S rozvojom komunikačných sietí smerom k širokopásmovému pripojeniu a mobilite integruje systém bezdrôtovej komunikácie s optickými vláknami (ROF) komunikáciu s optickými vláknami a bezdrôtovú komunikáciu, čím naplno využíva výhody širokopásmového pripojenia a proti rušeniu liniek optických vlákien, ako aj bezdrôtovú komunikáciu. . Pohodlné a flexibilné funkcie spĺňajú požiadavky ľudí na širokopásmové pripojenie. Skorá technológia ROF bola určená hlavne na poskytovanie vysokofrekvenčných bezdrôtových prenosových služieb, ako je prenos milimetrových vĺn z optických vlákien. S rozvojom a vyspelosťou technológie ROF ľudia začali študovať hybridné káblové a bezdrôtové prenosové siete, teda systémy bezdrôtovej komunikácie s optickými vláknami (ROF), ktoré poskytujú káblové a bezdrôtové služby súčasne. S rýchlym rozvojom rádiovej komunikácie sa nedostatok zdrojov frekvenčného spektra stáva čoraz výraznejším. Ako zlepšiť využitie spektra v podmienkach obmedzených bezdrôtových zdrojov na zmiernenie rozporu medzi ponukou a dopytom po zdrojoch spektra sa stalo problémom, ktorý treba vyriešiť v oblasti komunikácie. Kognitívne rádio (CR) je inteligentná technológia zdieľania spektra. Môže účinne zlepšiť využívanie zdrojov frekvenčného spektra prostredníctvom „sekundárneho využívania“ autorizovaného frekvenčného spektra a stalo sa hotspotom výskumu v oblasti komunikácií. V bezdrôtovej lokálnej sieti 802.11 [1], metropolitnej sieti 802.16 [2] a mobilnej komunikačnej sieti 3G [3] začali študovať aplikáciu kognitívnej rádiovej technológie na zlepšenie kapacity systému a začali študovať aplikáciu Technológia ROF na dosiahnutie zmiešaného prenosu rôznych obchodných signálov[4]. Bezdrôtové komunikačné siete založené na kognitívnych rádiových optických vláknach, ktoré prenášajú káblové a bezdrôtové signály, sú vývojovým trendom budúcich komunikačných sietí. Hybridný prenosový systém ROF založený na kognitívnej rádiovej technológii čelí mnohým novým výzvam, ako je návrh architektúry siete, návrh vrstvového protokolu, generovanie káblových a bezdrôtových modulovaných signálov založených na viacerých službách, správa siete a identifikácia modulovaných signálov.
1 Kognitívna rádiová technológia
Kognitívne rádio je účinný spôsob, ako vyriešiť nedostatok spektra a nedostatočné využitie spektra. Kognitívne rádio je inteligentný bezdrôtový komunikačný systém. Sníma využitie spektra okolitého prostredia a adaptívne upravuje svoje vlastné parametre prostredníctvom učenia, aby sa dosiahlo efektívne využitie. Zdroje spektra a spoľahlivá komunikácia. Aplikácia kognitívneho rádia je kľúčovou technológiou na realizáciu zdroja spektra od pevného prideľovania po dynamické prideľovanie. V kognitívnom rádiovom systéme, aby sa ochránil oprávnený používateľ (alebo sa stal hlavným používateľom) pred rušením zo strany podriadeného používateľa (alebo používateľa CR), funkciou snímania spektra je vnímať, či existuje oprávnený používateľ. Používatelia kognitívneho rádia môžu dočasne používať frekvenčné pásmo, keď je monitorované, že frekvenčné pásmo používané oprávneným používateľom sa nevyužíva. Keď sa monitoruje, že frekvenčné pásmo oprávneného používateľa je využívané, používateľ CR uvoľní kanál oprávnenému používateľovi, čím sa zabezpečí, že používateľ CR nebude rušiť oprávneného používateľa. Preto má kognitívna bezdrôtová komunikačná sieť nasledujúce hlavné vlastnosti: (1) Primárny užívateľ má absolútnu prioritu prístupu ku kanálu. Na jednej strane, keď oprávnený používateľ neobsadí kanál, sekundárny používateľ má možnosť pristupovať k nečinnému kanálu; keď sa primárny používateľ znova objaví, sekundárny používateľ by mal včas opustiť používaný kanál a vrátiť kanál primárnemu používateľovi. Na druhej strane, keď kanál obsadí hlavný používateľ, podriadený používateľ môže pristupovať ku kanálu bez ovplyvnenia kvality služby hlavného používateľa. (2) Komunikačný terminál CR má funkcie vnímania, riadenia a nastavovania. Po prvé, komunikačný terminál CR môže vnímať frekvenčné spektrum a prostredie kanálov v pracovnom prostredí a určiť zdieľanie a prideľovanie zdrojov spektra podľa určitých pravidiel podľa výsledkov detekcie; na druhej strane komunikačný terminál CR má schopnosť upravovať pracovné parametre online, napríklad meniť parametre prenosu, ako je nosná frekvencia a spôsob modulácie, sa môžu prispôsobiť zmenám v prostredí. V kognitívnych bezdrôtových komunikačných sieťach je kľúčovou technológiou snímanie spektra. Bežne používané algoritmy snímania spektra zahŕňajú detekciu energie, detekciu prispôsobeného filtra a metódy detekcie cyklostacionárnych prvkov. Tieto metódy majú svoje výhody a nevýhody. Výkon týchto algoritmov závisí od predchádzajúcich získaných informácií. Existujúce algoritmy snímania spektra sú: metódy prispôsobeného filtra, detektora energie a detektora vlastností. Prispôsobený filter možno použiť len vtedy, keď je známy hlavný signál. Detektor energie je možné použiť v situácii, keď hlavný signál nie je známy, ale pri použití krátkej doby snímania sa jeho výkon zhoršuje. Pretože hlavnou myšlienkou detektora vlastností je využiť cyklostacionaritu signálu na detekciu pomocou spektrálnej korelačnej funkcie. Šum je široký stacionárny signál a nemá žiadnu koreláciu, zatiaľ čo modulovaný signál je korelovaný a cyklostacionárny. Preto spektrálna korelačná funkcia dokáže rozlíšiť energiu šumu a energiu modulovaného signálu. V prostredí s neistým šumom je výkon detektora vlastností lepší ako výkon detektora energie. Výkon detektora vlastností pri nízkom pomere signálu k šumu je obmedzený, má vysokú výpočtovú zložitosť a vyžaduje dlhý čas pozorovania. Tým sa znižuje dátová priepustnosť systému CR. S rozvojom bezdrôtovej komunikačnej technológie sú zdroje spektra čoraz napätejšie. Pretože technológia CR môže tento problém zmierniť, v bezdrôtových komunikačných sieťach sa venovala pozornosť technológii CR a mnohé štandardy bezdrôtových komunikačných sietí zaviedli technológiu kognitívneho rádia. Napríklad IEEE 802.11, IEEE 802.22 a IEEE 802.16h. V dohode 802.16h je dôležitý obsah dynamického výberu spektra na uľahčenie používania rádiových a televíznych frekvenčných pásiem WiMAX a jej základom je technológia snímania spektra. V medzinárodnom štandarde IEEE 802.11h pre bezdrôtové lokálne siete boli zavedené dva dôležité koncepty: dynamický výber spektra (DFS) a riadenie vysielacieho výkonu (TPC) a kognitívne rádio bolo aplikované na bezdrôtové lokálne siete. V štandarde 802.11y sa používa technológia ortogonálneho frekvenčného multiplexovania (OFDM), ktorá poskytuje rôzne možnosti šírky pásma, čím je možné dosiahnuť rýchle prepínanie šírky pásma. Systémy WLAN (bezdrôtová lokálna sieť) môžu využiť vlastnosti OFDM, aby sa vyhli obchádzaniu nastavením šírky pásma a parametrov vysielacieho výkonu. Rušiť ostatných používateľov pracujúcich v tomto frekvenčnom pásme. Pretože bezdrôtový systém s optickými vláknami má výhody širokej šírky pásma komunikácie s optickými vláknami a flexibilných charakteristík bezdrôtovej komunikácie, je široko používaný. V posledných rokoch vzbudil pozornosť prenos rádiofrekvenčných kognitívnych signálov WLAN v optickom vlákne. Autor literatúry [5-6] navrhol, aby systém ROF Kognitívne rádiové signály boli prenášané pod architektúrou a simulačné experimenty ukázali, že výkon siete sa zlepšil.
2 Architektúra bezdrôtového prenosového systému s hybridným optickým vláknom na báze ROF
S cieľom uspokojiť potreby multimediálnych služieb pre prenos videa sa novovznikajúca technológia FFTH (Fibre-to-the-home) stane špičkovou technológiou širokopásmového prístupu a pasívna optická sieť (PON) sa stane stredobodom pozornosti, keď príde. von. Keďže zariadenia používané v sieti PON sú pasívne zariadenia, nepotrebujú napájanie, môžu byť odolné voči vplyvu vonkajšieho elektromagnetického rušenia a blesku, môžu dosiahnuť transparentný prenos služieb a majú vysokú spoľahlivosť systému. Siete PON zahŕňajú najmä pasívne optické siete s časovým multiplexovaním (TDM-PON) a pasívne optické siete s vlnovou dĺžkou multiplexovania (WDM-PON). V porovnaní s TDM-PON má WDM-PON vlastnosti exkluzívnej užívateľskej šírky pásma a vysokej bezpečnosti, čím sa v budúcnosti stane najpotenciálnejšou sieťou s optickým prístupom. Obrázok 1 zobrazuje blokovú schému systému WDM-PON.