براڈ بینڈ اور نقل و حرکت کی طرف کمیونیکیشن نیٹ ورکس کی ترقی کے ساتھ، آپٹیکل فائبر وائرلیس کمیونیکیشن سسٹم (ROF) آپٹیکل فائبر کمیونیکیشن اور وائرلیس کمیونیکیشن کو مربوط کرتا ہے، جو براڈ بینڈ کے فوائد اور آپٹیکل فائبر لائنوں کے اینٹی انٹرفیس کے ساتھ ساتھ وائرلیس کمیونیکیشن کے فوائد کو بھی پورا کرتا ہے۔ . آسان اور لچکدار خصوصیات لوگوں کی براڈ بینڈ کی مانگ کو پورا کرتی ہیں۔ ابتدائی ROF ٹیکنالوجی بنیادی طور پر اعلی تعدد وائرلیس ٹرانسمیشن کی خدمات فراہم کرنے کے لیے وقف تھی، جیسے ملی میٹر ویو آپٹیکل فائبر ٹرانسمیشن۔ ROF ٹیکنالوجی کی ترقی اور پختگی کے ساتھ، لوگوں نے ہائبرڈ وائرڈ اور وائرلیس ٹرانسمیشن نیٹ ورکس کا مطالعہ کرنا شروع کیا، یعنی آپٹیکل فائبر وائرلیس کمیونیکیشن (ROF) سسٹم جو ایک ہی وقت میں وائرڈ اور وائرلیس خدمات فراہم کرتے ہیں۔ ریڈیو مواصلات کی تیز رفتار ترقی کے ساتھ، سپیکٹرم وسائل کی کمی زیادہ سے زیادہ نمایاں ہو گئی ہے. سپیکٹرم وسائل کی طلب اور رسد کے درمیان تضاد کو دور کرنے کے لیے محدود وائرلیس وسائل کی حالت میں اسپیکٹرم کے استعمال کو کیسے بہتر بنایا جائے، یہ ایک مسئلہ بن گیا ہے جسے مواصلاتی میدان میں حل کرنا ہے۔ کوگنیٹو ریڈیو (CR) ایک ذہین سپیکٹرم شیئرنگ ٹیکنالوجی ہے۔ یہ مجاز سپیکٹرم کے "ثانوی استعمال" کے ذریعے سپیکٹرم کے وسائل کے استعمال کو مؤثر طریقے سے بہتر بنا سکتا ہے، اور مواصلات کے میدان میں ایک تحقیقی ہاٹ سپاٹ بن گیا ہے۔ 802.11 وائرلیس لوکل ایریا نیٹ ورک [1] میں، 802.16 میٹروپولیٹن ایریا نیٹ ورک [2] اور 3G موبائل کمیونیکیشن نیٹ ورک [3] نے نظام کی صلاحیت کو بہتر بنانے کے لیے علمی ریڈیو ٹیکنالوجی کے اطلاق کا مطالعہ شروع کر دیا ہے، اور اس کے اطلاق کا مطالعہ کرنا شروع کر دیا ہے۔ مختلف کاروباری سگنلز کی مخلوط ٹرانسمیشن حاصل کرنے کے لیے ROF ٹیکنالوجی[4]۔ علمی ریڈیو پر مبنی آپٹیکل فائبر وائرلیس کمیونیکیشن نیٹ ورکس جو وائرڈ اور وائرلیس سگنلز منتقل کرتے ہیں مستقبل کے کمیونیکیشن نیٹ ورکس کی ترقی کا رجحان ہیں۔ علمی ریڈیو ٹیکنالوجی پر مبنی ہائبرڈ ٹرانسمیشن ROF سسٹم کو بہت سے نئے چیلنجز کا سامنا ہے، جیسے کہ نیٹ ورک آرکیٹیکچر ڈیزائن، پرت پروٹوکول ڈیزائن، متعدد سروسز پر مبنی وائرڈ اور وائرلیس ماڈیولڈ سگنلز کی تخلیق، نیٹ ورک مینجمنٹ، اور ماڈیولڈ سگنلز کی شناخت۔
1 علمی ریڈیو ٹیکنالوجی
علمی ریڈیو سپیکٹرم کی کمی اور اسپیکٹرم کے کم استعمال کو حل کرنے کا ایک مؤثر طریقہ ہے۔ علمی ریڈیو ایک ذہین وائرلیس مواصلاتی نظام ہے۔ یہ ارد گرد کے ماحول کے سپیکٹرم کے استعمال کو محسوس کرتا ہے اور موثر استعمال کو حاصل کرنے کے لیے سیکھنے کے ذریعے اپنے پیرامیٹرز کو موافقت کے ساتھ ایڈجسٹ کرتا ہے۔ سپیکٹرم وسائل اور قابل اعتماد مواصلات۔ علمی ریڈیو کا اطلاق سپیکٹرم کے وسائل کو فکسڈ ایلوکیشن سے ڈائنامک ایلوکیشن تک سمجھنے کے لیے ایک کلیدی ٹیکنالوجی ہے۔ علمی ریڈیو سسٹم میں، ایک مجاز صارف (یا ماسٹر صارف بننے) کو غلام صارف (یا CR صارف) کی مداخلت سے بچانے کے لیے، سپیکٹرم سینسنگ کا کام یہ جاننا ہے کہ آیا کوئی مجاز صارف موجود ہے۔ سنجشتھاناتمک ریڈیو کے صارفین عارضی طور پر فریکوئنسی بینڈ استعمال کر سکتے ہیں جب یہ مانیٹر کیا جاتا ہے کہ مجاز صارف کے ذریعے استعمال کردہ فریکوئنسی بینڈ استعمال نہیں کیا جا رہا ہے۔ جب یہ مانیٹر کیا جاتا ہے کہ مجاز صارف کا فریکوئنسی بینڈ استعمال میں ہے، تو CR صارف چینل کو مجاز صارف کو جاری کرتا ہے، اس طرح یہ یقینی بناتا ہے کہ CR صارف مجاز صارف کے ساتھ مداخلت نہیں کرتا ہے۔ لہذا، علمی وائرلیس کمیونیکیشن نیٹ ورک میں درج ذیل نمایاں خصوصیات ہیں: (1) بنیادی صارف کو چینل تک رسائی کی مطلق ترجیح حاصل ہے۔ ایک طرف، جب مجاز صارف چینل پر قبضہ نہیں کرتا ہے، ثانوی صارف کو بیکار چینل تک رسائی کا موقع ملتا ہے۔ جب بنیادی صارف دوبارہ ظاہر ہوتا ہے، ثانوی صارف کو وقت کے ساتھ استعمال میں آنے والے چینل سے باہر نکلنا چاہیے اور چینل کو بنیادی صارف کو واپس کرنا چاہیے۔ دوسری طرف، جب ماسٹر صارف چینل پر قبضہ کر لیتا ہے، غلام صارف ماسٹر صارف کی سروس کے معیار کو متاثر کیے بغیر چینل تک رسائی حاصل کر سکتا ہے۔ (2) CR کمیونیکیشن ٹرمینل میں ادراک، انتظام اور ایڈجسٹمنٹ کے کام ہوتے ہیں۔ سب سے پہلے، سی آر کمیونیکیشن ٹرمینل کام کرنے والے ماحول میں فریکوئنسی اسپیکٹرم اور چینل کے ماحول کو سمجھ سکتا ہے، اور پتہ لگانے کے نتائج کے مطابق مخصوص اصولوں کے مطابق سپیکٹرم وسائل کی تقسیم اور تقسیم کا تعین کر سکتا ہے۔ دوسری طرف، CR کمیونیکیشن ٹرمینل آن لائن کام کرنے والے پیرامیٹرز کو ایڈجسٹ کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے، جیسے کہ ٹرانسمیشن پیرامیٹرز کو تبدیل کرنا جیسے کیریئر فریکوئنسی اور ماڈیولیشن کا طریقہ ماحول میں ہونے والی تبدیلیوں کے مطابق ہو سکتا ہے۔ علمی وائرلیس مواصلاتی نیٹ ورکس میں، سپیکٹرم سینسنگ ایک کلیدی ٹیکنالوجی ہے۔ عام طور پر استعمال ہونے والے اسپیکٹرم سینسنگ الگورتھم میں توانائی کا پتہ لگانے، مماثل فلٹر کا پتہ لگانے، اور سائکلسٹیشنری فیچر کا پتہ لگانے کے طریقے شامل ہیں۔ ان طریقوں کے اپنے فوائد اور نقصانات ہیں۔ ان الگورتھم کی کارکردگی کا انحصار پہلے سے حاصل کردہ معلومات پر ہے۔ موجودہ سپیکٹرم سینسنگ الگورتھم یہ ہیں: مماثل فلٹر، انرجی ڈیٹیکٹر اور فیچر ڈیٹیکٹر کے طریقے۔ مماثل فلٹر صرف اس وقت لاگو کیا جا سکتا ہے جب اہم سگنل معلوم ہو۔ انرجی ڈیٹیکٹر کو اس صورت حال پر لاگو کیا جا سکتا ہے جہاں اہم سگنل نامعلوم ہے، لیکن اس کی کارکردگی خراب ہو جاتی ہے جب مختصر سینسنگ ٹائم استعمال کیا جاتا ہے۔ کیونکہ فیچر ڈیٹیکٹر کا بنیادی خیال سپیکٹرل ارتباط کے فنکشن کے ذریعے پتہ لگانے کے لیے سگنل کی سائکلوسٹیشناریٹی کا استعمال کرنا ہے۔ شور ایک وسیع سٹیشنری سگنل ہے اور اس کا کوئی تعلق نہیں ہے، جبکہ ماڈیولڈ سگنل باہم مربوط اور سائیکلسٹیشنری ہے۔ لہذا، سپیکٹرل ارتباط کا فعل شور کی توانائی اور ماڈیولڈ سگنل کی توانائی میں فرق کر سکتا ہے۔ غیر یقینی شور والے ماحول میں، فیچر ڈیٹیکٹر کی کارکردگی انرجی ڈیٹیکٹر سے بہتر ہے۔ کم سگنل ٹو شور کے تناسب کے تحت فیچر ڈیٹیکٹر کی کارکردگی محدود ہے، زیادہ کمپیوٹیشنل پیچیدگی ہے، اور طویل مشاہدے کا وقت درکار ہے۔ یہ CR سسٹم کے ڈیٹا تھرو پٹ کو کم کرتا ہے۔ وائرلیس مواصلاتی ٹیکنالوجی کی ترقی کے ساتھ، سپیکٹرم وسائل زیادہ سے زیادہ کشیدہ ہوتے جا رہے ہیں۔ چونکہ CR ٹیکنالوجی اس مسئلے کو دور کر سکتی ہے، اس لیے وائرلیس کمیونیکیشن نیٹ ورکس میں CR ٹیکنالوجی پر توجہ دی گئی ہے، اور بہت سے وائرلیس کمیونیکیشن نیٹ ورک کے معیارات نے علمی ریڈیو ٹیکنالوجی متعارف کرائی ہے۔ جیسے IEEE 802.11، IEEE 802.22 اور IEEE 802.16h۔ 802.16h کے معاہدے میں، WiMAX کے ریڈیو اور ٹیلی ویژن فریکوئنسی بینڈ کے استعمال میں سہولت فراہم کرنے کے لیے متحرک سپیکٹرم کے انتخاب کا ایک اہم مواد موجود ہے، اور اس کی بنیاد سپیکٹرم سینسنگ ٹیکنالوجی ہے۔ وائرلیس لوکل ایریا نیٹ ورکس کے لیے IEEE 802.11h بین الاقوامی معیار میں، دو اہم تصورات متعارف کرائے گئے ہیں: ڈائنامک اسپیکٹرم سلیکشن (DFS) اور ٹرانسمٹ پاور کنٹرول (TPC)، اور کوگنیٹو ریڈیو کو وائرلیس لوکل ایریا نیٹ ورکس پر لاگو کیا گیا ہے۔ 802.11y معیار میں، آرتھوگونل فریکوئنسی ڈویژن ملٹی پلیکسنگ (OFDM) ٹیکنالوجی کا استعمال مختلف قسم کے بینڈوتھ کے اختیارات فراہم کرنے کے لیے کیا جاتا ہے، جو تیزی سے بینڈوتھ سوئچنگ حاصل کر سکتی ہے۔ WLAN (وائرلیس لوکل ایریا نیٹ ورک) سسٹمز OFDM کی خصوصیات سے فائدہ اٹھا سکتے ہیں تاکہ بینڈوڈتھ اور ٹرانسمٹ پاور پیرامیٹرز کو ایڈجسٹ کرکے اجتناب سے بچ سکیں۔ اس فریکوئنسی بینڈ میں کام کرنے والے دوسرے صارفین کے ساتھ مداخلت کریں۔ چونکہ آپٹیکل فائبر وائرلیس سسٹم میں وسیع آپٹیکل فائبر کمیونیکیشن بینڈوڈتھ اور وائرلیس کمیونیکیشن کی لچکدار خصوصیات کے فوائد ہیں، اس لیے یہ وسیع پیمانے پر استعمال ہوتا رہا ہے۔ حالیہ برسوں میں، آپٹیکل فائبر میں ریڈیو فریکوئنسی علمی WLAN سگنلز کی ترسیل نے توجہ مبذول کی ہے۔ ادب کے مصنف [5-6] نے تجویز پیش کی کہ آر او ایف سسٹم کوگنیٹو ریڈیو سگنلز کو فن تعمیر کے تحت منتقل کیا جاتا ہے، اور نقلی تجربات سے پتہ چلتا ہے کہ نیٹ ورک کی کارکردگی بہتر ہوئی ہے۔
2 ROF پر مبنی ہائبرڈ آپٹیکل فائبر وائرلیس ٹرانسمیشن سسٹم کا فن تعمیر
ویڈیو ٹرانسمیشن کے لیے ملٹی میڈیا سروسز کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے، ابھرتی ہوئی فائبر ٹو دی ہوم (FFTH) براڈ بینڈ تک رسائی کی حتمی ٹیکنالوجی بن جائے گی، اور غیر فعال آپٹیکل نیٹ ورک (PON) اس کے آنے کے بعد توجہ کا مرکز بن گیا ہے۔ باہر چونکہ PON نیٹ ورک میں استعمال ہونے والے آلات غیر فعال آلات ہیں، انہیں بجلی کی فراہمی کی ضرورت نہیں ہے، وہ بیرونی برقی مقناطیسی مداخلت اور بجلی کے اثر سے محفوظ رہ سکتے ہیں، خدمات کی شفاف ترسیل حاصل کر سکتے ہیں، اور اعلی نظام کی وشوسنییتا رکھتے ہیں۔ PON نیٹ ورکس میں بنیادی طور پر ٹائم ڈویژن ملٹی پلیکسنگ غیر فعال آپٹیکل نیٹ ورک (TDM-PON) اور ویو لینتھ ڈویژن ملٹی پلیکسنگ غیر فعال آپٹیکل نیٹ ورک (WDM-PON) شامل ہیں۔ TDM-PON کے مقابلے میں، WDM-PON میں صارف کی خصوصی بینڈوتھ اور اعلی سیکورٹی کی خصوصیات ہیں، جو مستقبل میں سب سے زیادہ ممکنہ آپٹیکل رسائی نیٹ ورک بن جائے گی۔ شکل 1 WDM-PON سسٹم کا بلاک ڈایاگرام دکھاتا ہے۔