С развитием сетей связи в направлении широкополосной связи и мобильности волоконно-оптическая система беспроводной связи (ROF) объединяет оптоволоконную связь и беспроводную связь, предоставляя в полной мере преимущества широкополосной связи и защиты от помех волоконно-оптических линий, а также беспроводной связи. . Удобные и гибкие функции удовлетворяют спрос людей на широкополосную связь. Ранняя технология ROF в основном была предназначена для предоставления услуг высокочастотной беспроводной передачи, таких как передача по оптоволоконному кабелю миллиметрового диапазона. С развитием и зрелостью технологии ROF люди начали изучать гибридные проводные и беспроводные сети передачи, то есть системы беспроводной оптоволоконной связи (ROF), которые одновременно предоставляют проводные и беспроводные услуги. С быстрым развитием радиосвязи нехватка ресурсов спектра становится все более заметной. Как улучшить использование спектра в условиях ограниченности беспроводных ресурсов, чтобы смягчить противоречие между предложением и спросом на ресурсы спектра, стало проблемой, которую необходимо решить в области связи. Когнитивное радио (CR) — это интеллектуальная технология совместного использования спектра. Он может эффективно улучшить использование ресурсов спектра за счет «вторичного использования» разрешенного спектра и стал центром исследований в области связи. В беспроводной локальной сети 802.11 [1], городской сети 802.16 [2] и сети мобильной связи 3G [3] начали изучать применение технологии когнитивного радио для повышения пропускной способности системы, а также начали изучать применение Технология ROF для смешанной передачи различных бизнес-сигналов[4]. Оптоволоконные беспроводные сети связи на основе когнитивного радио, которые передают проводные и беспроводные сигналы, являются тенденцией развития сетей связи будущего. Гибридная система передачи ROF, основанная на технологии когнитивного радио, сталкивается со многими новыми проблемами, такими как проектирование сетевой архитектуры, разработка протоколов уровня, генерация проводных и беспроводных модулированных сигналов на основе нескольких услуг, управление сетью и идентификация модулированных сигналов.
1 Технология когнитивного радио
Когнитивное радио — это эффективный способ решить проблему нехватки спектра и его недостаточного использования. Когнитивное радио — это интеллектуальная система беспроводной связи. Он определяет использование спектра окружающей среды и адаптивно настраивает свои параметры, обучаясь для достижения эффективного использования. Ресурсы спектра и надежная связь. Применение когнитивного радио является ключевой технологией для реализации ресурса спектра от фиксированного распределения до динамического распределения. В системе когнитивного радио, чтобы защитить авторизованного пользователя (или стать главным пользователем) от помех со стороны подчиненного пользователя (или пользователя CR), функция определения спектра состоит в том, чтобы определить, существует ли авторизованный пользователь. Пользователи когнитивного радио могут временно использовать полосу частот, если будет проверено, что полоса частот, используемая авторизованным пользователем, не используется. Когда отслеживается, что полоса частот авторизованного пользователя используется, пользователь CR освобождает канал авторизованному пользователю, таким образом гарантируя, что пользователь CR не мешает авторизованному пользователю. Таким образом, когнитивная сеть беспроводной связи имеет следующие существенные особенности: (1) Основной пользователь имеет абсолютный приоритет для доступа к каналу. С одной стороны, когда авторизованный пользователь не занимает канал, у вторичного пользователя есть возможность доступа к свободному каналу; когда основной пользователь снова появляется, дополнительный пользователь должен вовремя выйти из используемого канала и вернуть канал основному пользователю. С другой стороны, когда главный пользователь занимает канал, подчиненный пользователь может получить доступ к каналу, не влияя на качество обслуживания главного пользователя. (2) Терминал связи CR имеет функции восприятия, управления и настройки. Во-первых, терминал связи CR может воспринимать частотный спектр и среду канала в рабочей среде и определять совместное использование и распределение ресурсов спектра согласно определенным правилам в соответствии с результатами обнаружения; с другой стороны, терминал связи CR имеет возможность регулировать рабочие параметры в режиме онлайн, например изменять параметры передачи, такие как несущая частота и метод модуляции, которые могут адаптироваться к изменениям в окружающей среде. В когнитивных сетях беспроводной связи распознавание спектра является ключевой технологией. Обычно используемые алгоритмы измерения спектра включают методы обнаружения энергии, обнаружения согласованного фильтра и методы обнаружения циклостационарных характеристик. Эти методы имеют свои преимущества и недостатки. Производительность этих алгоритмов зависит от полученной предварительной информации. Существующими алгоритмами распознавания спектра являются методы согласованного фильтра, детектора энергии и детектора признаков. Согласованный фильтр можно применять только в том случае, если известен основной сигнал. Детектор энергии можно применять в ситуации, когда основной сигнал неизвестен, но его характеристики ухудшаются при использовании короткого времени измерения. Потому что основная идея детектора особенностей заключается в использовании циклостационарности сигнала для обнаружения посредством спектральной корреляционной функции. Шум представляет собой широкий стационарный сигнал и не имеет корреляции, тогда как модулированный сигнал является коррелированным и циклостационарным. Следовательно, спектральная корреляционная функция может различать энергию шума и энергию модулированного сигнала. В среде с неопределенным шумом производительность детектора признаков лучше, чем детектора энергии. Производительность детектора признаков при низком отношении сигнал/шум ограничена, имеет высокую вычислительную сложность и требует длительного времени наблюдения. Это снижает пропускную способность системы CR. С развитием технологий беспроводной связи ресурсы спектра становятся все более напряженными. Поскольку технология CR может облегчить эту проблему, ей уделялось внимание в сетях беспроводной связи, и во многих стандартах сетей беспроводной связи была внедрена технология когнитивного радио. Например, IEEE 802.11, IEEE 802.22 и IEEE 802.16h. В соглашении 802.16h есть важное содержание динамического выбора спектра, облегчающего использование WiMAX радио- и телевизионных диапазонов частот, а его основой является технология определения спектра. В международном стандарте IEEE 802.11h для беспроводных локальных сетей введены две важные концепции: динамический выбор спектра (DFS) и управление мощностью передачи (TPC), а к беспроводным локальным сетям применено когнитивное радио. В стандарте 802.11y технология мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) используется для предоставления различных вариантов полосы пропускания, что позволяет обеспечить быстрое переключение полосы пропускания. Системы WLAN (беспроводная локальная сеть) могут использовать преимущества OFDM, чтобы избежать обхода, регулируя параметры полосы пропускания и мощности передачи. Мешать другим пользователям, работающим в этом диапазоне частот. Поскольку волоконно-оптическая беспроводная система обладает преимуществами широкой полосы пропускания оптоволоконной связи и гибкими характеристиками беспроводной связи, она широко используется. В последние годы внимание привлекла передача радиочастотных когнитивных сигналов WLAN по оптическому волокну. Автор литературы [5-6] предположил, что в системе ROF сигналы когнитивного радио передаются по архитектуре, а имитационные эксперименты показывают, что производительность сети улучшилась.
2 Архитектура гибридной волоконно-оптической системы беспроводной передачи на основе ROF
Чтобы удовлетворить потребности мультимедийных услуг в передаче видео, развивающаяся оптоволокно до дома (FFTH) станет окончательной технологией широкополосного доступа, а пассивная оптическая сеть (PON) окажется в центре внимания, как только она появится. вне. Поскольку устройства, используемые в сети PON, являются пассивными устройствами, они не нуждаются в электропитании, могут быть невосприимчивы к влиянию внешних электромагнитных помех и молний, могут обеспечивать прозрачную передачу услуг и обладают высокой надежностью системы. Сети PON в основном включают в себя пассивные оптические сети с временным уплотнением (TDM-PON) и пассивные оптические сети с мультиплексированием по длине волны (WDM-PON). По сравнению с TDM-PON, WDM-PON обладает характеристиками эксклюзивной полосы пропускания для пользователя и высокой безопасности, что делает его наиболее потенциальной сетью оптического доступа в будущем. На рисунке 1 показана блок-схема системы WDM-PON.