し、学習を通じて自身のパラメータを適応的に調整し、有効利用を実現します。スペクトル リソースと信頼性の高い通信。コグニティブ無線の応用は、周波数リソースの固定割り当てから動的割り当てまでを実現するための重要な技術です。コグニティブ無線システムでは、許可されたユーザー（またはマスターユーザー）をスレーブユーザー（またはCRユーザー）からの干渉から保護するために、スペクトルセンシングの機能は許可されたユーザーが存在するかどうかを認識することです。コグニティブ無線ユーザーは、許可されたユーザーが使用している周波数帯域が使用されていないことが監視された場合に、その周波数帯域を一時的に使用できます。正規ユーザーの周波数帯域が使用中であることが監視されると、CR ユーザーは正規ユーザーにチャネルを解放し、CR ユーザーが正規ユーザーに干渉しないようにします。したがって、コグニティブ無線通信ネットワークには次のような顕著な特徴があります。 (1) プライマリ ユーザーはチャネルにアクセスする絶対的な優先権を持ちます。一方では、許可されたユーザーがチャネルを占有していない場合、二次ユーザーはアイドル状態のチャネルにアクセスする機会があります。プライマリ ユーザーが再び現れたら、セカンダリ ユーザーは時間内に使用中のチャネルを終了し、チャネルをプライマリ ユーザーに戻す必要があります。一方、マスターユーザーがチャネルを占有している場合、スレーブユーザーはマスターユーザーのサービス品質に影響を与えることなくチャネルにアクセスできます。 （２）ＣＲ通信端末は、認識、管理、調整の機能を有する。まず、CR通信端末は動作環境の周波数スペクトルとチャネル環境を認識し、その検出結果に応じて一定のルールに従ってスペクトルリソースの共有と割り当てを決定することができます。一方、CR 通信端末は、搬送周波数や変調方式などの送信パラメータを変更するなど、動作パラメータをオンラインで調整する機能を備えており、環境の変化に適応できます。コグニティブ無線通信ネットワークでは、スペクトル センシングが重要なテクノロジーです。一般的に使用されるスペクトル センシング アルゴリズムには、エネルギー検出、整合フィルター検出、および周期定常特徴検出方法が含まれます。これらの方法にはそれぞれ長所と短所があります。これらのアルゴリズムのパフォーマンスは、事前に取得した情報に依存します。既存のスペクトル センシング アルゴリズムには、整合フィルター、エネルギー検出器、および特徴検出器の方法があります。整合フィルタは、主信号が既知の場合にのみ適用できます。エネルギー検出器は主信号が不明な状況にも適用できますが、検出時間が短いと性能が低下します。特徴検出器の主なアイデアは、信号の周期定常性を使用してスペクトル相関関数を通じて検出することであるためです。ノイズは広範囲の定常信号であり相関がありませんが、変調された信号は相関があり周期定常です。したがって、スペクトル相関関数は、ノイズのエネルギーと変調信号のエネルギーを区別できます。不確実なノイズのある環境では、特徴検出器のパフォーマンスはエネルギー検出器のパフォーマンスよりも優れています。信号対雑音比が低い場合、特徴検出器のパフォーマンスは制限され、計算の複雑さが高く、長い観察時間が必要になります。これにより、CR システムのデータ スループットが低下します。無線通信技術の発展に伴い、スペクトル資源はますます逼迫しています。 CR 技術はこの問題を軽減できるため、無線通信ネットワークでは CR 技術が注目されており、多くの無線通信ネットワーク規格にコグニティブ無線技術が導入されています。 IEEE 802.11、IEEE 802.22、IEEE 802.16h など。 802.16h 協定には、WiMAX によるラジオおよびテレビの周波数帯域の使用を促進するための動的スペクトル選択という重要な内容があり、その基礎となるのがスペクトル センシング技術です。ワイヤレス ローカル エリア ネットワークの国際規格 IEEE 802.11h では、動的スペクトル選択 (DFS) と送信電力制御 (TPC) という 2 つの重要な概念が導入され、コグニティブ無線がワイヤレス ローカル エリア ネットワークに適用されています。 802.11y 規格では、直交周波数分割多重 (OFDM) テクノロジーを使用してさまざまな帯域幅オプションを提供し、迅速な帯域幅切り替えを実現します。 WLAN (ワイヤレス ローカル エリア ネットワーク) システムは、OFDM の特性を利用して、帯域幅と送信電力パラメータを調整することで回避を回避できます。この周波数帯域で作業している他のユーザーに干渉します。光ファイバ無線システムは、光ファイバ通信の帯域幅が広く、無線通信の柔軟性が高いという利点があるため、広く普及している。近年、光ファイバーによる無線周波数コグニティブ WLAN 信号の伝送が注目を集めています。文献 [5-6] の著者は、ROF システムのコグニティブ無線信号がこのアーキテクチャの下で送信されることを提案し、シミュレーション実験ではネットワークのパフォーマンスが向上することが示されています。
2 ROFベースのハイブリッド光ファイバ無線伝送システムのアーキテクチャ
ビデオ伝送のためのマルチメディア サービスのニーズを満たすために、新興のファイバー・トゥ・ザ・ホーム (FFTH) が究極のブロードバンド アクセス技術となるでしょう。そして、パッシブ オプティカル ネットワーク (PON) がその実現に向けて注目を集めています。外。 PONネットワークで使用されるデバイスは受動デバイスであるため、電源が不要で、外部の電磁干渉や雷の影響を受けず、透過的なサービス伝送を実現でき、システムの信頼性が高くなります。 PON ネットワークには主に、時分割多重パッシブ光ネットワーク (TDM-PON) と波長分割多重パッシブ光ネットワーク (WDM-PON) が含まれます。 WDM-PON は、TDM-PON と比較して、ユーザー専用の帯域幅と高いセキュリティの特徴を備えており、将来最も可能性のある光アクセス ネットワークとなります。図1にWDM-PONシステムのブロック図を示します。