Wraz z rozwojem sieci komunikacyjnych w kierunku łączy szerokopasmowych i mobilności, bezprzewodowy system komunikacji światłowodowej (ROF) integruje komunikację światłowodową i komunikację bezprzewodową, w pełni wykorzystując zalety łączy szerokopasmowych i przeciwdziałając zakłóceniom linii światłowodowych, a także komunikację bezprzewodową . Wygodne i elastyczne funkcje zaspokajają zapotrzebowanie ludzi na łącza szerokopasmowe. Wczesna technologia ROF była przeznaczona głównie do świadczenia usług transmisji bezprzewodowej o wysokiej częstotliwości, takich jak transmisja światłowodowa na falach milimetrowych. Wraz z rozwojem i dojrzałością technologii ROF zaczęto badać hybrydowe przewodowe i bezprzewodowe sieci transmisyjne, czyli systemy bezprzewodowej komunikacji światłowodowej (ROF), które zapewniają jednocześnie usługi przewodowe i bezprzewodowe. Wraz z szybkim rozwojem radiokomunikacji, niedobory zasobów widma stają się coraz bardziej widoczne. Jak poprawić wykorzystanie widma w warunkach ograniczonych zasobów bezprzewodowych, aby złagodzić sprzeczność między podażą i popytem na zasoby widma, stało się problemem do rozwiązania w dziedzinie komunikacji. Cognitive Radio (CR) to inteligentna technologia współdzielenia widma. Może skutecznie poprawić wykorzystanie zasobów widma poprzez „wtórne wykorzystanie” autoryzowanego widma i stał się gorącym punktem badawczym w dziedzinie komunikacji. W bezprzewodowej sieci lokalnej 802.11 [1], metropolitalnej sieci 802.16 [2] i sieci komunikacji mobilnej 3G [3] rozpoczęto badania nad zastosowaniem technologii radia kognitywnego w celu poprawy wydajności systemu i rozpoczęto badania nad zastosowaniem Technologia ROF umożliwiająca mieszaną transmisję różnych sygnałów biznesowych [4]. Kognitywne sieci komunikacji bezprzewodowej oparte na radiowym światłowodzie, które przesyłają sygnały przewodowe i bezprzewodowe, stanowią trend rozwojowy przyszłych sieci komunikacyjnych. Hybrydowy system transmisji ROF oparty na technologii radia kognitywnego stoi przed wieloma nowymi wyzwaniami, takimi jak projektowanie architektury sieci, projektowanie protokołów warstwowych, generowanie przewodowych i bezprzewodowych modulowanych sygnałów w oparciu o wiele usług, zarządzanie siecią i identyfikacja modulowanych sygnałów.
1 Kognitywna technologia radiowa
Radio kognitywne to skuteczny sposób na rozwiązanie problemu braku widma i jego niewystarczającego wykorzystania. Radio kognitywne to inteligentny system komunikacji bezprzewodowej. Wykrywa wykorzystanie widma otaczającego środowiska i dostosowuje swoje parametry w sposób adaptacyjny, ucząc się, jak osiągnąć efektywne wykorzystanie. Zasoby widma i niezawodna komunikacja. Zastosowanie radia kognitywnego jest kluczową technologią umożliwiającą realizację zasobów widma z alokacji stałej do alokacji dynamicznej. W kognitywnym systemie radiowym, aby chronić autoryzowanego użytkownika (lub stać się użytkownikiem głównym) przed zakłóceniami ze strony użytkownika podrzędnego (lub użytkownika CR), funkcją wykrywania widma jest wykrywanie, czy istnieje autoryzowany użytkownik. Użytkownicy radia kognitywnego mogą tymczasowo korzystać z pasma częstotliwości, gdy zostanie stwierdzone, że pasmo częstotliwości używane przez uprawnionego użytkownika nie jest wykorzystywane. W przypadku monitorowania, czy pasmo częstotliwości uprawnionego użytkownika jest zajęte, użytkownik CR udostępnia kanał uprawnionemu użytkownikowi, zapewniając w ten sposób, że użytkownik CR nie będzie przeszkadzał uprawnionemu użytkownikowi. Dlatego kognitywna sieć komunikacji bezprzewodowej ma następujące istotne cechy: (1) Główny użytkownik ma absolutne pierwszeństwo w dostępie do kanału. Z jednej strony, gdy autoryzowany użytkownik nie zajmuje kanału, użytkownik dodatkowy ma możliwość dostępu do niezajętego kanału; gdy pojawi się ponownie użytkownik główny, użytkownik dodatkowy powinien na czas opuścić używany kanał i zwrócić kanał użytkownikowi głównemu. Z drugiej strony, gdy użytkownik główny zajmuje kanał, użytkownik podrzędny może uzyskać dostęp do kanału bez wpływu na jakość usług użytkownika głównego. (2) Terminal komunikacyjny CR posiada funkcje percepcji, zarządzania i regulacji. Po pierwsze, terminal komunikacyjny CR może postrzegać widmo częstotliwości i środowisko kanału w środowisku pracy oraz określać podział i alokację zasobów widma zgodnie z pewnymi zasadami zgodnie z wynikami wykrywania; z drugiej strony terminal komunikacyjny CR ma możliwość dostosowania parametrów pracy online, takich jak zmiana. Parametry transmisji, takie jak częstotliwość nośna i sposób modulacji, mogą dostosowywać się do zmian w otoczeniu. W kognitywnych sieciach komunikacji bezprzewodowej wykrywanie widma jest kluczową technologią. Powszechnie stosowane algorytmy wykrywania widma obejmują wykrywanie energii, wykrywanie filtra dopasowanego i metody wykrywania cech cyklostacjonarnych. Metody te mają swoje zalety i wady. Wydajność tych algorytmów zależy od uzyskanych wcześniej informacji. Istniejące algorytmy wykrywania widma to: filtr dopasowany, detektor energii i detektor cech. Dopasowany filtr można zastosować tylko wtedy, gdy znany jest sygnał główny. Detektor energii można zastosować w sytuacji, gdy sygnał główny jest nieznany, ale jego działanie pogarsza się w przypadku zastosowania krótkiego czasu wykrywania. Ponieważ główną ideą detektora cech jest wykorzystanie cyklostacjonarności sygnału do wykrywania poprzez funkcję korelacji widmowej. Szum jest szerokim sygnałem stacjonarnym i nie ma korelacji, podczas gdy sygnał modulowany jest skorelowany i cyklostacjonarny. Dlatego funkcja korelacji widmowej pozwala rozróżnić energię szumu i energię modulowanego sygnału. W środowisku o niepewnym szumie działanie detektora cech jest lepsze niż detektora energii. Wydajność detektora cech przy niskim stosunku sygnału do szumu jest ograniczona, ma dużą złożoność obliczeniową i wymaga długiego czasu obserwacji. Zmniejsza to przepustowość danych systemu CR. Wraz z rozwojem technologii komunikacji bezprzewodowej zasoby widma stają się coraz bardziej napięte. Ponieważ technologia CR może złagodzić ten problem, zwrócono uwagę na technologię CR w bezprzewodowych sieciach komunikacyjnych, a wiele standardów sieci komunikacji bezprzewodowej wprowadziło kognitywną technologię radiową. Takie jak IEEE 802.11, IEEE 802.22 i IEEE 802.16h. Umowa 802.16h zawiera ważny element dynamicznego wyboru widma, który ma ułatwić WiMAX wykorzystanie pasm częstotliwości radiowych i telewizyjnych, a jej podstawą jest technologia wykrywania widma. W międzynarodowym standardzie IEEE 802.11h dotyczącym bezprzewodowych sieci lokalnych wprowadzono dwie ważne koncepcje: dynamiczny wybór widma (DFS) i kontrolę mocy nadawczej (TPC), a w bezprzewodowych sieciach lokalnych zastosowano radio kognitywne. W standardzie 802.11y technologia multipleksowania z ortogonalnym podziałem częstotliwości (OFDM) jest wykorzystywana w celu zapewnienia różnych opcji przepustowości, które umożliwiają szybkie przełączanie przepustowości. Systemy WLAN (bezprzewodowa sieć lokalna) mogą wykorzystywać cechy OFDM, aby uniknąć unikania poprzez dostosowanie parametrów przepustowości i mocy nadawania. Zakłócaj innych użytkowników pracujących w tym paśmie częstotliwości. Ponieważ bezprzewodowy system światłowodowy ma zalety szerokiego pasma komunikacji światłowodowej i elastycznych właściwości komunikacji bezprzewodowej, jest szeroko stosowany. W ostatnich latach uwagę przykuła transmisja sygnałów kognitywnych WLAN na częstotliwościach radiowych w światłowodzie. Autor literatury [5-6] zaproponował, aby w ramach tej architektury kognitywne sygnały radiowe były transmitowane w systemie ROF, a eksperymenty symulacyjne wykazały, że poprawiono wydajność sieci.
2 Architektura hybrydowego systemu transmisji bezprzewodowej opartego na technologii ROF
Aby zaspokoić potrzeby usług multimedialnych w zakresie transmisji wideo, powstająca technologia światłowodowa (FFTH) stanie się najnowocześniejszą technologią dostępu szerokopasmowego, a pasywna sieć optyczna (PON) stanie się w centrum uwagi, gdy tylko pojawi się na zewnątrz. Ponieważ urządzenia stosowane w sieci PON są urządzeniami pasywnymi, nie wymagają zasilania, są odporne na wpływ zewnętrznych zakłóceń elektromagnetycznych i wyładowań atmosferycznych, zapewniają przejrzystą transmisję usług i charakteryzują się wysoką niezawodnością systemu. Sieci PON obejmują głównie pasywne sieci optyczne z multipleksacją czasu (TDM-PON) i pasywne sieci optyczne z multipleksacją długości fali (WDM-PON). W porównaniu z TDM-PON, WDM-PON charakteryzuje się wyłączną przepustowością dla użytkownika i wysokim bezpieczeństwem, stając się w przyszłości najbardziej potencjalną optyczną siecią dostępową. Rysunek 1 przedstawia schemat blokowy systemu WDM-PON.