Kognitiv radio

En kognitiv radio er en intelligent radio, der kan programmeres og konfigureres dynamisk. Dens transceiver er designet til at bruge de bedste trådløse kanaler i dets nærhed. Sådan en radio registrerer automatisk tilgængelige kanaler i trådløse spektrum, så derfor ændrer dens parametre transmissions- eller modtagelse at tillade flere samtidige trådløs kommunikation i et givet frekvensbånd på ét sted. Denne proces er en form for dynamisk frekvensforvaltning.

Beskrivelse

Som svar på operatørens kommandoer, den kognitive motoren er i stand til at konfigurere radio-systemparametre. Disse parametre omfatter "bølgeform, protokol, drift frekvens, og networking". Dette fungerer som en selvstændig enhed i kommunikationsmiljø, udveksle oplysninger om miljøet med de netværk den adgang til og andre kognitive radioer. En CR "overvåger sin egen præstation kontinuerligt", ud over "at læse radioens output"; det bruger derefter disse oplysninger til at "bestemme RF miljø, kanal betingelser, link ydeevne osv", og justerer de "radio indstillinger til at levere den krævede servicekvalitet underlagt en passende kombination af brugerkrav, operationelle begrænsninger og lovgivningsmæssige begrænsninger ".

Nogle "kloge radio" forslag kombinerer trådløst mesh-netværk dynamisk skiftende stien beskeder tage mellem to givne knuder hjælp kooperativ mangfoldighed; kognitiv radio dynamisk ændring af frekvensbånd, som meddelelser mellem to på hinanden følgende knudepunkter på vejen; og software-defineret radio dynamisk ændre protokol, der bruges ved besked mellem to på hinanden følgende noder.

JH Snider, Lawrence Lessig, David Weinberger, og andre siger, at lav effekt "smart" radio er i sagens natur bedre end standard broadcast radio.

Historie

Begrebet kognitiv radio blev først foreslået af Joseph Mitola III i et seminar på KTH i 1998 og offentliggjort i en artikel af Mitola og Gerald Q. Maguire, Jr. i 1999. Det var en ny tilgang i trådløs kommunikation, som Mitola senere beskrevet som:

Kognitiv radio betragtes som et mål i retning af hvilken en software-defineret radio platform bør udvikle sig: en fuldt rekonfigurerbar trådløs transceiver, som automatisk tilpasser sine kommunikationsparametre at netværke og brugernes krav.

Traditionelle regulerende strukturer er blevet bygget til en analog model og er ikke optimeret til kognitiv radio. Tilsynsorganer i verden samt forskellige uafhængige målekampagner konstateret, at de fleste radiofrekvensspektret ineffektivt blev udnyttet. Mobilnetværk bands er overbelastet i de fleste dele af verden, men andre frekvensbånd er utilstrækkeligt udnyttet. Uafhængige undersøgelser udført i nogle lande har bekræftet, at observation, og konkluderede, at udnyttelse spektrum afhænger af tid og sted. Desuden allokering fast spektrum forhindrer sjældent brugte frekvenser bliver brugt, selv når eventuelle brugere uden licens ikke vil medføre mærkbare forstyrrelser af den tildelte tjeneste. Tilsynsorganer i verden har overvejet om du vil tillade brugere uden licens i licens bands, hvis de ikke vil medføre nogen interferens for licenserede brugere. Disse initiativer har fokuseret kognitiv radio forskning i dynamisk adgang spektrum.

Terminologi

Afhængig af transmissions- og modtagelse parametre, er der to hovedtyper af kognitiv radio:

  • Fuld Cognitive Radio, hvor alle mulige parameter ses af en trådløs node betragtes.
  • Spectrum-Sensing Cognitive Radio, hvor kun radiofrekvensspektret overvejes.

Andre typer er afhængige dele af spektret til rådighed for kognitiv radio:

  • Licenseret-Band Cognitive Radio, er i stand til ved hjælp af bånd tildelt licenserede brugere, som vil operere på ubrugte tv-kanaler.
  • Ulicenseret-Band Cognitive Radio, som kun kan udnytte uautoriserede dele af radiofrekvensspektret. Et sådant system er beskrevet i IEEE 802.15 Task Group 2 specifikationer, som fokuserer på sameksistens mellem IEEE 802.11 og Bluetooth.
  • Spectrum mobilitet: Proces, ved hvilken en kognitiv-radio bruger ændrer hyppigheden af ​​drift. Kognitiv-radionetværk til formål at bruge spektret i en dynamisk måde ved at tillade radioterminaler at operere i den bedste tilgængelige frekvensbånd, vedligeholdelse sømløse kommunikation krav under overgange til bedre spektrum.
  • Spectrum deling: Spectrum deling kognitive radionetværk tillader kognitive radio brugere at dele de frekvensbånd for de licens-band brugere. Men de kognitive radio brugerne har til at begrænse deres sendeeffekt, så interferens til den licenserede-band brugere holdes under en vis grænse.
  • Sensing-baserede Spectrum deling: I sensing-baserede deling spektrum kognitiv radionet, kognitive radio brugerne først lytte til spektret allokeret til de licenserede brugere at opdage tilstanden af ​​de licenserede brugere. Baseret på resultaterne afsløring, kognitive radio brugere beslutter deres transmissions- strategier. Hvis de licenserede brugere ikke bruger bands, vil kognitive radio brugere transmission over disse bands. Hvis de licenserede brugere er ved hjælp af de bands, kognitive radio brugere deler de frekvensbånd med de licenserede brugere ved at begrænse deres sendeeffekt.

Teknologi

Selvom kognitiv radio oprindeligt var tænkt som en software-defineret radio forlængelse, de fleste forskning fokuserer på spektrum-sensing kognitiv radio. Den ledende problem i spektrum-sensing kognitiv radio er at designe høj kvalitet spektrum-sensing udstyr og algoritmer til udveksling spektrum-sensing data mellem noder. Det er blevet vist, at en simpel energi detektor ikke kan garantere nøjagtig detektering af signal tilstedeværelse, der opfordrer til mere sofistikerede spektrum sensing teknikker og kræve oplysninger om spektrum sensing skal regelmæssigt udveksles mellem noder. Forøgelse af antallet af samarbejdende sensing noder nedsætter sandsynligheden for falsk detektion.

Påfyldning gratis RF bands adaptivt, hjælp OFDMA, er en mulig tilgang. Timo A. Weiss og Friedrich K. Jondral fra University of Karlsruhe foreslog et spektrum pooling system, hvor frie bånd blev straks fyldt af OFDMA underbånd. Anvendelser af spektrum-sensing kognitiv radio omfatter akut-netværk og WLAN højere gennemløb og transmission afstande udvidelser. Udviklingen i kognitiv radio mod kognitive netværk er i gang; begrebet kognitive netværk er at intelligent organisere et netværk af kognitive radioer.

Funktioner

De vigtigste funktioner i kognitive radioer er:

  • Power Control: Strøm styring bruges til både opportunistisk tilgang til frekvenser og deling spektrum CR-systemer til at finde cut-off-niveau i SNR støtter tildelingen kanalen og pålægge interferens effektgrænserne for den primære brugers beskyttelse hhv.
  • Spectrum sensing: Afsløring ubrugt spektrum og dele det, uden skadelig interferens for andre brugere; et vigtigt krav for den kognitive-radionettet at fornemme tom spektrum. Afsløring primære brugere er den mest effektive måde at opdage tomme spektrum. Spectrum-sensing teknikker kan inddeles i tre kategorier:
    • Transmitter detektion: Kognitive radioer skal have mulighed for at afgøre, om et signal fra en primær sender er lokalt til stede i en bestemt spektrum. Der er flere foreslåede tilgange til senderens afsløring:
      • Matchede filter detektion
      • Energi detektion: Energi opdagelse er et spektrum Målemetode der detekterer tilstedeværelsen / fraværet af et signal lige ved at måle den modtagne signaleffekt. Dette signal afsløring tilgang er ganske nemt og bekvemt for den praktiske gennemførelse. At gennemføre energi-detektor, dog kræves perfekt støjvarians oplysninger. Og overraskende, når der er støj usikkerhed, der er en SNR væg under hvilken energien detektoren ikke pålideligt kan detektere eventuelle transmitterede signal. I en ny energi baseret spektrum sensing algoritme med støjvarians usikkerhed foreslås. Denne algoritme lider ikke af SNR væg og overgår de eksisterende signal detektorer. Og vigtigst af alt, forholdet mellem energi-detektor og som af kvantificeres analytisk. Også når støjen varians er kendt perfekt disse to energi detektorer opnå samme sandsynlighed for påvisning og falske alarmer satser.
      • Cyclostationary-funktion afsløring: Denne type spektrum sensing algoritmer er motiveret, fordi de fleste af menneskeskabte kommunikations signaler såsom BPSK, QPSK, AM, OFDM udviser cyclistationary adfærd. Men støj signaler ikke oplever denne adfærd. Disse detektorer er robuste mod støj varians usikkerhed. Formålet med sådanne detektorer er at udnytte cyclostationary karakter menneskeskabte kommunikationssignaler begravet i støj. Cyclostationary detetors kan enten være enkelt cyklus eller multicycle cyclostatonary.
        • Enkelt cyklus detektorer: Disse detektorer udnytte eksistensen af ​​det udsendte signal blot ved at overveje en cyklisk frekvens placering.
        • Multicycle detektorer: I denne detektor, er mange cykliske frekvens steder undersøgt for at detektere tilstedeværelsen eller fraværet af transmitterede signaler. Som denne detektorer anser mange muligheder, er det som regel giver bedre ydeevne sammenlignet med den enkelt cyklus detecor. Men det er på bekostning af yderligere kompleksitet. Kan findes en lav kompleksitet multicycle cyclostationary tilgang til at opdage OFDM signaler.
      • Moment baseret detektor: Ligesom i Cyclostationary detektorer, forskellige menneskeskabte signaler såsom BPSK, QPSK, M-ary QAM signaler har også forskellige n & gt; 2th øjeblik værdier end det hvide støj. Øjeblikket baseret detektor udnytter denne adfærd til kontrol af tilstedeværelse eller fravær af det transmitterede signal. For at fjerne virkningerne af støjvarians usikkerhed, vil simpel kvotientkriteriet arbejde som i.
  • Bredbåndsspektret sensing: refererer til spektrum sensing over store spektral båndbredde, typisk flere hundrede MHz eller endda flere GHz. Da nuværende ADC-teknologi ikke har råd til den høje samplingfrekvens med høj opløsning, kræver det revolutional teknikker, fx trykstyrke sensing og sub-Nyquist sampling.
    • Cooperative afsløring: Henviser til spektrum-sensing metoder, hvor oplysninger fra flere kognitiv radio brugere er inkorporeret til primær bruger afsløring
    • Interferens-baseret detektion
  • Null-rumbaserede CR: Ved hjælp af flere antenner, CR registrerer null-rum for den primære bruger og derefter sende inden for denne null-rum, således at dets efterfølgende transmission forårsager mindre interferens til den primære bruger
  • Spectrum management: Optagelse den bedste tilgængelige spektrum at opfylde brugernes kommunikation krav, uden at skabe unødig interferens for andre brugere. Kognitive radioer bør træffe afgørelse om den bedste frekvensbånd for at opfylde krav til tjenesters kvalitet; Derfor bliver spektrum-ledelsesfunktioner kræves for kognitive radioer. Spectrum-ledelsesfunktioner er klassificeret som:
    • Spektralanalyse
    • Spectrum beslutning

 Den praktiske gennemførelse af spektrum-ledelsesfunktioner er et komplekst og mangefacetteret problem, da det skal løse en række tekniske og juridiske krav. Et eksempel på førstnævnte er at vælge en passende sensing tærskel til at opdage andre brugere, mens sidstnævnte er eksemplificeret ved behovet for at opfylde de regler og forskrifter, der er fastsat for at få adgang radiofrekvenser i international og national lovgivning.

Kognitiv radio versus intelligent antenne

En intelligent antenne er en antenne teknologi, der bruger rumlige stråle-dannelse og rumlig kodning for at annullere indblanding; er det imidlertid opstå forlænges med en intelligent multiple eller kooperative-antennearray, således at den anvendes på de seneste komplekse kommunikation miljøer. På den anden side, kognitiv radio tillader brugerterminaler at fornemme, om en del af spektret bliver brugt til at dele spektrum med nabo-brugere. I følgende tabel sammenlignes de to:

Bemærk at begge teknikker kan kombineres som vist i mange nu en dag transmission scenarier

Applikationer

CR kan fornemme sit miljø, og uden indgriben fra brugeren, kan tilpasse sig brugerens kommunikationsbehov, samtidig er i overensstemmelse med FCC-reglerne i USA. I teorien, mængden af ​​spektret er uendelig; praktisk, til formering og andre grunde er det endelig på grund af det ønskelige i visse spektrumpartier. Tildelt spektrum langt fra er fuldt udnyttet, og effektiv brug spektret er en voksende bekymring; CR tilbyder en løsning på dette problem. En CR kan intelligent detektere, om en hvilken som helst del af spektret er i brug, og kan midlertidigt bruge det uden at forstyrre de transmissioner af andre brugere. Ifølge Bruce Fette, at "Nogle af radioens andre kognitive evner omfatter bestemmelse af dets placering, sensing frekvensanvendelse ved nabolandet enheder, ændre frekvens, justere udgangseffekt eller endda ændre transmission parametre og karakteristika. Alle disse kapaciteter, og andre, endnu ikke realiseret vil give trådløse spektrum brugerne mulighed for at tilpasse sig til real-time spektrum betingelser, der tilbyder regulatorer, licenser og offentligheden fleksibel, effektiv og omfattende udnyttelse af spektret ".

Simulering af CR Networks

På nuværende tidspunkt, modellering og simulering er den eneste paradigme, som tillader simulering af komplekse adfærd i miljøerne kognitive radionet. Netværk simulatorer som OPNET, NetSim og NS2 kan bruges til at simulere en Kognitiv radionetværk. Forskningsområder hjælp Network simulatorer omfatter a) Spectrum Sensing & amp; etablerede afsløring b) Spectrum Tildeling og c) Måling og modellering af frekvensanvendelse.

Fremtidsplaner

Succesen af ​​licensfri bånd i imødekommende en række trådløse enheder og tjenester har ført FCC til at overveje at åbne yderligere bånd til licensfri brug. I modsætning hertil er de licenserede bands underudnyttet på grund af frekvens fordeling statisk. Indså, at CR-teknologi har potentiale til at udnytte de ineffektivt anvendte licens bands uden at forårsage interferens for etablerede brugere, FCC udgivet en meddelelse om foreslåede regel Making, som ville gøre det muligt uden licens radioer til at operere på de TV-broadcast bands. IEEE 802,22 arbejdsgruppe, dannet i november 2004, har til opgave at definere radiogrænsefladestandard for trådløse regionale netværk til driften af ​​uautoriserede enheder i spektret allokeret til tv-tjeneste.

  0   0
Forrige artikel Daniel Weinreb
Næste artikel A.P. Indy

Kommentarer - 0

Ingen kommentar

Tilføj en kommentar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tegn tilbage: 3000
captcha