Upload
others
View
0
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Cuprins
Capitolul 1
Introducere.....................................................................................................................................3
Capitolul 2
Tehnica Sistemelor Radio Cognitiv..............................................................................................6
2.1 Definirea tehnicii Radio Cognitiv............................................................................ 7
2.1.1 Arhitectura fizică a radioului cognitiv ----------------------------------------------- 9
2.1.2 Capacitatea Cognitivă -----------------------------------------------------------------12
2.1.3 Reconfigurabilitatea -------------------------------------------------------------------13
2.2 Arhitectura rețelei de nouă generație ..................................................................... 14
2.2.1 Reţeaua de generaţie nouă în banda licenţiată -------------------------------------17
2.2.2 Reţeaua de generaţie nouă în banda nelicenţiată ----------------------------------18
2.3 Evoluția sistemului radio cognitiv ......................................................................... 19
2.3.1 Radio definit prin software (SDR)---------------------------------------------------19
2.3.2 Trecerea la Radio Cognitiv -----------------------------------------------------------19
2.3.3 Spectru radio comun -------------------------------------------------------------------19
2.4 Modele Radio Cognitiv.......................................................................................... 21
2.4.1 Modele cu interferență cunoscută----------------------------------------------------21
2.4.2 Modele cu întrețesere (evitare a interferenței) -------------------------------------23
2.4.2.1 Modelul dublei stări.................................................................................. 23
2.4.3 Tehnici de bandă îngustă --------------------------------------------------------------26
2.4.3.1 Salt de Frecvență (Frequency Hopping):.................................................. 26
2.4.3.2 Urmărirea Frecvenței (Frequency Tracking):........................................... 26
2.4.4 Tehnici de bandă largă-----------------------------------------------------------------28
2.4.4.1 Codarea Frecvenței (Frequency Coding): ................................................ 28
Capitolul 3
Funcţiile Sistemelor Radio Cognitiv ..........................................................................................29
3. 1 Managementul Spectrului ..................................................................................... 29
3.1.1 Analiza spectrală -------------------------------------------------------------------------29
3.1.2 Decizia spectrală ----------------------------------------------------------------------31
2
3.1.3 Provocările managementului spectral------------------------------------------------32
3.2 Mobilitatea spectrală.............................................................................................. 33
3.2.1 Spectrul de transfer al unei transmisiuni de pe un canal pe altul ---------------34
3.2.2 Provocările mobilităţii spectrului în reţele de generaţie nouă ------------------35
3.3 Împărţirea spectrală .............................................................................................. 36
3.3.1 Tehnici folosite pentru împărţirea spectrului -----------------------------------------37
3.3.2 Împărţirea spectrală Inter-Reţea--------------------------------------------------------39
3.3.1.1 Împărţirea spectrală centralizată inter-reţea ............................................. 39
3.3.1.2 Împărţirea spectrală distribuită inter-reţea ............................................... 40
3.3.2 Împărţirea spectrală intra-reţea --------------------------------------------------------41
3.3.2.1 Împărţirea spectrală intra-reţea cooperativă ............................................. 41
3.3.2.2 Împărţirea spectrală intra-reţea non-cooperativă...................................... 42
3.4 Canalul de control comun...................................................................................... 43
Capitolul 4
Detecția spectrală.........................................................................................................................44
4.1 Definirea spectrului disponibil .............................................................................. 44
4.2 Detecția non-cooperativă ....................................................................................... 45
4.2.1 Detectorul de energie ------------------------------------------------------------------46
4.2.2 Detecția filtrului potrivit --------------------------------------------------------------48
4.2.3 Detecția caracteristicilor ciclostaționare --------------------------------------------49
4.2.4 Concluzii --------------------------------------------------------------------------------51
4.3 Detecția cooperativă .............................................................................................. 53
4.3.1 Detecția de bandă largă----------------------------------------------------------------54
4.3.2 Scheme de detecție cooperativă de bandă îngustă cu centru de fuziune -------55
4.3.2.1 Fuziunea cu decizie hard .......................................................................... 57
4.3.2.2 Combinarea rezumatelor statistice (decizia soft) ..................................... 58
Capitolul 5
Rezultate experimentale și concluzii ................................ Eroare! Marcaj în document nedefinit. 5.1 Concluzii finale........................................Eroare! Marcaj în document nedefinit.
Anexe................................................................................... Eroare! Marcaj în document nedefinit.
Listă de termeni și abrevieri .......................................................................................................63
Bibliografie ...................................................................................................................................65
3
Capitolul 1
Introducere
Răspândirea tot mai mare a tehnologiilor wireless a declanșat o cerere uriașă pentru
bandă care este așteptată să crească foarte puternic in viitor. Licențierea spectrului a fost
abordarea tradițională pentru a asigura co-existența diferitelor sisteme wireless. Însă, după
mulți ani de alocare spectrală pentru a satisface cererea tot mai mare, diagrama de frecvențe
alocate arată acum un spectru foarte aglomerat cu majoritatea benzilor de frecvență deja
alocate unor utilizatori licențiați (primari) pentru anumite servicii specifice.
Noile evoluții in tehnologiile fără fir permit azi capacități de download de 1-10Mbps.
În câțiva ani, această capacitate se va extinde la aproape 100Mbps și apoi va evolua către
1Gbps in următoarea decadă. Această abilitate de procesare a datelor la viteze foarte mari va
permite utilizatorilor să gestioneze informații audio, video, foto de înaltă calitate. Însă, este
prevăzut dacă aceste sisteme performante vor fi raspândite, lipsa spectrului adițional va
deveni o limitare serioasă.
Tehnologiile CDMA avansate, cum ar fi HSDPA oferă eficiență spectrală de ordinul
a 1 bit/secundă/Hz. Cu tehnologii OFDM si tehnici MIMO, se prevede o creștere la
aproximativ 3-4 biți/secundă/Hz. Serviciile de voce de astăzi necesită aproximativ 10kbps,
așa ca este ușor de ințeles de ce utilizatorii de date ar putea avea nevoie de 100-1000 de ori
mai multă capacitate decat utilizatorii de voce. Dacă interfețele radio pot fi făcute de 4 ori
mai eficiente decât sunt astăzi, asta înseamnă că va fi nevoie de o crestere de 25-250 de ori a
spectrului disponibil. Există numeroase argumente că aceste sisteme vor fi viabile cu mai
puțin spectru decât această predicție agresivă, este foarte clar că vor fi necesare foarte mari
cantități de spectru adițional.
Desigur, găsirea acestor benzi frecvențiale din spectru reprezintă o provocare
semnificativă. În majoritatea țărilor dezvoltate, cea mai mare parte a spectrului este deja
alocată. În plus, limitările asupra mărimii antenelor si caracteristicile de propagare a undelor
electromagnetice limitează spectrul utilizabil al terminalelor celulare de la câteva sute de
Mhz la aproape 3Ghz. Sistemul radio cognitiv, ca scop al acestei lucrări, își propune să ofere
o posibilă soluție care poate crește dramatic cantitatea de spectru disponibilă operatorilor de
rețele si utilizatorilor individuali.
O intrebare firească ce apare este dacă există loc in acest spectru licențiat pentru a
face loc unor utilizatori ne-licențiați (secundari) fără a întrerupe comunicațiile utilizatorilor
4
primari, licențiați, ai spectrului. În sens larg, termenul de ‚radio cognitiv’ se referă la
diversele soluții la această problemă care caută, să suprapună sau să împletească semnalul
secundar cu cel al utilizatorilor primari ai spectrului în așa manieră încât aceștia să fie cât
mai puțin afectați pe cât posibil.
Ne apropiem oare de limita capacității spectrului radio? Măsurători făcute de către
Comisia Federală pentru Comunicații a guvernului american, FCC, au relevat faptul că la un
moment dat de timp intr-o anumită locație, o parte mare din spectrul atât de dorit este
nefolosit. Acest paradox relevă faptul că neajunsul rezultă din politicile de management
spectral, decât din lipsa fizică a frecvențelor utilizabile. În mod analog față de un sistem
TDMA cu trafic in rafale, benzile de frecvență neocupate sunt inevitabile în cadrul politicii
curente de alocare a spectrului exclusiv utilizatorilor licențiați.
Suprapunerea presupune simultaneitatea între transmisiunile primare și cele
secundare. Premisa pentru aceste sisteme este ca utilizatorii secundari să își poată folosi o
parte din putere pentru transmisiuni secundare, iar restul pentru a asista transmisia primară.
Abordarea prin împletire este bazată pe ideea de comunicație oportunistă. Cu alte
cuvinte există așa-numitele găuri spectrale, sau benzi de frecvență care nu sunt folosite de
utilizatorii licențiați. Aceste găuri se schimbă cu timpul și cu locația geografică, și pot fi
folosite pentru comunicații de catre utilizatorii secundari. În acest fel, utilizarea spectrului
este îmbunătățită de către re-folosirea oportunistă a găurilor spectrale. Astfel, putem defini
un radio cognitiv oportunist ca un sistem de comunicații wireless inteligent care
monitorizează periodic spectrul de radio-frecvență, detectează în mod inteligent ocuparea
diferitelor părți ale spectrului și apoi comunică oportunist și eficient peste aceste găuri
spectrale cu minimă interferență asupra utilizatorilor primari.
Această nouă paradigmă de comunicație poate mări drastic eficiența utilizării
spectrale, și este referită ca rețeaua neXt Generation (xG), sau rețeaua cu acces dinamic la
spectru (DSA). Rețeaua NeXt Generation (xG), dar si rețelele DSA și rețelele radio cognitiv,
vor oferi o bandă largă utilizatorilor mobili prin arhitecturi eterogene fără fir și prin tehnici
de accesare dinamică a spectrului. Utilizarea ineficientă a spectrului existent poate fi
îmbunătățită prin accesarea oportunistă a benzilor licențiate fără a interveni cu utilizatorii
existenți. Rețelele xG, însă, impun diverse provocări de cercetare datorită gamei largi de
spectru disponibil, cât și pentru diversele cerințe de Quality-of-Service (QoS) ale
aplicațiilor. Aceste eterogenitați trebuie tratate dinamic pentru că terminalele mobile se
plimbă prin diferite arhitecturi wireless și printr-o gamă largă de frecvențe radio.
Scopul final al acestor noi soluții este de a crește eficiența spectrală prin utilizarea
unor scheme de alocare a spectrului și de management al resurselor radio mult mai flexibile.
Alături de acesta se dorește și crearea unor mecanisme necesare pentru echilibrarea
5
încărcării rețelei în vederea maximizării capacitații sistemului, pentru optimizarea calității
serviciului și de creștere a eficienței spectrului. În acest fel, utilizatorii mobili vor beneficia
de acestea prin posibilitatea de a accesa serviciile cerute când și unde au nevoie la un cost
convenabil. Viitoarele rețele radio mobile trebuie să se confrunte cu problema de a oferi o
calitate a serviciului ridicată prin suportarea serviciilor multimedia cu mobilitate și eficiență
ridicate, luând in considerare chiar și reducerea resurselor de spectru. Deși mărimea
spectrului de frecvențe limitează fizic capacitatea rețelelor radio, soluțiile efective de
creștere a eficienței spectrale pot optimiza capacitatea disponibilă.
În 2004, comisia federală FCC a propus o notificare care a ivit posibilitatea ca
utilizatori nelicențiați să împrumute temporar benzi de frecvență de la deținatorii licențelor
atâta timp cât nu produc interferență utilizatorului primar.
Dispozitivele care împrumută temporar din spectru fără a cauza interferența sunt
numite radio-uri cognitive. Tehnici de bază ale sistemelor radio cognitiv, cum ar fi
selectarea dinamică de frecvență (DFS), și controlul puterii de transmisie (TPC), există deja
in multe dispozitive nelicențiate. Totuși, pentru a putea ajunge la tot ce promite sistemul
radio cognitiv, sunt necesare multe provocări de design semnificative. Înaintea începerii
comunicațiilor, un radio cognitiv trebuie sa obțină o estimare a densitații spectrale de putere
(PSD) al spectrului radio pentru a putea stabili ce frecvențe sunt in uz si ce frecvențe sunt
disponibile.
Sistemul radio cognitiv, construit pe baza tehnologiei echipamentelor radio definite
prin software (SDR), este conceput ca un sistem inteligent de comunicaţii wireless (fără fir)
conştient de mediul de lucru şi care utilizează metoda de învăţare constructivă pentru a
învăţa de la mediu şi pentru a se adapta la variaţiile statistice ale stimulilor de intrare. Aici
pot fi identificate două obiective principale: realizarea de comunicaţii de înaltă fidelitate
oricând şi oriunde şi utilizarea eficientă a spectrului radio.
Viitorul telecomunicaţiilor se prevede a fi o evoluţie şi o convergenţă către sistemele
de comunicaţii mobile cu reţelele IP, tinzând către disponibilitatea unei varietăţi largi de
servicii noi prin intermediul diverselor Tehnologii de Access Radio (RAT). Pentru a se
materializa această viziune, este strict necesar să se accepte ideea de eterogenitate in
tehnologiile de acces wireless care includ diverse servicii, diverse modele de mobilitate,
diverse performanțe ale rețelelor complexe. Comunicațiile wireless actuale, care sunt în
fruntea evoluției tehnologice, cuprind o multitudine de standarde RAT. Dintre acestea cele
mai des utilizate sunt: GSM, GPRS, UMTS, BRAN, WLAN, DVB, WiMAX, etc. Mai mult,
setul complet de tehnici wireless este in curs de a fi transformat într-o infrastructură globală
de acces wireless numită Dincolo de generația a 3-a (Beyond 3rd Generation, B3G).
6
Capitolul 2
Tehnica Sistemelor Radio Cognitiv
Pentru a înțelege rolul tehnologiei CR, trebuie remarcat că utilizarea oricărei benzi
de frecvențe disponibile se face curând pe baze pur oportuniste, mulți cercetători afirmând
că era alocării fixe a benzilor de frecvențe este la sfârșit. Cu alte cuvinte, un utilizator va
putea folosi orice sector liber din spectru pentru schimbul de informații și va inceta să-l
folosească atunci când un utilizator de bază al acelui sector va iniția o comunicație. Astfel,
tehnologia CR stă la baza a ceea ce se mai numește radio inteligent, radio agil în frecvența
sau radio adaptabil prin sofware, etc. Din aceleași motive, tehnicile CR pot, în multe cazuri,
permite evitarea folosirii cu licență a spectrului care nu este utilizat sau este utilizat foarte
puțin: acest lucru se poate realiza fără a interfera negativ activitațile realizate sub licență.
Evident, utilizatorii de bază încă nu sunt convinși că asemenea interferențe pot fi evitate. Ca
atare, susținătorii proiectului CR trebuie să facă eforturi considerabile pentru a implementa
algoritmi si terminale adecvate cu rezultate convingătoare.
Sistemele radio cognitiv asigură capacitatea de a folosi și împărți spectrul într-o
manieră oportunistă. Tehnicile de acces dinamic al spectrului permit radio-ului cognitiv să
opereze în cel mai bun canal disponibil. Mai specific, tehnologia radio cognitiv va îngădui
utilizatorilor să:
• Determine ce porțiuni ale spectrului sunt disponibile și să detecteze prezența
utilizatorilor primari când un utilizator operează într-o bandă licențiată
(sesizarea spectrului)
• Selecteze cel mai bun canal disponibil (managementul spectrului)
• Coordoneze accesul către acest canal cu alți utilizatori (impărțirea spectrului)
• Eliberarea canalului cand un utilizator licențiat este prezent (mobilitatea
spectrală)
7
2.1 Definirea tehnicii Radio Cognitiv
Tehnica radio cognitiv va oferi mijloacele tehnice necesare pentru determinarea, în
timp real, a celei mai bune benzi şi a celei mai bune frecvenţe astfel încât să se asigure
serviciile dorite de utilizator la orice moment de timp.
Această tehnică este cheia tehnologiei care dă posibilitatea unei reţele xG (next
generation) să utilizeze spectrul într-o manieră dinamică. CR a fost propusă recent pentru a
implementa un anumit tip de inteligenţă care permite unui terminal radio să detecteze
automat, să recunoască şi să utilizeze la scară largă orice spectru sau frecvenţă radio
disponibilă la un anumit moment. Folosind tehnologia CR pot fi concepute reţele radio
cognitive: reţele inteligente care pot detecta automat mediul şi îşi pot adapta corespunzător
parametrii de comunicaţie. Acest tip de reţele, au aplicaţii legate de accesul dinamic la
spectru, co-existenţa diverselor reţele fără fir, managementul interferenţelor, etc. În mod
evident modelul reţelelor radio cognitive prezintă numeroase probleme tehnice legate de
proiectarea protocoalelor, de eficienţa din punct de vedere al de managementul spectrului,
de detecţia spectrului, de garanţiile calităţii serviciilor şi de securitate. Depăşirea acestor
inconveniențe devine şi mai dificilă datorită altor aspecte cum ar fi: politicile neuniforme de
alocare a spectrului şi a altor resurse radio, considerentele economice, efectele negative ale
propagării în legăturile fără fir şi mobilităţii utilizatorilor. Din punctul de vedere al folosirii
tehnicilor radio cognitiv pentru utilizarea eficientă a spectrului RF se disting două situaţii:
• Echipamente radio cognitiv fără licenţă care operează în benzi fără licenţă
• Echipamente radio cognitiv fără licenţă ce operează în benzi cu licenţă
Un rol important în studierea contextului electromagnetic şi în decizia cu privire la
frecvenţele care pot fi utilizate la un anumit moment de timp îl are receptorul. Pentru
construirea unui receptor capabil să-şi asume astfel de sarcini vor trebui utilizate noi
concepte şi arhitecturi.
Termenul de radio cognitiv, poate fi definit astfel: ”Un radio cognitiv este acel
echipament radio care îşi poate modifica parametrii transmiţătorului, bazându-se pe
interacţia cu mediul în care operează”. Plecând de la această definiţie, două principale
caracteristici ale radioului cogntiv au fost definite:
8
-Capacitatea cognitivă: se referă la abilitatea tehnologiei radio de a capta informaţia
din mediul radio. Această capacitate nu poate fi pur şi simplu realizată prin monitorizarea
puterii în unele benzi de frecvenţă de interes, sunt cerute tehnici mult mai sofisticate pentru
a capta variaţiile în timp şi spaţiu ale mediului radio şi a evita interferenţa cu alţi utilizatori.
Prin această capacitate, porţiunile din spectru care sunt nefolosite la un anumit timp şi
locaţie, pot fi identificate. Pot fi selectate, consecvent, cel mai bun spectru şi operaţiile cu
parametrii potriviţi.
-Reconfigurabilitatea: Capacitatea cognitivă furnizează o cunoaştere a gradului de
ocupare a spectrului, pe când reconfigurabilitatea dă posibilitatea radioului de a fi programat
dinamic, în acord cu mediul radio. Mai explicit, radio cognitiv poate fi programat pentru a
transmite şi a recepţiona într-o varietate de frecvenţe şi de a utiliza diferite transmisii
suportate de designul hardware-ului său. Conceptul de radio cognitiv este privit ca o mică
parte a lumii fizice pentru a folosi şi utiliza informaţia mediului. Obiectivul de bază al
radioului cognitiv este de a obţine cel mai bun spectru disponibil prin capacitatea cognitivă
şi reconfigurabilitate, după cum au fost descrise ulterior.
Radio cognitiv oferă posibilitatea folosirii temporare a spectrului neutilizat care se
numeşte gaură în spectru sau spaţiu alb. Dacă această bandă va fi folosită de un utilizator
licenţiat, radio-ul cognitiv se va muta într-un alt spaţiu alb sau va sta în aceeaşi bandă,
alternând nivelul puterii de transmisie sau schema de modulaţie pentru a evita interferența.
Fig. 1 Conceptul de Gaură Spectrală
9
În următoarele secţiuni vom descrie pe larg arhitectura fizică, funcţiile cognitive şi
capacitaţile de reconfigurare ale tehnologiei radio cognitiv.
Echipamentele radio cognitiv au la bază un echipament radio definit software şi
reprezintă un sistem inteligent de comunicaţii fără fir capabil să recunoască mediul şi să
folosească metoda de învăţare constructivă pentru a învăţa de la mediul electromagnetic şi a
se adapta la variaţiile stimulilor de intrare.
2.1.1 Arhitectura fizică a radioului cognitiv
O arhitectură generică a dispozitivelor transmiţător-receptor de radio cognitiv este
arăta în Fig.2.
Fig.2
Principalele componente ale dispozitivelor transmiţător-receptor sunt interfaţa radio
şi unitatea de procesare a benzii. Fiecare componentă poate fi reconfigurată printr-o
magistrală de control pentru a adapta variaţia timpului în mediul de radio cognitiv. În RF
interfaţa radio a semnalului recepţionat este amplificată, mixată şi convertită
analogic/digital. În unitatea de procesare a benzii, semnalul este modulat (demodulat) şi
codat (decodat). Această unitate este similară cu existenţa dispozitivelor transmiţător-
10
receptor. Oricum, noutatea o reprezintă interfaţa radio RF. De acum încolo ne vom ocupa
de interfaţa radio a sistemelor de radio cognitiv.
Caracteristica nouă a dispozitivelor transmiţător-receptor de radio cognitiv este
capacitatea de bandă largă a interfeţei RF. Această funcţie este în strânsă legătură cu
tehnologia hardware a RF cum ar fi antena de bandă largă, amplificatorul de putere şi filtrul
adaptiv. Tehnologia hardware-ul RF trebuie să fie capabilă să facă acordul în fiecare
porţiune a unei benzi largi de frecvenţe. Detecţia spectrului oferă posibilitatea măsurătorilor
în timp real, a informaţiilor spectrului din mediul radio. În general, o arhitectură de bandă
largă a interfeţei radio, pentru radio cognitiv are stuctura prezentată în Fig.3.
Fig.3
Componentele interfeţei radio RF sunt următoarele:
filtru RF : filtrul RF selectează banda dorită, filtrând trece-bandă semnalul recepţionat
RF;
amplificatorul de zgomot scăzut: LNA amplifică semnalul dorit, iar în acelaşi timp
minimizează componenta zgomotului;
mixerul : în cadrul mixerului, semnalul recepţionat este mixat cu frecvenţă RF generată
local şi convertit în banda de bază sau într-o frecvenţă intermediară IR;
11
oscilator de control al tensiunii: VCO generează un semnal la o frecvenţă specifică
pentru o tensiune dată, pentru a se mixa cu semnalul de intrare. Această procedură
converteşte semnalul de intrare în banda de bază sau într-o frecvenţă intermediară;
Phase-Locked Loop (PLL): asigură faptul că un semnal este blocat la o frecvenţă
specificată şi poate fi folosit pentru a genera frecvenţe precise cu o rezoluţie fină;
filtrul de selecţie al canalului: filtrul de selecţie al canalului este folosit pentru a selecta
canalul dorit şi de a rejecta canalele adicente. Există două tipuri de filtre de selecţie a
canalelor. Convertorul de semnal recepţionat direct foloseşte un filtru trece jos pentru
selecţia canalelor. Pe de altă parte, receptorul adoptă un filtru trece bandă;
controlul câştigului automat: AGC menţine câştigul sau nivelul puterii de ieşire a unui
amplificator, constant, sub o gamă largă a nivelelor semnalului de intrare.
În această arhitectură, un semnal de bandă largă recepţionat printr-o interfaţă radio
RF, este modelat de convertorul analog-digital de mare viteză, iar măsurătorile sunt făcute
pentru detecţia utilizatorului de semnal licenţiat. Cu toate acestea, aici există limitări de
implementare/dezvoltare a interfeţei radio. Antena de bandă largă RF, recepţioneză semnal
de la diferiţi transmiţători care operează la diferite nivele de putere, lăţimi de bandă şi
locaţii. Ca rezultat, interfaţa radio RF ar trebui să aibă capacitatea de a detecta un semnal
slab, într-o gamă dinamică. Această capacitate are nevoie de un convertor analog-digital de
mulţi GHz, de rezoluţie mare, care poate fi imposibil de realizat.
Cererea unui convertor analog-digital de mulţi GHz, necesită o gamă dinamică a
semnalului, pentru a fi redus înainte de conversia A-D. Această reducere este îndeplinită
prin filtrarea unor semnale puternice. Atâta timp cât semnalele puternice pot fi localizate
oriunde în gama spectrală largă, sunt necesare pentru reducere, filtre opreşte-banda cu bandă
îngustă de oprire. Altă aproximare este folosirea de antene multiple, pentru ca filtrarea
semnalului să fie făcută în domeniul spaţial şi nu în domeniul frecvenţelor. Antenele
multiple pot recepţiona semnale selectiv, folosind tehnicile beamforming (tehnica de
procesare de semnal pentru formarea semnalului emis sau recepţionat, ajustare a formei de
undă).
După cum am explicat anterior, cheia determinării arhitecturii fizice a radio cognitiv
este acurateţea detecţiei semnalelor slabe, a utilizatorilor licenţiaţi ai unei game spectrale
largi. Deci, implementarea interfeţei radio RF de bandă largă şi a convertorului A-D sunt
principalele probleme ale reţelelor din noua generaţie.
12
2.1.2 Capacitatea Cognitivă
Capacitatea cognitivă al sistemului CR permite interacțiunea în timp real cu mediul
exterior pentru a determina parametrii potriviți pentru comunicație și adaptarea la mediul
radio dinamic. Operațiile necesare pentru adaptarea în spectrul deschis sunt prezentate in
figura 4, care se mai numește și ciclul cognitiv. În această porțiune, voi prezenta un sumar al
celor 3 pași principali ai ciclului cognitiv: sesizarea spectrală, analiza spectrală și decizia
spectrală.
Pașii ciclului cognitiv prezentați in figura 4 sunt după cum urmează:
Fig. 4
• Sesizarea spectrală: Un radio cognitiv monitorizează benzile disponibile din spectru,
procesează informația și detectează găurile spectrale.
13
• Analiza spectrală: Caracteristicile găurilor spectrale ce sunt detectate prin sesizare
spectrală sunt estimate.
• Decizia spectrală: Un radio cognitiv determină rata si modul transmisiunii, dar și
banda folosită pentru transmisiune. Apoi, banda spectrală corespunzătoare este
aleasă in concordanță cu caracteristicile spectrului și parametrii utilizatorului.
Odată ce a fost determinată banda spectrală în care se va opera, comunicația poate
începe in această bandă. Însă, cum mediul radio se schimbă în timp si spațiu, radio-ul
cognitiv va ține cont in permanență de aceste schimbări ale mediului. Dacă banda în uz
devine neutilizabilă, atunci funcția de mobilitate spectrală va permite o transmisiune
neîntreruptă. Orice schimbare a mediului, cum ar fi mobilitatea utilizatorului, variația
traficului, poate declanșa această modificare.
2.1.3 Reconfigurabilitatea
Reconfigurabilitatea reprezintă capacitatea ajustării parametrilor transmisiunii fără a
modifica componente hardware. Această capacitate permite radio-ului cognitiv să se
adapteze usor la mediul radio dinamic. Există mai mulți parametri reconfigurabili care pot fi
încorporați într-un sistem radio cognitiv:
• Frecvența de operare: Un radio cognitiv își poate schimba frecvența de operare.
Bazându-se pe informația primită despre mediul radio, cea mai potrivită frecvență
poate fi determinată și comunicația poate avea loc în mod dinamic pe această
frecvență de operare.
• Modulația: Un radio cognitiv ar trebui sa îsi modifice tipul modulației in
concordanță cu parametrii utilizatorului dar și conform condițiilor canalului. De
exemplu, in cazul aplicațiilor sensibile la întârzieri, rata de transfer este mai
importantă decat rata erorilor. Din această cauză, trebuie aleasă o schemă de
modulație cu o eficiență spectrală mai mare. Analog, pentru aplicații cu sensibilitate
la erori, trebuie aleasă o schemă de modulație cu eroare mică de bit.
• Puterea de transmisiune: Puterea de transmisiune poate fi reconfigurată in limitele
constrângerilor. Controlul asupra puterii permite o configurare dinamică a puterii de
14
transmisie în limitele permise. Dacă o putere mare nu este necesară, sistemul radio
cognitiv va reduce puterea de transmisie la un nivel mai scăzut pentru a permite mai
multor utilizatori sa folosească spectrul și pentru a diminua interferența.
• Tehnologia de comunicații: Un radio cognitiv poate fi folosit și pentru a permite
interoperarea cu diverse sisteme de comunicații
Parametrii de transmisiune ai unui sistem radio cognitiv pot fi reconfigurați nu doar la
începutul transmisiunii dar și in timpul acesteia. Conform caracteristicilor spectrului, acești
parametri pot fi reconfigurați astfel încât radio-ul cognitiv să poată comuta la o nouă bandă
spectrală, parametrii de transmisie și recepție sunt reconfigurați și sunt folosiți parametrii
corespunzători de protocol și scheme de modulație corespunzătoare.
2.2 Arhitectura rețelei de nouă generație
Reţelele de comunicaţii de generaţie nouă, cunoscute şi ca reţele cu acces dinamic în
spectru sau reţele de radio cognitiv vor furniza o lăţime a benzii mare, pentru utilizatorii
mobili prin intermediul arhitecturilor fără fir heterogene şi prin tehnicile de acces dinamic în
spectru. Utilizarea ineficientă a spectrului existent poate fi îmbunătăţită print-un acces
oportunist în banda licenţiată, fără a interfera cu utilizatorii deja existenţi. Aceste reţele de
generaţie nouă, impun o serie de cercetări provocatoare în limitele destul de mari ale
spectrului disponibil, precum şi în cererile pentru aplicaţii ale calităţii serviciilor. Aceste
reţele heterogene trebuie luate şi tratate dinamic, ca nişte terminale mobile, care circulă prin
arhitecturile fără fir şi de-a lungul spectrului disponibil.
Existenţa arhitecturii reţelei fără fir implică heterogenitatea (posibilitatea de a avea
echipamente diferite, în ceea ce implică politica spectrală şi tehnologia comunicaţiilor). Mai
mult de atât, porţiuni din spectrul fără fir sunt deja licenţiate pentru diferite scopuri, în timp
ce alte benzi rămân nelicenţiate. Pentru dezvoltarea protocoalelor de comunicaţii, este
nevoie de o descriere clară a arhitecturii noii generaţii. Pe viitor, în această secţiune vom
considera toate scenariile posibile pentru arhitectura noii generaţii. Componentele
arhitecturii reţelei de generaţie nouă, după cum sunt arătate şi în Fig. 5, pot fi clasificate în
două grupe şi anume: reţeaua primară şi reţeaua de generaţie nouă.
15
Fig.5 Arhitectura reţelei de generaţie nouă
Elementele de bază ale reţelei primare şi de nouă generaţie sunt definite după cum urmează:
Reţeaua primară: o infrastructură existentă a reţelei este în general considerată ca o reţea
primară, care are drept exculsiv pentru o anumită bandă spectrală. Exemplele pot include
cunoscuta reţea celulară şi reţeaua de difuziune TV. Componentele reţelei primare sunt
următoarele:
- utilizatorul primar: utilizatorul primar sau utilizatorul licenţiat, deţine o licenţă pentru a
opera într-o anumită bandă spectrală. Acest acces poate fi controlat numai de staţia de bază
primară şi nu trebuie să fie afectat de operaţiile altor utilizatori nelicenţiaţi. Utilizatorii
primari nu au nevoie de nici o modificare sau de funcţii adiţionale pentru co-existenţa cu
staţiile de bază ale noii generaţii şi nici cu utilizatorii acesteia. .
- staţia de bază primară: staţia de bază primară este o componentă fixă a infastructurii reţelei
care are o licenţă a spectrului, asemănătoare cu sistemul staţiei de bază al dispozitivelor
transmiţător-receptor, al reţelei celulare. În principiu, staţia de bază primară nu are
capabilitate xG, pentru spectrul împărţit cu utilizatorii generaţiei noi. Deci, se poate cere ca
staţia de bază primară să aibă atât protocoalele generaţiei noi, cât şi sistemele vechi, care
16
trebuie menţinute în funcţiune în paralel cu cele noi pentru reţeaua de acces primar a
utilizatorilor generaţiei noi.
Reţeaua de generaţie nouă: reţeaua de nouă generaţie (sau radio cognitiv, reţeaua
spectrului cu acces dinamic, reţeaua secundară sau reţeaua nelicenţiată) nu are licenţă pentru
a opera în banda dorită. Aşadar, accesul spectral este permis doar într-o manieră oportunistă.
Reţeaua de generaţie nouă se poate dezvolta atât ca o reţea cu infrastructură, cât şi ca o reţea
ad-hoc aşa se poate observa şi din Fig. 5.
Componentele unei reţele de generaţie nouă sunt:
- utilizatorul reţelei de generaţie nouă: nu are licenţă spectrală. Datorită acestui fapt,
funcţiile adiţionale vor trebui să împartă banda spectrală licenţiată; .
- staţia de bază a noii reţele: această staţie de bază este o componentă fixă a infrastructurii şi
are posibilităţi de xG. Staţia de bază a noii reţele asigură conexiunea cu un singur sistem
intermediar fără a avea licenţă spectrală. Prin intermediul acestei conexiuni, utilizatorii noii
reţele pot accesa şi alte reţele; .
- brokerul spectrului: brokerul spectrului sau brokerul planificator este o entitate centrală a
reţelei, care are rol în împărţirea resurselor spectrale între diferitele reţele de nouă generaţie.
Acest broker poatre fi conectat la fiecare reţea şi poate servi ca manager al informaţiilor
spectrale, pentru a permite co-existenţa multiplelor reţele de generaţie nouă. Arhitectura de
referinţă a reţelei de generaţie nouă, arătată în Fig. 5 , este formată din două tipuri diferite de
reţele: o reţea primară, cu o infrastructură bazată pe noua generaţie şi o reţea ad-hoc de nouă
generaţie. Noile generaţii de reţele operează într-un mediu spectral mixt, care conţine
ambele benzi şi cea licenţiată şi cea nelicenţiată. Cu toate acestea, utilizatori de noi generaţii
în reţele pot comunica între ei într-o manieră multihop (mai multe sisteme intermediare) sau
accesând staţiile de bază. Deci, în reţelele de generaţie nouă, există trei tipuri diferite de
acces, definite astfel:
accesul în reţelele de generaţie nouă: utilizatorii pot accesa propria staţie de bază, în
ambele benzi spectrale, atât cea licenţiată cât şi în cea nelicenţiată. .
accesul ad-hoc în reţele de generaţie nouă: utilizatorii xG pot comunica cu alţi utilizatori
xG printr-o conexiune ad-hoc, în ambele benzi spectrale. .
accesul în reţeaua primară: utilizatorii pot deasemenea accesa staţia de bază primară, prin
intermediul benzii licenţiate. .
Conform cu arhitectura de referinţă arătată în Fig. 5, mai multe funcţii trebuie să suporte
heterogenitatea în reţelele de generaţie nouă.
17
2.2.1 Reţeaua de generaţie nouă în banda licenţiată
După cum am specificat şi mai sus, există găuri spectrale temporar nefolosite în spectrul
benzii nelicenţiate. Deci, reţeaua de generaţie nouă este reprezentată, astfel încât să se poată
exploata aceste găuri spectrale prin tehnici de comunicaţii cognitive. Această arhitectură este
schiţată în Fig. 6, unde reţeaua de generaţie nouă co-există cu o reţea primară în aceeaşi
locaţie şi în aceeaşi bandă spectrală.
Fig. 6 Reţeaua de generaţie nouă în banda licenţiată
Apar numeroase provocări pentru reţelele de generaţie nouă în banda licenţiată, pe
parcursul existenţei cu utilizatorii primari. Principalul scop al reţelelor de generaţie nouă
este acela de a determina spectrul disponibil cel mai bun, iar funcţiile acestor reţele sunt în
special orientate pe detecţia prezenţei utilizatorilor primari. Capacitatea canalului găurilor
spectrale depinde de interferenţa utilizatorilor primari. Evitarea interferenţei este de fapt cea
mai importantă problemă a acestei arhitecturi. Mai mult decât atât, dacă apar utilizatori
primari în spectrul ocupat de utilizatorii reţelei de generaţie nouă, aceştia din urmă trebuie să
lase vacant spectrul şi să se mute într-unul liber la acel moment, numit spectru de transfer al
unei transmisiuni de pe un canal pe altul.
18
2.2.2 Reţeaua de generaţie nouă în banda nelicenţiată
Politica de spectru deschis care a apărut în banda ISM, a cauzat o impresionantă
varietate de tehnologii importante şi de utilizatori inovatori. Oricum, datorită interferenţei
dintre multiplele reţele heterogene, eficienţa spectrală a benzii ISM este în scădere. În
ultimul timp, capacitatea accesului în spectrul deschis şi calitatea serviciilor pe care aceasta
îl oferă, depinde de felul în care un radio este proiectat să aloce spectrul eficient. Reţelele de
generaţie nouă sunt destinate pentru operaţii în banda nelicenţiată, iar eficienţa este
îmbunătăţită în această porţiune de spectru. Arhitectura unei reţele de generaţie nouă este
prezentată în Fig. 7 . Atâta timp cât nu există ocupanţi ai benzii, licenţiaţi, toate entităţile
reţelei au acelaşi drept de acces la banda spectrală. Algoritmiii de împărţire spectrală
inteligenţi pot îmbunătăţii utilizarea eficienţei spectrale şi menţin o calitate a serviciilor
foarte înaltă.
Fig.7 Reţea de generaţie nouă în banda nelicenţiată
În cadrul acestei arhitecturi utilizatorii reţelei de generaţie nouă îşi îndreaptă atenţia
asupra detecţiei de transmisiuni ai altor utilizatori ai acestei reţele. Spre deosebire de
operaţiile din banda licenţiată spectrul de transfer al unei transmisiuni de pe un canal pe altul
nu este declanşat de apariţia altor utilizatori primari. Oricum, atâta timp cât toţi utilizatorii
reţelei de generaţie nouă au aceleaşi drepturi de accesare a spectrului, ei ar trebui să se
întreacă între ei pentru un loc în banda nelicenţiată. Astfel, metodele mai noi, sofisticate, de
19
împărţire a spectrului între utilizatori sunt necesare în această arhitectură. Dacă mai mulţi
operatori ai reţelelor de generaţie nouă împart aceeaşi bandă nelicenţiată, este necesară de
asemenea şi o împărţire corectă a acestor reţele.
2.3 Evoluția sistemului radio cognitiv
2.3.1 Radio definit prin software (SDR)
Un radio definit prin software este un radio multi-bandă capabil să suporte diverse
interfețe radio și protocoale prin folosirea antenelor de bandă largă, conversiei de radio-
frecvență, etc. Într-o variantă ideală, toate aspectele radio-ului (incluzând interfața fizică),
sunt definite prin software. Pentru unele interfețe radio, cum ar fi Wideband Code Division
Multiple Access (W-CDMA), această implementare nu ar fi una practică din diverse motive
(ex. consumul de putere).
Cum puterea de procesare avansează, interfețe radio care necesită circuite integrate
specifice pentru aplicații (ASIC), pot fi implementate in procesoare de uz general. Radio-ul
definit prin software (SDR) compromite varianta ideală pentru a putea implementa practic
dispozitive cu performanțe bune și infrastructura cu tehnologia curentă. SDR-urile sunt
implementate cu ajutorul ASIC si FPGA dar și procesoare digitale de semnal (DSP) și
microprocesoare de uz general.
2.3.2 Trecerea la Radio Cognitiv
Mediul exterior oferă stimuli. Radio-ul cognitiv analizează acești stimuli pentru a
recunoaște contextul atributelor sale de comunicație. Radio-ul cognitiv (CR) reprezintă un
cadru de analizare autonomă a mediului radio. Ciclul cognitiv este total diferit de ce există
in terminalele mobile de astăzi, care operează doar in frecvența setată de utilizator, sau
conform cerințelor rețelei. Tehnologia radio cognitiv împuternicește radio-ul pentru a servi
etichete radio mai flexibile decât era posibil în trecut.
2.3.3 Spectru radio comun
În prezent, arhitecturile wireless curente sunt centrate pe rețea și constrânse de
alocarea spectrală. O strategie mai practică, accesibilă prin SDR și radio cognitiv este de a
pune în comun spectrul radio mobil. Stațiile de emisie TV și microundele de 2Ghz sunt
taxate pentru privilegiul de a folosi spectrul radio în mijlocul benzilor mobile. Acest cost ar
20
fi redus în zone rurale, unde spectrul nu este aglomerat, și semnificativ mai mare în zone
dens urbanizate unde nu există destulă bandă pentru a satisface cererea ridicată de
mobilitate. În plus, infrastructura de cablu si fibră optică existente in orașe nu justifică
necesitatea folosirii spectrului radio precum în zonele rurale.
Eticheta radio permite ca radio-ul cognitiv să își schimbe banda și modul de operare
când un utilizator primar începe comunicația in banda respectivă. De asemenea, eticheta
radio specifică prioritizarea traficului de urgență în defavoarea celui comercial. Criteriile
există pentru închirierea spectrului radio pe termen lung. Dar sistemele radio cognitiv ar
putea decide închirierea locală și pe termen scurt a spectrului care nu este în uz în acel
moment, stabilind prețurile ca o funcție de timp, bandă, nivel de interferență, putere radiată
și nu numai. Autoritățile de management spectral pot stabili eventuale etichete și
constrângeri, dar piața va dicta prețurile. CR-ul își va folosi capacitatea de sesizare spectrală
pentru a asigura conformitatea cu eticheta in vigoare.
O astfel de strategie de punere in comun ar fi o metodă eficientă comparativ cu
metoda bazată pe alocare prezentă în ziua de azi și ar rezulta într-o masură economicoasă
pentru a asigura folosirea echitabilă a spectrului în momentele în care acesta este necesar.
Legile fizicii impun limite asupra spectrului care este utilizabil in aplicațiile mobile
terestre. Benzile HF și cele inferioare au o bandă limitată, de ordinul zecilor de kHz. Undele
de HF sunt propagate pe mii de kilometri, o distanță care agravează interferența co-canal.
Benzile de peste 6 Ghz se bazează pe antene direcționale cu rate de transfer rezonabile pe
distanțe rezonabile.
Exista 4 arii principale in spectrul mobil ideale pentru aplicații mobile:
1. Banda foarte joasă, cu frecvențe între 26.9 si 399.9 MHz penetreză clădiri si teren
accidentat
2. Banda joasă, cu frecvențe între 404 si 960 MHz folosită în sistemele celulare, are cea
mai buna propagare pentru trafic mobil terestru de mare viteză, datorită densității
mici a infrastructurii.
3. Banda mijlocie, cu frecvențe intre 1390 si 2483 MHz, este potrivită pentru sisteme
de comunicații personale (PCS), datorită densității ridicate a infrastructurii.
4. Banda înaltă, cu frecvențe între 2483 si 5900 MHz este folosită pentru rețele locale
RF-LAN
21
2.4 Modele Radio Cognitiv
De la introducerea sa, definiția de radio cognitiv a evoluat de-a lungul anilor într-un
radio mai capabil și mai puternic. Prin urmare, astăzi există mai multe interpretări ale
sistemului și diverse previziuni pentru viitorul său. În continuare, voi prezenta câteva din
modelele care au fost propuse pentru sistemele radio cognitiv. Într-o clasificare mai
generală, le putem împarți în: modele cu interferență cunoscută, sau modele cu evitare a
interferenței.
2.4.1 Modele cu interferență cunoscută
Presupunerea definitorie a acestor modele este că transmițătorul secundar (ST) are
cunoștințe a priori (non-cauzale) despre transmisiile utilizatorului primar (PU). Se consideră
următorul scenariu din Fig. 8, unde transmițătorul primar (PT) și transmițătorul secundar
(ST) doresc să comunice în aceiași bandă de frecvențe cu receptorul primar (PR) si respectiv
receptorul secundar (SR). Toate câștigurile canalelor sunt cunoscute atat receptorilor cît și
transmițătorilor.
Fig. 8 Scenariu de comunicații
Presupunea definitorie este ca transmițătorul secundar are cunoștințe despre mesajul
primar W1. Într-un astfel de scenariu, există două strategii pe care transmițătorul secundar le
poate urmări:
22
- Abordarea egoistă. Această abordare implică ca transmițătorul secundar să
folosească toată puterea disponibilă pentru a-și trimite propriul mesaj către
receptorul secundar. Transmițătorul secundar își folosește cunoștintele despre
mesajul primar pentru a anula interferența la receptorul secundar, folosind o tehnică
de codare. Astfel, receptorul secundar este astfel necunoscător de prezența
utilizatorului primar, dupa cum se arată în Fig. 9(a). În timp ce abordarea egoistă
încalcă principiile radio-ului cognitiv de a proteja utilizatorul primar, ea permite un
maxim al capacității de transmisie între utilizatorii secundari.
(a) Abordarea egoistă
Fig. 9: PT și PR reprezintă transmițătorul și receptorul primar, iar ST si SR reprezintă
omologii secundari ai acestora. Linia punctată indică cunoștiințele a priori ale
transmițatorului secundar despre mesajul primar.
- Abordarea altruistă. În cazul acestui scenariu, transmițătorul secundar alocă o parte
din puterea sa de transmisie pentru a retransmite mesajul transmițătorului primar
către receptorul primar. Puterea ramasă este folosită pentru transmiterea mesajului
propriu. Distribuția de putere este calculată astfel încât raportul semnal-zgomot la
receptorul primar să ramană neschimbat cu sau fără utilizatorul secundar. Deci,
utilizatorul primar este practic necunoscător de prezența utilizatorului secundar.
Pentru că are cunoștințe a priori despre mesajul primar, transmițătorul secundar își
poate codifica propriul mesaj pentru a elimina interferența la receptorul secundar.
23
(b) Abordarea altruistă
Aceste modele sunt benefice mai ales când ele caracterizează limitele la care poate
ajunge un sistem radio cognitiv care are acces la informații suplimentare cât si despre tehnici
de codare sofisticate. De asemenea, problema terminalului ascuns este complet evitată, prin
permiterea utilizatorului secundar să transmită simultan în aceiași bandă de frecvențe cu cea
a utilizatorului primar, nu există interferență cauzată utilizatorilor primari cărora le sunt
asignate benzi de frecvență ortogonale.
2.4.2 Modele cu întrețesere (evitare a interferenței)
Modelul cu interferență cunoscută necesită cunoștințe non-cauzale despre
interferență, lucru greu de obținut dacă transmițătorii nu sunt aproape unul de celalalt sau nu
au informații despre codurile folosite. În aceste scenarii, operațiile primare și secundare sunt
concomitente, sunt asociate în mod inevitabil cu interferența la nivelul receptorului
secundar, lucru nedorit. Cea mai bună soluție este de a incerca evitarea acestei interferențe
prin permiterea utilizatorului secundar doar comunicații pe segmente spectrale nefolosite de
radio-urile primare.
2.4.2.1 Modelul dublei stări
Se consideră o situație fictivă a unui sistem radio cognitiv cu o legatură între un
transmițător secundar, ST, și un receptor secundar, SR, situați în prezența a 3 utilizatori
primari, PU, A,B și C ca în figura 10. Regiunile punctate din jurul transmițătorului și
24
receptorului secundar reprezintă regiuni de detecție spectrală; transmisiunile primare pot fi
detectate doar în interiorul acestor regiuni. Transmițătorul cognitiv ST poate decide dacă
utilizatorii primari A și B sunt activi, și poate identifica găuri spectrale dacă atît A cît și B
sunt inactivi. Analog, receptorul cognitiv SR poate decide dacă utilizatorii primari aflați în
zona sa de detecție, B și C sunt activi, și poate identifica găuri spectrale cînd B și C sunt
inactivi. Ca o consecință, găurile spectrale (oportunitățiile de comunicații) detectate de
transmițătorul și receptorul secundar nu sunt identice.
Fig. 10: Model Conceptual. Activitatea spectrală este percepută diferit la transmițătorul
radio secundar (ST) față de receptor (SR). Nodurile marcate cu A,B și C reprezintă
utilizatorii primari (PU) ai spectrului. Cercurile punctate reprezintă zonele de detecție
spectrală corespunzătoare.
25
Modelul conceptual prezentat in Fig. 10 relevă că mediul spectral este distribuit și
dinamic. Aceste caracteristici de bază sunt prezentate după cum urmează:
- Distribuit: Datorită separării fizice dintre transmițătorul si receptorul secundar,
comunicația utilizatorilor primari detectată în vecinătatea transmițătorului cognitiv
diferă de cea detectată în vecinătatea receptorului cognitiv. De asemenea,
transmițătorul secundar nu are automat cunoștiințe despre activitatea din preajma
receptorului. În mod similar, receptorul nu cunoaște activitatea utilizatorilor primari
din jurul transmițătorului. Cu cât separarea dintre transmițătorul si receptorul
secundar este mai mare, cu atât mai puțină este suprapunerea dintre zonele lor de
detecție spectrală și cu atât este mai distribuit mediul spectral, și prin urmare, mai
mare incertitudinea transmițătorului si a receptorului.
- Dinamic: Activitatea utilizatorilor primari este dinamică. În timp, diverși utilizatori
primari pot deveni activi/inactivi în diferite zone ale spectrului. Prin urmare,
activitatea detectată la transmițător și receptor se schimbă în timp. Acest fapt duce la
creșterea incertitudinii la oricare capăt al link-ului asupra oportunitățiilor de
comunicații sesizate la celălalt capăt. Cu cât utilizatorii primari devini mai dinamici,
activitatea spectrală se schimbă mai repede si devine mai greu de prezis.
Modelul conceptual din Fig. 10 poate fi redus la un model matematic cu două stări.
Oportunitățiile de comunicații sesizate la transmițătorul secundar sunt modelate folosind un
comutator St între două stări: H0, H1. Starea transmițătorului este H1 dacă transmițătorul
cognitiv percepe că un utilizator primar este activ. Starea transmițătorului este H0 când nu
este detectat nici un utilizator primar activ. În mod similar, starea receptorului Sr este H0
sau H1 dacă este sau nu detectat un utilizator primar activ în cadrul zonei de detecție
spectrală a receptorului cognitiv.
Starea St este cunoscută doar transmițătorului așa cum starea Sr este cunoscută doar
receptorului. Corelația dintre starea transmițătorului și cea a receptorului este o măsură a
naturii distribuite a sistemului, dacă transmițătorul si receptorul sunt departe unul de celălalt,
cu atât este mai distribuit sistemul și astfel corelația dintre stări este mai mică. Natura
dinamică este dată de frecvența cu care comutatoarele își schimbă starea.
Important de precizat este că, cunoașterea ambelor stări Sr și St caracterizează
complet canalul de comunicații. Totuși, starea St este cunoscută doar transmițătorului și
starea Sr este cunoscută doar receptorului, astfel că transmițătorul și receptorul secundar au
doar cunoștințe parțiale despre disponibilitatea canalului de comunicații.
26
2.4.3 Tehnici de bandă îngustă
Cu un transmițător și un receptor de bandă îngustă, banda de frecvențe folosită
pentru transmisiune poate fi predeterminată sau aleasă dinamic în funcție de ocuparea sa de
către utilizatori primari. Aceasta a permis două tehnici diferite de selecție a frecvenței:
2.4.3.1 Salt de Frecvență (Frequency Hopping):
În schema saltului de frecvență, transmițătorul și receptorul secundar realizează salturi
simultane de frecvență conform unei secvențe predeterminate de salt prezentate in Fig 11(a).
Transmițătorul și receptorul secundar sunt mereu în aceiași bandă de frecvențe: Saltul de
frecvențe reprezintă o schemă foarte simplă deoarece nu se folosește de cunoștințe ale
disponibilității canalelor în prezent sau în trecut. Un exemplu ilustrativ este prezentat în
figura 11(a), care prezintă o schemă de salt între două frecvențe.
În practică, transmisiunile utilizatorilor primari nu sunt în rafale, astfel că benzile de
frecvență care sunt libere într-un anumit slot temporal sunt foarte probabil libere și în
urmatorul slot temporal. În loc să sară de pe frecvența f1 pe frecvența f2 în slotul temporal
η=2 (f2 este ocupată de utilizator primar în slotul temporal η=2) urmărind schema de salt,
perechea transmițător-receptor secundar pot continua să comunice pe f1 (care rămane
neocupată în slotul temporal η=2). Se poate astfel folosi informația despre ocuparea
spectrală a utilizatorului primar pentru a prezice viitoare canale accesibile. Mai multe
oportunități de comunicații înseamnă o capacitate de transmisie mai mare.
2.4.3.2 Urmărirea Frecvenței (Frequency Tracking):
În această schemă, transmițătorul secundar, bazat pe o strategie dată, își alege una (dacă
ea există) din benzile de frecvență libere pentru transmisiune. Receptorul secundar, bazat pe
semnale recepționate în trecut, alege cel mai bun canal de ascultat astfel încât probabilitatea
ca transmițătorul și receptorul să fie pe același canal este maximizată.
Urmărirea frecvenței este departe de modelul convențional de comunicație. În mod
tradițional, receptorul cunoaște banda de frecvențe folosită pentru transmisiune și poate
aștepta pană la sfîrșitul acesteia pentru a decoda mesajul. Însă, în această schemă, receptorul
trebuie să aleagă în timp real pentru a putea fi pe același canal cu transmițătorul. După
fiecare transmisiune, receptorul trebuie să determine dacă fiecare simbol corespunde
scenariului (simbolul transmis este recepționat) sau există o eroare (semnalul recepționat
este independent de simbolul transmis).
27
Figura 11(b) prezintă o schemă simplă de urmărire a frecvenței cu două frecvențe f1 și f2.
Transmițătorul rămane pe același canal (bandă de frecvențe) cât timp este neocupat în timp
ce receptorul încearcă să urmărească frecvența pe care se află transmițătorul. Spre deosebire
de Frequency Hopping, transmițătorul și receptorul cognitiv nu sunt întotdeauna pe același
canal, lucru evidențiat in Fig 11(b).
Fig. 11. Exemple simple ale schemelor de salt și de urmărire a frecvenței între două benzi de
frecvență f1 și f2. Zonele gri reprezintă găuri spectrale atât pentru ST si pentru SR. Zonele
negre indică faptul că frecvența este ocupată de către ST și/sau SR. În Fig 11(b), zonele roșii
indică faptul că SR a greșit în încercarea de a urmări starea transmițătorului în slot-urile
temporale corespunzătoare.
28
2.4.4 Tehnici de bandă largă
2.4.4.1 Codarea Frecvenței (Frequency Coding):
Cu un sistem cognitiv de bandă largă, transmițătorul secundar, transmițătorul secundar
poate transmite pe mai multe frecvențe care sunt detectate ca neocupate, prin trimiterea de
cuvinte de cod pe acele frecvențe. Receptorul monitorizează toate benzile de frecvență care
sunt disponibile la capătul lui. Spre deosebire de Frequency Hopping, schema de codare a
frecvenței necesită ca toate canalele să fie disponibile înainte de fiecare transmisie.
În medii cu activitate primară foarte dinamică, performanțele saltului de frecvență sunt
mai bune decât urmărirea frecvenței pentru sistemele de bandă îngustă. În astfel de scenarii,
beneficiile în creșterea capacității de transmisie prin codarea frecvenței sunt foarte mici. Pe
de altă parte, când utilizatorul primar devine activ/inactiv mult mai rar, atunci urmărirea
frecvenței folosește memoria procesului de ocupare spectrală de către utilizatorii primari si
obține capacități de transmisie mai mari decât în cazul saltului de frecvență.
Sistemele radio cognitiv se referă la diferite soluții pentru a rezolva problema congestiei
și ineficienței spectrului licențiat ce caută să suprapună sau să întrețeasă transmisiuni cu
semnale ale utilizatorilor primari. În tehnica de întrețesere oportunistă, utilizatorii secundari
monitorizează spectrul și navighează prin frecvențe nefolosite. Transmisiunile primare și
secundare simultane în tehnica suprapunerii permit o capacitate de transmisie secundară mai
mare. Însă, acest beneficiu dispare rapid cu cât distanța dintre transmițătorii primari și
secundari crește și datorită dependenței de tehnici complexe de codare cunoscute de către
utilizatorul secundar.
Diversele tehnici de selecție a canalului, cum ar fi saltul de frecvență, urmărirea
frecvenței si codarea acesteia pot fi folosite pentru accesul oportunist la spectru. În timp ce
saltul de frecvență este optim în scenarii unde activitatea utilizatorului primar este profund
dinamică, urmărirea frecvenței aduce beneficii în situații statice. Codarea frecvenței nu are
un avantaj propriu-zis în ceea ce privește creșterea capacității de transmisie a sistemului
cognitiv față de saltul în frecvență, în ciuda cunoașterii non-cauzale a informațiilor despre
găurile spectrale.
29
Capitolul 3
Funcţiile Sistemelor Radio Cognitiv
3. 1 Managementul Spectrului
În reţelele de generaţie nouă, banda neutilizată a spectrului va fi împrăştiată de-a
lungul lărgimii spectrului, acest lucru aplicându-se ambelor benzi şi celei licenţiate cât şi
celei nelicenţiate. Aceste porţiuni ale benzii nefolosite detectate cu ajutorul funcţiei de
sesizare spectrală arată caracteristici diferite în funcţie nu numai de variaţiile în timp ale
mediului radio, cât şi datorită informaţiei benzii, cum ar fi frecvenţa cu care operează sau
lăţimea benzii.
Atâta timp cât toate reţelele de generaţie nouă ar trebui să decidă care este banda
spectrală cea mai bună, adică să îndeplinească cerinţele calităţii serviciilor în toate benzile
disponibile, funcţii noi de management sunt necesare pentru aceste reţele, considerând
caracteristicile dinamice ale spectrului. Aşa cum sesizarea spectrală este o problemă a
nivelului PHY, analiza spectrală precum şi decizia spectrală au legătură cu nivelele
superioare.
3.1.1 Analiza spectrală
În reţelele de generaţie nouă, găurile spectrale existente prezintă caracteristici care
variază în timp. Atâta timp cât utilizatorii acestor reţele sunt echipaţi cu o tehnologie de
nivel fizic bazată pe tehnicile radio cognitiv, este important de înţeles caracteristicile
diferitelor benzi spectrale. Analiza spectrală permite alegerea benzii potrivite pentru
cerinţele utilizatorilor.
Pentru a descrie natura dinamică a reţelelor de generaţii noi, fiecare bandă spectrală ar
trebui să fie caracterizată considerând nu numai mediul radio care variază în timp, cât şi
activităţile utilizatorilor primari şi informaţia spectrală. Deci, este esenţială definirea unor
parametri precum nivelul interferenţei, rata de eroare a canalului, calea pierdută, întârzierea
legăturii dintre nivele şi timpul de ţinere ocupată a benzii, care pot caracteriza calitatea unei
benzi spectrale particulare, astfel:
30
Interferența: anumite benzi spectrale sunt mai aglomerate decât altele. Deci banda spectrală
utilizată determină caracteristicile de interferenţă ale canalului. Din suma de interferenţe ale
utilizatorului primar, poate fi obţinută puterea permisă de un utilizator de generaţie nouă, iar
ea este folosită pentru estimarea capacităţii canalului.
Calea pierdută: pe măsură ce cresc frecvenţele operaţionale, creşte şi posibilitatea căii
pierdute. Dacă puterea de transmisie a unui utilizator de reţea nouă rămâne aceeaşi, atunci
pragul de transmisie scade la frecvenţe joase. Similar, dacă transmisia puterii este crescută
pentru a compensa creşterea căilor pierdute, va rezulta o interferenţă mare pentru ceilalţi
utilizatori.
Erorile legăturiilor fără fir: rata de eroare a canalelor se schimbă, în funcţie de schema de
modulaţie şi de nivelul de interferenţă al benzii.
Întârzierea la nivelul legăturii de date: pentru a se corecta erorile determinate de diferite
fenomene de propagare şi interferenţe, specifice legăturilor fără fir sunt necesare diferite
tipuri de protocoale de legătură între nivele pentru diferitele benzi. Acestea vor determina
creşterea timpului de transmisiune a cadrelor de la nivelul legătură de date.
Timpul de ținere ocupată a benzii: activităţile utilizatorilor primari pot afecta calitatea
canalelor în reţelele de generaţie nouă. Acest timp de ocupare al benzii se referă la durata de
timp aşteptată, în care utilizatorii primari ocupă o bandă licenţiată, înainte de a fi întrerupţi.
Normal, cu cât timpul de utilizare este mai mare, cu atât va fi mai bună şi calitatea. Frecvent,
spectrul de transfer al unei transmisiuni de pe un canal pe altul scade acest timp de ocupare
al benzii şi ar trebui luate în considerare caracteristicile statistice precedente ale acestui
spectru, la crearea de reţele de generaţie nouă, cu un timp de ocupare al benzi preconizat a fi
mare.
Capacitatea canalului care poate fi obţinută din parametrii explicaţi anterior şi este cel
mai important factor al caracterizării spectrale. Uzual, raporul semnal zgomot al receptorului
poate fi utilizat pentru estimarea acestei capacităţi. Oricum, atâta timp cât raportul semnal
zgomot ia în considerare numai observaţiile locale ale utilizatorilor de reţele de generaţie
nouă, este suficient pentru a evita interferenţa cu utilizatorii primari. Deci, caracterizarea
spectrală este axată pe estimarea capacităţii, bazate pe interferenţa asupra receptorilor
licenţiaţi. Modelul temperaturii de interferenţă, poate fi şi el dezvoltat pentru această
abordare. Limita temperaturii de interferenţă indică limita superioară sau plafonul energiei
31
RF care poate fi introdusă într-o anumită bandă. Dacă se foloseşte consecvent totalitatea
interferenţelor permise, se poate determina maximul puterii transmise, permise, a
utilizatorilor de reţele de generaţie nouă.
Există o metodă de estimare a capacităţii spectrale, care ia în considerare lăţimea benzii
şi puterea transmisă permisă. Capacitatea spectrală, poate fi estimată astfel:
)1log(IN
SBC
++= (2)
unde B reprezintă lărgimea benzii, S este puterea semnalului recepţionat de la utilizatorii de
reţele de generaţii noi, N este puterea zgomotului recepţionat, iar I reprezintă puterea
interferenţei recepţionată de receptorii utilizatorilor de reţele noi, datorită transmiţătorilor
primari.
Estimarea capacităţii spectrale a fost investigată şi în contextul sistemelor de radio
cognitiv bazate pe tehnica OFDM. Respectiv, capacitatea spectrală a reţelelor de generaţii
noi bazate pe tehnica OFDM este definită astfel:
∫Ω += dfN
SfGC )
)(1(log
2
1
0
02 (3)
unde Ω este o colecţie a segmentelor de spectru neutilizat, G(f) reprezintă câştigul în putere
al canalului la frecvenţa f, 0S şi 0N sunt puterile semnalului şi zgomotului pe unitatea de
frecvenţă .
Studiile recente asupra analizei spectrale, până acum s-au axat doar pe estimarea
capacităţii spectrale. În afară de capacitate, au o influenţă semnificantă asupra calităţii
serviciilor şi alţi factori cum ar fi întârzierea, rata de eroare a legăturilor, timpul de ocupare a
benzii, ş.a.m.d. Capacitatea este strâns legată de nivelul de interferenţă şi de calea pierdută.
Pentru a decide spectrul potrivit pentru diferitele tipuri de aplicaţii, este o problemă actuală
identificarea benzilor spectrale care combină toate caracteristicile parametrilor descrişi mai
sus.
3.1.2 Decizia spectrală
Odată ce sunt caracterizate toate benzile spectrale disponibile, considerând cerinţele
necesare pentru calitatea sercviciilor şi caracteristicile spectrului, banda operaţională cea mai
potrivită este selectată pentru transmisia curentă. Bazându-se pe necesităţile utilizatorilor,
rata datelor, rata erorilor acceptată, întârzierea, poate fi determinat modul de transmisie.
Apoi, în acord cu regulile deciziei luate, poate fi ales setul de benzi potrivit. S-au definit
32
cinci reguli de decizie, care sunt axate pe costul favorabil al comunicaţiilor . Această metodă
presupune ca toate canalele să aibă o capacitate similară.
Se poate considera un protocol de schimbare oportunistică a benzii de frecvenţe, pentru
căutarea canalului cu o calitate mai bună, unde decizia canalului este bazată pe raportul
semnal zgomot. Pentru a considera activitatea utilizatorului primar, numărul spectrelor de
transfer al unei transmisiuni de pe un canal pe altul, care se produc într-o bandă, este folosit
pentru decizia spectrală. Această decizie constituie o problemă importantă dar încă
neexploatată în reţelele de generaţie nouă.
3.1.3 Provocările managementului spectral
Există câteva probleme care necesită a fi investigate pentru dezvoltarea funcţiilor
deciziei spectrale.
Modelul deciziei: raportul semnal zgomot nu este suficient pentru a caracteriza banda
spectrală din reţelele de generaţii noi. În afara de raportul semnal zgomot, există mai mulţi
parametrii caracteristici care afectează calitatea spectrului. Însă, această combinare a
parametrilor caracteristici necesari pentru modelul deciziei spectrale este încă o problemă
actuală. Mai mult de atât, în reţelele bazate pe tehnica OFDM, pot fi utilizate simultan
pentru transmisie, mai multe benzi spectrale. Pentru aceste motive, ar trebui improvizat un
cadru de decizie pentru multiplele benzi spectrale.
• Decizia pentru benzi multiple: în reţelele de generaţie nouă, multiplele benzi spectrale pot
fi utilizate simultan pentru transmisie. Mai mult, aceste reţele nu necesită ca aceste benzi
multiple să fie apropiate. Un utilizator al reţelelor de generaţii noi poate trimite pachete
benzilor spectrale care nu sunt apropiate. Transmisia multi spectru arată o degradare mai
mică a calităţii, în timpul spectrului de transfer al unei transmisiuni de pe un canal pe altul,
în comparaţie cu transmisia convenţională pe o singură bandă spectrală. De exemplu, dacă
un utilizator primar apare într-o anumită bandă spectrală, utilizatorii de reţele noi trebuie să
elibereze această bandă. Oricum, atâta timp cât restul benzilor spectrale vor menţine
comunicaţia, scăderea bruscă a calităţii serviciilor se va atenua. În plus, transmisia în benzile
spectrale multiple, permite utilizarea unor puteri scăzute în fiecare bandă spectrală. Ca
rezultat, se ajunge la o interferenţă scăzută cu utilizatorii primari, în comparaţie cu
transmisia pe o singură bandă spectrală. Din aceste motive, un cadru de lucru pentru
managementul spectral, ar trebui să suporte mai multe capacităţi ale deciziilor spectrale. Ca
33
exemplu, determinarea numărului de benzi spectrale şi selectarea benzii potrivite pentru
aplicaţia respectivă sunt încă probleme actuale apărute în reţelele de generaţie nouă.
Cooperarea cu reconfigurarea: tehnologia radioului cognitiv, dă posibilitatea parametrilor
de transmisie ai radioului să fie reconfiguraţi pentru operaţii optime dintr-o anumită bandă
spectrală. De exemplu, dacă raportul semnal zgomot este fix, rata de eroare a bitului, poate fi
ajustată pentru a menţine capacitatea canalului, exploatând tehnicile de modulaţie adaptive
(cdma). Deci este necesar un cadru de lucru care consideră atât decizia spectrală cât şi
recofigurarea.
Decizia spectrală în benzile spectrale heterogene: Anumite benzi spectrale sunt deja
asignate pentru diferite scopuri, în timp ce altele rămân nelicenţiate. Spectrul utilizat de
reţelele de generaţii noi, în cele mai multe cazuri va fi o combinaţie de spectru cu acces
exclusiv şi de spectru nelicenţiat. În cazul benzilor licenţiate, utilizatorii de reţele de
generaţie nouă trebuie să ia în considerare activităţile utilizatorilor primari, în cazul analizei
şi deciziei spectrale, pentru a nu influenţa transmisia utilizatorilor primari. În schimb, în
benzile nelicenţiate, atâta timp cât toţi utilizatorii de reţele noi au aceleaşi drepturi de acces
spectral, sunt necesare tehnici sofisticate de împărţire spectrală. Pentru a decide banda
spectrală cea mai bună, în mediul heterogen, reţelele de generaţie nouă trebuie să suporte
operaţiile deciziei spectrale în ambele benzi (licenţiată şi nelicenţiată), luând în considerare
diferitele caracteristici ale lor.
3.2 Mobilitatea spectrală
Scopul reţelelor de generaţie nouă este de a utiliza spectrul într-o manieră dinamică,
permiţând terminalelor radio să opereze în cadrul celei mai bune benzi disponibile de
frecvenţă. Aceasta aduce în prim plan conceptul de „obţinere a celui mai bun canal”. Pentru
a realiza acest concept, un radio de generaţie nouă trebuie să aleagă cel mai bun spectru
disponibil. Mobilitatea spectrală este definită ca procesul în care un utilizator de reţea de
generaţie nouă îşi schimbă frecvenţa cu care operează.
34
3.2.1 Spectrul de transfer al unei transmisiuni de pe un canal pe altul
În reţelele de generaţie nouă, mobilitatea spectrală apare acolo unde condiţiile
canalului curent nu mai sunt favorabile şi apar utilizatori primari. Mobilitatea spectrală
aduce în prim plan un nou tip de transfer al unei transmisiuni de pe un canal pe altul în
reţelele de generaţie nouă, pe cere îl vom numi spectru de transfer al unei transmisiuni de pe
un canal pe altul. Protocoalele pentru diferitele tipuri de nivele trebuiesc adaptate cu diferiţii
parametri ai frecvenţei operţionale. Ele trebuie să fie transparente pentru acest spectru de
transfer al unei transmisiuni de pe un canal pe altul .
După cum am punctat în capitolele de mai sus, un radio cognitiv îşi poate adapta
frecvenţa de operare. De fiecare dată când un utilizator îşi schimbă frecvenţa cu care
operează, protocoalele reţelei comută de la un mod de operare la altul. Scopul
managementului mobilităţii spectrului în reţelele de nouă generaţie este de a face ca
transmisia să se desfăşoare fără întreruperi şi cât mai repede, astfel încât aplicaţia
utilizatorilor de reţele noi să se desfăşoare cu o degradare a performanţelor minimă în timpul
spectrului de transfer al unei transmisiuni de pe un canal pe altul. Este esenţial pentru
managementului protocoalelor pentru mobilitatea spectrului să cunoască în avans informaţii
despre durata spectrului de transfer al unei transmisiuni de pe un canal pe altul. Această
informaţie trebuie să fie furnizată de algoritmi de detecţie spectrală. Odată ce aceste
protocoale au cunoştiinţă despre latenţe, rolul lor este de a asigura o degradare a
performanţelor minimă pentru comunicaţiile în desfăşurare, ale utilizatorilor de generaţie
nouă. Consecvent, protocoalele managementului mobilităţii multiplelor nivele sunt necesare
pentru funcţionalitatea mobilităţii spectrale. Aceste protocoale suportă managementul
mobilităţii adaptat pentru diferitele tipuri de aplicaţii. De exemplu, conexiunea TCP poate fi
pusă într-o stare de aşteptare până când spectrul de transfer al unei transmisiuni de pe un
canal pe altul s-a terminat. Mai mult, atâta timp cât parametrii TCP se schimbă după spectrul
de transfer al unei transmisiuni de pe un canal pe altul, este esenţială cunoaşterea noilor
parametrii şi trebuie asigurată tranziţia de la foştii parametrii la cei noi foarte rapidă. Pentru
o comunicaţie de date, FTP de exemplu, protocoalele pentru managementul mobilităţii
trebuie să implementeze mecanisme pentru stocarea pachetelor ce sunt transmise în spectrul
de transfer al unei transmisiuni de pe un canal pe altul, în vreme ce într-o aplicaţie în timp
real nu este nevoie de memorarea pachetelor, dacă sunt trimise mai târziu şi ele nu pot fi
folosite de aplicaţii corespondente.
35
3.2.2 Provocările mobilităţii spectrului în reţele de generaţie nouă
Următoarele, reprezintă probleme actuale ale eficienţei mobilităţii spectrale în reţelele
de generaţie nouă:
La un anumit timp, unele benzi de frecvenţă pot fi disponibile pentru utilizatorii de
generaţie nouă. Sunt necesari algoritmi pentru a decide cel mai bun spectru disponibil bazat
pe caracteristicile canalului şi pe cererile aplicaţiilor folosite de aceşti utilizatori.
Odată ce este selectat spectrul cel mai potrivit, următoarea provocare este de a crea o nouă
mobilitate şi un nou management al comunicaţiei, pentru a reduce întârzierea şi pierderile
din timpul spectrului de transfer al unei transmisiuni de pe un canal pe altul.
Atunci când frecvenţele operaţionale devin ocupate (se poate întâmpla dacă un utilizator
licenţiat începe să folosească această frecvenţă) la mijlocul comunicaţiei unui utilizator de
reţea nouă, aplicaţia ce rulează va trebui să se mute pe o altă frecvenţă disponibilă. Selecţia
noii frecvenţe operaţionale poate dura ceva timp. Este nevoie de algoritmi noi, pentru a se
asigura că aplicaţiile să nu sufere degradări severe ale performanţelor, în timpul tranziţiilor.
Spectrul de transfer al unei transmisiuni de pe un canal pe altul poate apărea datorită altor
motive decât ale apariţiei utilizatorilor primari. Deci, există şi alte scheme de spectru de
transfer al unei transmisiuni de pe un canal pe altul în reţelele de generaţie nouă. Dacă un
astfel de utilizator se mută dintr-un loc într-altul, poate apărea spectrul de transfer al unei
transmisiuni de pe un canal pe altul pentru că se schimbă banda spectrală disponibilă. Astfel,
în schema spectrului de transfer al unei transmisiuni de pe un canal pe altul trebuie să apară
transferul unei transmisiuni de pe un canal pe altul inter-celular. În afară de aceasta, spectrul
de transfer al unei transmisiuni de pe un canal pe altul între diferite reţele, este cunoscut ca
transfer al unei transmisiuni de pe un canal pe altul vertical şi este foarte probabil de apărut.
Într-un astfel de mediu diversificat, este esenţial ca schemele spectrului de transfer al unei
transmisiuni de pe un canal pe altul să ia în considerare toate posibilităţile menţionate.
Mobilitatea spectrală în domeniul timp. Reţelele de generaţie nouă se adaptează spectrului
fără fir, bazat pe benzile disponibile. Atâta timp cât aceste canale se schimbă în timp,
reprezintă o provocare pentru obţinerea calităţii serviciilor. Radioul fizic, trebuie să se
“mute” de-a lungul spectrului pentru a îndeplini cerinţele necesare calităţii serviciilor.
Mobilitatea spectrului în spaţiu. Benzile disponibile se schimbă atunci când un utilizator se
mută dintr-un loc în altul.
36
3.3 Împărţirea spectrală
În reţelele de generaţie nouă, una din cele mai mari provocări o reprezintă împărţirea
spectrului între utilizatori. Această problemă, poate fi asociată cu problemele apărute la
nivelul MAC (medium access control). Co-existenţa utilizatorilor licenţiaţi şi gama largă
de spectru disponibil sunt două mari motive pentru aceste provocări.
Pentru a putea vorbi mai departe de împărţirea spectrală, trebuie să enumerăm paşii care
trebuie urmaţi.
• sesizarea spectrală: unui utilizator de generaţie nouă i se poate aloca o porţiune din
spectru, numai dacă acea porţiune nu este utilizată de un utilizator primar. În acord
cu aceasta, când un nod al reţelei de generaţie nouă încearcă să transmită pachete,
trebuie să cunoască iniţial gradul de ocupare al spectrului din jurul vecinătăţii sale.
• Accesul spectral: în cadrul acestui pas, apare o altă problemă a împărţirii spectrale.
Cum există mai multe noduri de nouă generaţie care încearcă să acceseze spectrul,
acest acces trebuie coordonat pentru a preveni coliziunea dintre utilizatorii multipli
în porţiunile de suprapunere.
• Alocarea spectrală: bazându-se pe disponibilitatea spectrului, nodului i se poate
aloca un canal. Această alocare nu depinde numai de disponibilitatea spectrului, ci
este determinat şi pe bază de politici interne.
• Acordul dintre transmiţător-receptor (handshake): odată ce o porţiune a spectrului
este selectată pentru comunicaţie, receptorul comunicaţiei trebuie anunţat şi el despre
spectrul selectat. Un astfel de protocol este esenţial pentru eficienţa comunicaţiei în
reţelele de generaţie nouă. De reţinut este faptul că termenul de acord nu înseamnă
restricţionarea protocolului dintre transmiţător şi receptor. Poate fi implicată şi o a
treia parte, o staţie centralizată.
• Mobilitatea spectrală: nodurile de generaţie nouă sunt denumite ‘vizitatori’ ai
spectrului la care sunt alocaţi. Dacă porţiunea utilizată, specificată din spectru este
cerută de un utilizator licenţiat, comunicaţia trebuie să continue pe o altă porţiune
vacantă. Ca rezultat, mobilitatea spectrală este şi ea importantă pentru succesul
comunicaţiei dintre nodurile de generaţie nouă.
37
3.3.1 Tehnici folosite pentru împărţirea spectrului
Soluţiile existente pentru împărţirea spectrală în reţelele de generaţie nouă pot fi
clasificate în funcţie de trei aspecte: în acord cu arhitectura, cu manifestarea alocării
spectrale şi în funcţie de tehnicile de acces spectral. În Fig.12 sunt descrise cele trei
clasificări şi se arată rezultatele fundamentale ale analizei acestei clasificări.
Fig.12 Clasificarea împărţirii spectrale în reţelele de generaţie nouă
În timp ce în unele cazuri se folosesc tehnici de optimizare pentru a afla strategii
optime pentru împărţirea spectrală, în alte cazuri, se folosesc metode de analiză specifice
teoriei jocurilor. Prima clasificare a tehnicilor de împărţire spectrală în reţelele de generaţie
nouă este bazată pe arhitectură şi poate fi descrisă astfel:
• împărţire spectrală centralizată: în aceste soluţii, o entitate centralizată controlează alocarea
spectrală şi procedurile de acces. Pentru ajutorul acestor acestor proceduri, se mai adaugă în
general o procedură de sesizare, distribuită, astfel încât fiecare entitate din reţeaua de
generaţie nouă trimite măsurătorile privind alocarea spectrului către o entitate centrală, iar
aceasta construieşte o mapă a alocării spectrale.
• împărţirea spectrală distribuită: aceste soluţii sunt propuse pentru cazurile în care
construcţia unei infrastructuri nu este preferată. Adică fiecare nod este responsabil pentru
alocarea spectrală, iar accesul este bazat pe politicile locale.
O a doua clasificare pentru tehnicile de împărţire spectrală se bazează pe
comportamentul accesului, şi anume:
• împărţire spectrală cooperativă: soluţiile cooperative consideră efectul comunicaţiei
nodurilor asupra altor noduri. Cu alte cuvinte măsurătorile interfereţei fiecărui nod sunt
împărţite şi altor noduri. Aceste informaţii sunt folosite şi de algoritmi de alocare spectrală.
În timp ce soluţiile centralizate pot fi considerate ca fiind şi cooperative, există şi soluţii
cooperative distribuite.
38
• împărţirea spectrală non-cooperativă: contrar soluţiilor cooperative, aceste soluţii consideră
doar nodul în cauză. Tehnicile şi soluţiile non-coopertive pot rezulta din reducerea utilizării
spctrului, iar minimul comunicaţiilor necesare pentru alte noduri introduc o negociere pentru
soluţiile practice.
Aceste două soluţii au fost comparate în general în funcţie de utilizarea spectrului
obiectivă şi de rezultate. Pentru metodele de acces spectral s-au analizat parametri de
utilizare ai spectrului şi împărţire obiectivă a acestuia, iar problema alocării spectrale este
modelată ca o problemă de reprezentare grafică cu culori diferite, alocate diverşilor
utilizatori. Pentru această modelare s-au considerat atât metode de alocare centralizate, cât şi
distribuite. Utilizând acest model, este prezentată o schemă optimizată. În această schemă,
utilizatorii secundari alocă canale în funcţie de interferenţa care va fi provocată de
transmisie. Ambele aproximări, sunt considerate, iar aproximarea cooperativă se presupune
că va lua în considerare efectul alocării canalelor la potenţialii vecini. Rezultatele simulărilor
arată că abordările cooperative sunt mult mai bune decât cele ale aproximării non-
cooperative. Mai mult, comparaţia dintre soluţia centralizată şi cea distribuită arată că
soluţia distribuită urmăreşte îndeaproape soluţia centralizată.
În final, a treia clasificare a împărţirii spectrale în reţelele de generaţie nouă bazată pe
tehnologia accesului spectral este explicată astfel:
• împărţirea spectrală superioară (overlay): se referă la tehnica de acces folosită. Mai
explicit, un nod accesează reţeaua utilizând o porţiune a spectrului care nu a fost folosită de
utilizatori licenţiaţi. Ca rezultat, interferenţa cu utilizatorii primari este minimizată.
• împărţirea spectrală inferioară (underlay): exploatează tehnicile de împrăştiere spectrală
dezvoltate pentru reţelele celulare. Odată ce s-a alcătuit o mapă a alocării spectrale, un nod
al reţelei de generaţie nouă începe să transmită astfel încât puterea de transmisie pe o
anumită porţiune a spectrului este percepută de utilizatorii licenţiaţi ca fiind un zgomot.
Aceste cazuri necesită tehnici sofisticate de împrăştiere spectrală şi pot utiliza o lăţime a
benzii mai mare comparată cu tehnicile de împărţire spectrală superioară.
O altă comparaţie a abordărilor precedente se bazează pe interferenţa sistemului
secundar asupra celui primar, în condiţiile unei probabilităţi de stagnare şi a trei tehnici de
împărţire spectrală. Prima tehnică, necesită ca utilizatorii secundari să împrăştie puterea
transmisă în întreg spectrul la fel ca tehnica CDMA sau UWB (ultra wide band-bandă ultra
largă). A doua tehnică presupune ca nodurile să aleagă banda de frecvenţă pentru a transmite
şi astfel interferenţa cu utilizatorii primari este redusă. O altă tehnică, hibridă necesită ca
nodurile să-şi împrăştie transmisia peste tot spectrul şi să elimine frecvenţele pe care
transmit utilizatorii primari. În primul rând statisticile despre interferenţă pentru fiecare
tehnică în parte sunt determinate pentru analiza probabilităţilor de întrerupere.
39
3.3.2 Împărţirea spectrală Inter-Reţea
Reţelele de generaţie nouă sunt considerate ca furnizând oportunităţi de acces pentru
spectrul licenţiat folosind utilizatori nelicenţiaţi. Setările oferă posibilitatea multiplelor
sisteme să fie dezvoltate în locaţii suprapuse şi spectre după cum arată Fig.13
Fig.13 Împărţire a spectrului în inter şi intra reţele
Împărţirea spectrului de-a lungul acestor sisteme este o importantă temă de cercetare
de-a lungul reţelelor de generaţie nouă. Împărţirea spectrului inter-reţea a fost reglementată
prin asignarea de frecvenţe statice, de-a lungul diferitelor sisteme sau alocarea centralizată
dintre diferitele puncte de acces ale unui sistem în reţelele celulare. În reţelele ad-hoc, doar
problema interferenţei în banda ISM a fost investigată, axânduse pe co-existenţa dintre
reţelele WLAN şi Bluetooth.
3.3.1.1 Împărţirea spectrală centralizată inter-reţea
Într-un prim pas al co-existenţei sistemelor spectrale, eticheta protocolului canalului
comun, de coordonare spectrală CSCC este propusă pentru co-existenţa reţelelor 802.11.b şi
802.16.a. Fiecare nod, se presupune a fi dotat cu echipament de radio cognitiv, cu o rată de
bit scăzută şi o bandă limitată de control radio. Co-existenţa este menţinută prin coordonarea
40
acestor noduri între ele cu ajutorul unor mesaje CSCC de difuzie. Fiecare utilizator
determină canalul pe care îl va folosi pentru transmisia de date astfel încât să se evite
interferenţa. În cazul în care selectarea canalului nu este suficientă pentru evitarea
interferenţei, se va folosi un mecanism de adaptare a puterii. Evaluările făcute, arată că acolo
unde este spectru disponibil pentru a folosi un adaptor de frecvenţă, protocolul etichetă
CSCC are unele îmbunătăţiri ale rezultatelor de 35-160% datorită ambelor modalităţi de
adaptare, a frecvenţei şi puterii. Un alt rezultat interesant este acela când nodurile sunt
adunate în clustere în jurul punctelor de acces ale standardului IEEE 802.11.b şi cresc
rezultatele îmbunătăţirilor protocolului CSCC .
Pe lângă competiţia care are loc pentru spectru, mai există o altă competiţie pentru
utilizatori. Un server al politicii spectrale ( SPS ) este propus pentru a coordona cererile
multiplilor operatori asupra spectrului. În această schemă, fiecare operator face o ofertă
pentru spectru, indicând costul pe care îl va plăti pentru perioada de folosire. SPS va aloca
apoi spectrul, maximizând profitul pe baza ofertelor de la operatori. Operatorii vor
determina ofertele pentru fiecare utilizator, iar utilizatorii selectează ce operator vor folosi
pentru diferite tipuri de trafic. Când comparăm cu cazul în care fiecare operator este asignat
unei porţiuni egale a spectrului, acum schemele cu ofertele operatorilor ating rezultate bune,
conducând la venituri mari pentru SPS, asemănător cu un preţ scăzut pentru utilizatori,
corespunzător cerinţelor lor. Aceste studii aduc noi perspective, încorporând competiţia
pentru utilizatori la fel ca cea a spectrului, în reţelele de generaţie nouă.
3.3.1.2 Împărţirea spectrală distribuită inter-reţea
O schemă pentru împărţirea spectrală distribuită, pentru serviciile Internet fără fir
cuprinde o schemă de distribuţie a calităţii serviciilor bazată pe alocarea dinamică a
canalelor, D-QDCR (QoS dynamic channel reservation). Conceptul de bază al D-QDCR este
acela că o staţie de bază BS concurează cu o alta cu care interferează, în acord cu cerinţele
necesare calităţii serviciilor utilizatorilor, pentru alocarea unei porţiuni a spectrului. Similar
cu protocolul CSCC, canalele de control şi de date sunt separate. Unitatea de bază pentru
alocarea canalelor pe baza D-QDCR se numeşte cadru Q. Atunci când o BS alocă un cadru
Q, foloseşte canalele de control şi de date, alocate pentru coordonarea şi comunicaţia de date
dintre utilizatori. Competiţia dintre BS-uri se face în acord cu prioritatea lor, care depinde de
volumul de date şi de cerinţele calităţii serviciilor. Mai mult, politicile pentru competiţii sunt
propuse pe baza tipului de trafic, sau al cererii utilizatorilor. Altfel, dacă evaluările nu sunt
furnizate, schemele D-QDCR servesc la împărţirea spectrului inter-reţea.
41
Soluţiile de împărţire spectrală inter-reţea, oferă o privire de ansamblu a împărţirii
spectrale, ele incluzând politicile operatorilor pentru determinarea alocării canalelor. O
problemă majoră a existenţei acestor soluţii în arhitectura reţelelor de generaţie nouă, este
cererea de canale de control comun.
3.3.2 Împărţirea spectrală intra-reţea
În cadrul acestei împărţiri a spectrului, utilizatorii reţelelor de generaţie nouă, încearcă
să acceseze spectrul disponibil, fără să cauzeze interferenţă utilizatorilor primari. Se poate
face o clasificare a soluţiilor propuse de această împărţire spectrală, după cum urmează:
3.3.2.1 Împărţirea spectrală intra-reţea cooperativă
O schemă cooperativă, locală, ”negociată”, este propusă pentru a furniza o utilizare a
spectrului cât mai corectă. ”Negocierea” locală este realizată prin construirea de grupuri
locale, în acord cu o linie insuficientă, care să asigure o alocare spectrală minimă fiecărui
utilizator, care se bazează deci, pe o împărţire corectă între utilizatori.
O altă soluţie care consideră aceste grupuri locale se bazează pe un protocol de
distribuţie heterogenă MAC. O problemă ivită în soluţia propusă anterior, a LB , se referă la
canalele de control comun, care s-ar putea să nu existe sau să fie ocupate de utilizatori
primari, în cadrul reţelelor de generaţie nouă. Se poate demonstra, că pentru o anumită
topologie există un număr limitat de canale de control comun pentru fiecare utilizator din
reţea. Dacă se iau în considerare şi vecinii locali, nodurile îşi împart canalele cu vecinii.
Bazîndu-ne pe această observaţie, este propus un algoritm al clusterilor, astfel încât fiecare
grup să selecteze un canal comun pentru comunicaţie, iar detecţia distribuită şi împărţirea
spectrală sunt furnizate pe acest canal. Dacă acest canal este ocupat de un utilizator primar la
un anumit moment de timp, nodurile se reorganizează pentru un alt canal de control.
Performanţele evaluărilor arată că presupunerile făcute asupra grupurilor distribuite sunt mai
bune decât aproximările asupra canalelor de control comun, în special când traficul este
mare.
Noţiunea de “tonuri ocupate” care este des întâlnită în unele protocoale din reţelele ad-
hoc, este extinsă şi în reţelele de generaţie nouă, care au protocoale pentru împărţirea
spectrală dinamică MAC( DOSS-MAC ). Ca rezultat, când un nod utilizează un anumit
42
canal de date pentru comunicaţie, atât transmiţătorul cât şi receptorul trimit semnale de ton
ocupat prin intermediul canalului de ton ocupat asociat.
Mai mult, pentru alocarea spectrală, este inclusă în protocoalele pentru împărţirea
spectrală şi determinarea puterii de transmisie. Sunt propuse atât canalele multiple, cât şi
canalele separate, din schemele cu o distribuţie asincronă a preţului unde fiecare nod îşi
anunţă preţul interferenţei pentru celelalte noduri. Utilizând această informaţie de la vecini,
un nod poate mai întâi aloca un canal şi în acest caz există utilizatori în canal, iar apoi poate
determina puterea de transmisie. Ca rezultat, această schemă poate fi clasificată ca un hibrid
al tehnologiilor împărţirii spectrale inferioare şi superioare. În timp ce există utilizatori ce
folosesc canale distincte, utilizatorii multipli pot împărţi acelaşi canal ajustându-şi puterea
de transmisie. Algoritmul SC-ADP oferă rate mari pentru utilizatori, în comparaţie cu alţi
algoritmii, unde utilizatorii selectează canalul cel mai bun fără a avea cunoştiinţe despre
nivelul de interferenţă al vecinilor. În final, este arătat, că la o interferenţă mare, algoritmul
propus este mai bun decât tehnicile de împărţire spectrală inferioare.
Mai există şi alte soluţii pentru împărţirea spectrală centralizată, printre care este şi
protocolul accesului dinamic în spectru (DSAP). Această soluţie este asemănătoare cu
aproximarea SPS, dar axându-se pe împărţirea spectrală intra-reţea. Protocolul pentru
accesul dinamic în spectru, dă posibilitatea unei entităţi centrale să ofere spectru
utilizatorilor într-o regiune geografică limitată. DSAP se referă la clienţi, la server şi
schimbă informaţia dintre clienţi şi server, care nu sunt într-o rază directă faţă de server.
Clienţii vor informa serverul despre condiţiile canalului lor, pentru a se putea face o privire
de ansamblu a întregii reţele de către server. Exploatând detecţia cooperativă şi cea
distribuită, serverul DSAP construieşte o mapă radio. Această mapă, este folosită pentru
atribuirea canalelor şi este oferită clienţilor pentru un timp limitat.
3.3.2.2 Împărţirea spectrală intra-reţea non-cooperativă
Este propusă o schemă pentru un management oportun al spectrului, unde utilizatorii
alocă canale bazându-se pe observaţiile vecinilor şi pe modelele de interferenţă. În schema
dispozitivului central de management spectral, (DCSM) comunicaţia în ansamblu, este
minimizată furnizând cinci reguli diferite de sistem, pentru alocarea spectrală. Ca rezultat,
utilizatorii alocă canale în funcţie de aceste reguli, bazate pe observaţii în locul colaborării
dintre utilizatori. În cazul în care mai multe noduri aleg acelaşi canal şi sunt apropiate, sunt
folosite tehnici de acces aleatoriu pentru a rezolva această situaţie. O analiză comparativă a
43
acestei scheme cu una cooperativă arată că accesul spectral bazat pe reguli, are o
performanţă mai scăzută şi comunicaţia în ansamblu este redusă.
Un protocol de împărţire spectrală pentru reţele ad-hoc (AS-MAC) exploatează
schimbul RTS-CTS şi vectorul de alocare al reţelei (NAV), concept folosit de protocolul
IEEE 802.11 MAC, într-o setare a spectrului deschis. În aceste presupuneri, reţeaua de nouă
generaţie co-există cu reţeaua GSM. Fiecare nod mai întâi ascultă canalul de difuzie a reţelei
GSM, la fel cum ascultă şi canalul de control al reţelei de generaţie nouă, iar apoi, fiecare
nod îşi construieşte NAV (vectorul de alocare al reţelei) şi selectează canalele.
3.4 Canalul de control comun
Mai multe soluţii de împărţire spectrală, centralizate sau distribuite, folosesc un canal
de control comun CCC. Este clar că acest tip de canal facilitează funcţionarea împărţirii
spectrale. Datorită faptului că utilizatorii reţelelor de generaţie nouă sunt priviţi ca vizitatori
ai spectrului care li s-a alocat, când un utilizator primar alege un canal, acest canal trebuie să
fie liber şi fără interferenţă. Rezultatul este că implementarea unui CCC fix în reţelele de
generaţie nouă este imposibilă. Pe deasupra, într-o reţea cu utilizatori primari, un canal
comun pentru toţii utilizatorii este strâns dependent de topologie, deci variază cu timpul.
Atunci când un canal de control comun nu este utilizat, devine o adevărată provocare
acordul transmiţător-receptorului.
Gama radio dinamică
Această gamă se modifică odată cu frecvenţa de operare, datorită variaţiei atenuării. În
multe soluţii, o gamă fixă este presupusă a fi independentă în spectrul operaţional. În
reţelele de generaţie nouă, unde se consideră o largă porţiune a spectrului fără fir, vecinii
unui nod se pot schimba, o dată cu schimbarea frecvenţelor. Datorită acestor proprietăţi,
alegerea unui canal de control comun trebuie să fie foarte atent decisă. Va fi mult mai
eficientă seletarea canalelor de control în porţiuni joase ale spectrului unde gama de
transmisie va fi mare, decât selectarea canalelor în porţiunile superioare ale spectrului unde
poate fi utilizată o operaţie cu minimizarea interferenţei.
44
Capitolul 4
Detecția spectrală
Una dintre cele mai importante cerințe ale sistemelor Radio Cognitiv este detecția
găurilor spectrale. Un Radio Cognitiv este proiectat pentru a cunoaște schimbările din jurul
său. Detecția spectrală este funcția ce permite radio-ului să se adapteze la schimbările
mediului prin detectarea găurilor spectrale și utilizarea oportunistă a benzilor de frecvență
fără a cauza interferență nedorită utilizatorilor licențiați.
Cea mai eficientă modalitate de a detecta găurile spectrale este detectarea
utilizatorilor primari care comunică în aria de transmisiune a radio-ului cognitiv. În realitate
însă, este dificil pentru un radio cognitiv să măsoare canalul dintre receptorul primar și
transmițător. Documentaţia actuală privind sesizarea spectrului de bandă largă pentru
reţelele de radio cognitiv este foarte limitată. O abordare mai recentă este de a folosi filtre
trece bandă în interfaţa radio RF pentru a detecta frecvenţa apropiată, la un anumit moment
de timp, la care tehnicile de sesizare spectrală de bandă îngustă se pot aplica.
Detecția spectrală poate fi clasificată în: detecția non-cooperativă și detecția
cooperativă.
4.1 Definirea spectrului disponibil
Un canal poate fi considerat oportun pentru acces, dacă nu este ocupat de utilizatori
primari. Acesta este oportun pentru ST si SR, dacă ei pot comunica cu succes prin
intermediul acestui canal în timp ce se limitează interferența provocată utilizatorilor primari
până la un anumit nivel determinat de politicile spectrale impuse. Aceasta înseamnă că SR
nu va fi afectat de transmițătorul primar și transmițătorul ST nu va interfera cu receptorii
primari. Considerăm atenuarea unui semnal uniformă și antenele omnidirecționale. În acest
caz, un canal este oportun pentru ST şi SR dacă nici un utilizator primar cu o distanţă txr de
ST nu recepţionează şi nici un utilizator primar cu o distanţă de rxr de SR nu transmite pe
acest canal. După cum se poate observa, txr este determinat de puterea de transmisie a
utilizatorilor secundari şi de interferenţa maximă permisă faţă de utilizatorii primari, în timp
45
ce rxr este determinat de puterea de transmisie a utilizatorilor primari, precum şi de toleranţa
interferenţei cu utilizatorii secundari.
Fig. 14 Model Conceptual
Spectrul oportun pentru accesul utilizatorilor este un concept local definit cu privire
la o anumită pereche de utilizatori primari. Depinde nu numai de locaţia transmiţătorului
secundar cât şi de cea a receptorului secundar. Spectrul oportun este determinat mai mult de
activităţile comunicaţiilor utilizatorilor primari, decât ale utilizatorilor secundari.
Comunicaţiile eşuate datorită coliziunii dintre utilizatorii secundari nu descalifică un canal
de la a fi oportun pentru acces.
4.2 Detecția non-cooperativă
Problema detecției spectrale poate fi formulată după cum urmează:
Pentru a detecta un semnal primar de putere slabă într-o bandă B cunoscută a priori, se poate
propune următoarea ipoteză:
(1)
46
H0 reprezintă absența semnalului primar, astfel încât semnalul complex recepționat
x(n) conține doar zgomot Gaussian, alb și aditiv (AWGN), v(n) ~ ϹN(0,σv2), și H1 reprezintă
prezența semnalului primar, astfel că x(n) este compus din s(n) alterat de către v(n). N
reprezintă numărul de măsurători disponibile. Mai întâi vom analiza și comenta cele 3
metode de detectare spectrală non-cooperativă înainte de a trece la motivarea necesității
detectării colaborative.
4.2.1 Detectorul de energie
Detectorul de energie necoerent (sau radiometru) reprezintă una dintre cele mai
simple abordări pentru a decide între ipotezele H0 și H1. Fie vectorul x=[x(1) ,x(2),…, x(N)]T,
și s=[s(1), s(2),…, s(N)]T. Regula de decizie în acest caz este dată de:
T(x) , (2)
unde T(x) este statistica de test și γ pragul de decizie corespunzător. Conform teoremei
limitei centrale, T(x) are o distribuție normală asimptotică dacă N este suficient de mare (N ≥
20 este de obicei suficient în practică). Pentru valori mari ale lui N, putem modela statistica
de test T(x) după cum urmează:
, (3)
47
unde reprezintă media puterii semnalului primar. Astfel, pentru valori mari ale
lui N, probabilitatea de alarmă falsă Pf și probabilitatea de detecție Pd pot fi aproximate cu
următoarele formule:
, (4)
și
, (5)
unde
reprezintă probabilitatea unei variabile aleatoare Gaussiene de medie nulă și varianță
unitară.
Din funcțiile de mai sus, se poate concluziona că, în timp ce o probabilitate de
detecție Pd scăzută ar însemna o probabilitate mare de a rata prezența semnalului primar și
astfel ar cauza interferență cu acesta, o probabilitate de alarmă falsă Pf ar însemna o utilizare
spectrală redusă deoarece numărul de alarme false crește numărul oportunitățiilor ratate.
denotă raportul semnal-zgomot (SNR). Folosind relațiile (4) și (5), este ușor de observat că
pentru a asigura anumite valori pentru Pf și Pd , numărul necesar de eșantioane, N, este dat
de:
, (6)
În zona de raport semnal-zgomot bun ( SNR 1), se poate afirma că sunt necesare
O(1/SNR) eșantioane pentru a întruni nivelul de performanțe dorit (Pf , Pd). (Notația
y=O(g(n)) rezultă că există o constantă k astfel încât . Pe de altă parte,
în zona de raport semnal-zgomot slab (SNR ), sunt necesare O(1/SNR2).
48
Important de reținut este că dacă singura informație cunoscută a priori este puterea
zgomotului, atunci detectorul de energie este optim în condițiile criteriului Neyman-Pearson.
De asemenea, performanțele detectorului de energie pot fi susceptibile incertitudinii asupra
nivelul puterii zgomotului. Pentru a rezolva această problemă, se transmite un ton pilot de la
transmițăorul primar pentru a îmbunătăți acuratețea detectorului de energie. Un alt neajuns
este că detectorul de energie nu poate face diferența între diverse tipuri de semnale, poate
doar determina prezența acestuia. Din acest motiv, detectorul de energie este predispus la
falsă detecție cauzată de semnale neintenționate.
4.2.2 Detecția filtrului potrivit
Detectorul coerent, denumit și filtru potrivit, poate îmbunatăți performanțele de
detecție dacă semnalul primar transmis este determinist și cunoscut a priori. Avantajul
principal al acestei metode îl reprezintă faptul că necesită un timp mai puţin pentru a atinge
un câştig al prelucrării, datorită coerenţei şi are nevoie de cunoştinţe anterioare despre
semnalul utilizatorului primar, cum ar fi tipul de modulaţie, forma impulsului şi formatul
pachetului. Toate aceste informaţii se stochează într-o memorie a radiolui cognitiv. Dacă
această informaţie nu este corectă, performanţele filtrului potrivit sunt mici.
Fitrul potrivit corelează semnalul cunoscut s(t) cu semnalul recepționat necunoscut
x(n), iar decizia se ia după următoarea ipoteză:
, (7)
Statistica de test T(x) este distribuită normal după ambele ipoteze, astfel că:
, (8)
Probabilitățiile de alarmă falsă și de detecție sunt date de:
, (9)
și
49
, (10)
Ca și în cazul detectorului de energie, numărul necesar de eșantioane necesare pentru a
obține un caz dorit (Pf, Pd) este dat de:
, (11)
Această structură este optimă pentru detecție, deoarece maximizează raportul
semnal-zgomot în prezența zgomotului aditiv dacă semnalul transmis, s(n), este cunoscut a
priori. Totuși, în cazuri cu raport semnal-zgomot slab, acest detector nu este potrivit
deoarece sincronizarea este greu de realizat. Performanţele pot fi îmbunătăţite dacă se
folosesc simboluri pilot, preambuluri, coduri de sincronizare, sau egalizarea semnalului
primar şi toate aceste pot fi utilizate şi pentru detecţia coerentă. De exemplu, sistemele
CDMA folosesc coduri împrăştiate şi canale de sincronizare, iar cele OFDM preambuluri.
4.2.3 Detecția caracteristicilor ciclostaționare
Detecția caracteristicilor exploatează forma unică a unui semnal specific pentru a-i
detecta prezența. Majoritatea semnalelor modulează purtatori sinusoidali, au o perioadă de
simbol bine determinată, au anumite prefixe ciclice, care rezultă într-o periodicitate
intrinsecă. Detectorul caracteristicilor ciclostaționare se poate folosi de această periodicitate
pentru a realiza o detecție mai corectă. Principalul avantaj al acestei funcţii este că poate
diferenţia energia zgomotului de energia semnalelor modulate, care este un rezultat al
factorului că zgomotul este un semnal staţionar în sens larg, fără corelaţie, în timp ce
semnalele modulate sunt ciclostaţionare cu corelaţie spectrală datorită redundanţei
semnalelor periodice.
50
Semnalul modulat s(n) poate fi caracterizat ca un proces ciclostaționar de ordin doi,
în sens larg, deoarece atât media cât și funcția sa de autocorelație prezintă periodicitate.
Acestea sunt:
și
În acest caz, pentru orice n, n1 și n2, se poate spune că:
și
,
unde este perioada fundamentală. Funcția de autocorelație ciclică a unui proces
ciclostaționar de ordin doi, în sens larg, cu o frecvență este:
, (12)
care are următoarea proprietate:
, (13)
pentru orice număr întreg i diferit de zero. Atunci, pentru un proces ciclostaționar ,
există un astfel încât pentru unele valori ale lui m. Reprezentarea
corespunzătoare a lui în domeniul frecvență, se definește ca funcția de corelație
spectrală, care poate fi obținută prin transformata Fourier în timp discret (DTFT)
( , (14)
unde este frecvența digitală corespunzătoare frecvenței de eșantionare Fs.
Ipoteza binară de test (1) poate fi înlocuită cu:
, (15)
51
Deoarece zgomotul v(n) nu este în general periodic, avem că ( =0 pentru
. Pentru un timp de observație finit N, o estimare pentru funcția de corelație spectrală
la w=2πk/L poate fi obținută după următoarea formulă:
, (16)
unde
(17)
este Transformata Fourier Discretă în L puncte (DFT), pentru al n-lea eșantion al semnalului
recepționat, și kα =αL/Fs este indicele de frecvență corespunzător frecvenței ciclice α. Se
presupune că funcția de corelație spectrală ( se cunoaște a priori. Statistica de test este
dată de un detector cu ciclu singular:
, (18)
sau un detector multi-ciclu:
, (19)
Performanțele detectorului de caracteristici ciclostaționare în termeni de estimare a
probabilităților de detecție, respectiv alarmă falsă, Pf și Pd sunt matematic de nerezolvat.
Detectorul de caracteristici ciclostaționare este necoerent datorită transformatei în
cuadratură, dar detectarea coerentă de caracteristici câstigă în comparație cu detectorul de
energie, daca puterea zgomotului este cunoscută.
4.2.4 Concluzii
Deoarece radio-urile cognitive (CR), au cunoștințe limitate despre semnalele
primare, detectorul de energie devine cea mai importantă tehnică pentru detecția spectrală.
Tehnicile mai sofisticate (detectorul coerent si detectorul de caracteristici) pot fi folosite
pentru o detecție rafinată sau o clasificare a semnalului detectat, dacă există mai multe
52
cunoștințe a priori despre semnalul primar. În continuare, se va discuta doar despre
detectorul de energie și despre cum strategiile cooperative de detecție ce pot îmbunătăți
performanțele acestuia.
53
4.3 Detecția cooperativă
În cazul detecţiei non-cooperative explicată anterior, utilizatorii de reţele noi
detectează semnalul transmiţătorului primar, independent, prin intermediul observatorilor
locali. Detecţia cooperativă se referă la metodele de sesizare spectrală unde informaţia
provenită de la multipli utilizatori ai reţelelor de generaţie nouă sunt încorporate, astfel
ajutând la detecţia utilizatorilor primari. Ea poate fi implementată fie într-o manieră
centalizată, ori într-una distribuită. În metoda centralizată staţiile de bază ale reţelelor de
generaţie nouă au rolul de a aduna toate informaţiile despre sesizarea spectrală de la
utilizatorii reţelelor noi şi detectează găurile spectrale. Pe cealaltă parte, soluţiile distribuite
necesită un schimb de observaţii între utilizatori.
Detecţia cooperativă între utilizatorii nelicenţiaţi este teoretic mai precisă atâta timp
cât incertitudinea asupra detecţiei unui singur utilizator poate fi minimizată. Suprapunerea
multi cale şi efectul de umbrire sunt principali factori care degradează performanţele
metodelor de detecţie a utilizatorului primar. Deci, schemele de detecţie cooperativă permit
atenuarea efectelor mai sus menţionate şi îmbunătăţesc probabilitatea de detecţie într-un
mediu umbrit.
Într-o bandă de frecvențe anume, prima responsabilitate a radio-ului cognitiv este de
a detecta corect existența utilizatorului primar pentru a minimiza interferența cu
transmisiunile existente. Însă, semnalele sunt greu de detectat datorită condițiilor
defavorabile ale canalului de comunicații și propagării pe căi multiple dintre utilizatorul
primar si radio-ul cognitiv. Din acest motiv, este greu de distins între un spectru alb și un
semnal slab atenuat de fading. Fading-ul stă la baza așa-numitei probleme a terminalului
ascuns, ilustrată în Fig. 15, unde un nod CR, (CR1) aflat în zona de protecție a
trasmițătorului primar PTx nu poate detecta semnalul datorită umbririi.
În acest caz, CR1 poate decide că este în afara zonei de protecție al PTx și poate
cauza interferență dăunătoare, transmițând date în banda primară de frecvență. Pentru a
preveni problema terminalului ascuns, rețeaua Radio Cognitiv ar putea fuziona rezultatele
sesizării spectrale primite de la mai multiple CR-uri și ar putea profita de diversitatea
dispunerii spațiale pentru a putea crește fiabilitatea globală a detecției spectrale. În acest
mod, o rețea de utilizatori secundari distribuiți spațiali, cu diverse condiții de canal cu sursa
primară, ar putea crește șansele unei detecții corecte, prin inter-schimbarea de informații de
detecție spectrală. Așadar, detecția spectrală cooperativă poate rezolva problema detecției
54
eronate, prin exploatarea diversității spațiale pentru a reduce probabilitatea de interferență
cu utilizatorii primari.
Fig. 15 Problema terminalului ascuns, în care zona tampon și raza radio-ului primar
formează împreună zona de protecție a transmițătorului primar
Majoritatea sesizării cooperative se desfășoară în general pe un canal de control.
Schemele de cooperare eficientă trebuie implementate cu scopul de a reduce banda și
cerințele de putere optimizând în același timp fiabilitatea detecției. În general,
caracteristicile de operare, cum ar fi: probabilitatea de alarmă falsă și probabilitatea de
detecție eronată trebuie alese în concordanță cu capacitatea de transmisie dorită pentru
utilizatorii secundari și probabilitatea de coliziune cu utilizatorii primari.
4.3.1 Detecția de bandă largă
Altă provocare crucială pentru sistemele Radio Cognitiv reprezintă monitorizarea și
procesarea benzilor de frecvență ultra-largi (până la câțiva gigahertzi) pentru a găsi în mod
fiabil găurile spectrale pentru acces oportunist la spectru. Această cerință presupune
provocări unice atât pe partea hardware a sistemului RF, dar și în dezvoltarea de algoritmi
55
fiabili de prelucrare de semnal. Detecția spectrală necesită, în primul rând, o interfață RF de
bandă largă cu un convertor analog-digital de înaltă rezoluție și de înaltă viteză, care este
costisitor de implementat. În adaos, sesizarea spectrală trebuie sa identifice atât benzile
ocupate cât si cele libere în timp real pentru a îmbunătăți utilizarea spectrului și a evita
introducerea interferențelor dăunătoare care pot afecta radio-urile primare. Aceste observații
motivează necesitatea unor algoritmi de detecție spectrală care pot diminua cerințele asupra
circuitelor RF și permite CR-urilor sa maximizeze capacitatea de trafic oportunist într-o
rețea secundară cu interferență limitată.
Literatura de specialitate existentă cu privire la sesizarea spectrală de bandă largă
este limitată. O abordare cunoscută este de a folosi un filtru trece-banda (BPF) tunabil
pentru a sesiza fiecare bandă îngustă pe rând, unde se pot aplica algoritmi cunoscuți de
sesizare a unei benzi înguste. Detecția spectrală de bandă largă necesită o arhitectură RF de
bandă largă și implică estimarea densității spectrale de putere (PSD) peste o gamă largă de
frecvențe.
Colaborarea între noduri secundare CR dispersate în spațiu poate atenua necesitatea
constrângerilor asupra părții RF prin amplificarea semnalului detectat la centrul de fuziune
și prin lărgirea benzii de frecvență în care se face detecția.
4.3.2 Scheme de detecție cooperativă de bandă îngustă cu centru de fuziune
Se consideră o rețea Radio Cognitiv cu M utilizatori secundari. Utilizatorul i
(i=1,2,...,M) colectează măsurători și formulează ipoteza de test binară după cum urmează:
(20)
unde hi este câștigul canalului dintre PTx si al i-lea utilizator secundar, si
este zgomotul la la i-lea receptor CR. Se consideră că hi este constant în timpul intervalului
de detecție (N eșantioane), iar valoarea lui N trebuie sa fie mult mai mică decât timpul de
coerență al canalului dintre transmițătorul si receptorul primar. Folosind detectorul de
energie, fiecare nod secundar i (i=1,2,...,M) folosește următoarea regulă de decizie:
56
(21)
unde , Ti(xi) măsoară energia totală, iar γi reprezintă pragul
local de decizie la nodul secundar i.
Pentru evaluarea performanțelor sesizării spectrale, se definește probabilitatea de
detecție a găurii spectrale astfel:
și probabilitatea de interferență:
,
unde Pf și Pd denotă probabilitățiile de alarmă falsă și respectiv de detecție. Practic,
probabilitatea P(H0/H0) reprezintă probabilitatea ca utilizatorii secundari să identifice un
segment spectral neocupat și este o măsură importantă a utilizării oportuniste a spectrului.
Analog, presupunând ca CR-urile transmit mereu în segmente spectrale unde nu detectează
semnal primar, probabilitatea P(H0/H1) măsoară probabilitatea ca un utilizator secundar să
provoace interferență dăunătoare utilizatorilor primari. Desigur, P(H0/H1) reprezintă
probabilitatea unei detecții ratate.
Obiectivul este de a implementa scheme de colaborare eficiente pentru M noduri
distribuite spațial pentru a îmbunătăți exactitatea detecției spectrale. Asta presupune
maximizarea P(H0/H0) cu condiția menținerii P(H0/H1) pe cât de mic posibil.
În practică, detecția spectrală cooperativă poate fi implementată într-o manieră
centralizată sau distribuită , după cum este prezentat în Fig. 16. Implementarea centralizată
folosește un centru de fuziune pentru a combina rezultatele detecției de la mai multe noduri
și a ajunge la decizia finală. În cazul distribuit, fiecare nod CR colectează rezultatele de
sesizare spectrală de la vecinii săi și implementează propria decizie prin fuziune. Detecția
spectrală cooperativă poate atinge diferite nivele de performanță prin interschimbarea
datelor: decizie hard sau rezumat statistic (decizie soft).
57
4.3.2.1 Fuziunea cu decizie hard
Cu decizia hard, fiecare nod CR ia propria decizie asupra prezenței sau absenței
utilizatorului primar și apoi trimite decizia binară (un singur bit) către centrul de fuziune
pentru decizia finală. Regula de votare este una din cele mai simple metode sub-optimale de
decizie fuzionată: acesta numără nodurile care au votat prezența semnalului primar și
compară votul cu un prag dat. În mod alternativ, poate fi folosită si operația de SAU-logic
pentru a combina deciziile de la mai multi utilizatori secundari, unde centrul de fuziune
decide H1 dacă oricare din nodurile secundare a decis H1. În același fel, poate fi
implementată și operația ȘI-logic care decide H1 dacă și numai dacă toate nodurile pretind
că ipoteza H1 este adevarată.
Este foarte cunoscut faptul că abordările bazate pe testul raportului probabil (LRT –
likelihood-ratio test) obțin performanțele optime conform criteriului Neyman-Pearson. Fie
deciziile nodurilor individuale stocate în vectorul binar , unde
, (22)
Fie P(u/H0) și P(u/H1) probabilitățiile lui u sub ipotezele H0 și H1. În acest caz,
detectorul LRT este dat de:
(23)
unde este pragul optim determinat de probabilitatea detectării găurii spectrale dorită.
Calculul pragului local de decizie optim , conform criteriului Neyman-Pearson este
matematic de nerezolvat, iar problema este agravată de faptul că măsurătorile nodurilor
individuale sunt corelate.
Prin urmare, este necesară implementarea soluțiilor sub-optimale. Important de
precizat este că în cazul schemei cu fuziune cu decizie hard, este nevoie de o bandă minimă
a canalului de control, dar este necesar un detector de energie la fiecare nod secundar CR.
58
4.3.2.2 Combinarea rezumatelor statistice (decizia soft)
Pentru a evita necesitatea optimizării pragurilor locale de detecție , pentru decizia
binară cu fuziune, nodurile pot transmite rezumatele statistice
către centrul de fuziune în care un test optim este:
, (24)
unde este pragul optim determinat de probabilitatea detectării găurii spectrale dorită.
Fig. 16
Fig. 16. Fuziunea datelor în detecția cooperativă. (a) În implementarea centralizată,
rezultatele detecției nodurilor individuale sunt trimise unui centru de fuziune, unde este luată
decizia globală. (b) În implementarea distribuită, fiecare CR este și un centru de fuziune,
colectând măsurătorile sesizării spectrale de la nodurile vecine și luând o decizie
independentă.
59
Din teorema limită centrală, poate fi argumentat că y are o distribuție normală pentru
un număr N suficient de mare. pentru ipoteza H0 și pentru
ipoteza H1. Folosind detectorul de energie, din relația (3) rezultă:
și
, pentru ipoteza H0.
și
, pentru ipoteza H1.
Este important de precizat că și sunt matrici pozitive semi-definite, și
.
Statisticile lui y pentru ambele ipoteze H0 si H1 pot fi estimate in practică. Pentru
H0, puterea zgomotului pot fi calibrate într-o bandă despre care se știe că nu este
folosită. Informații despre perioade de liniște sunt găsite uzual în benzile TV. Pentru H1,
statisticile pot fi cunoscute a priori în timpul perioadelor în care se știe sigur că
transmițătorul primar funcționează. Obținerea acestor informații a priori despre semnalul
primar este posibilă deoarece majoritatea stațiilor TV transmit periodic semnale pilot la
nivele de putere fixe. Metoda este aplicabilă și pe downlinkul unor rețele celulare, unde
stațiile de bază terestre transmit periodic semnale pilot la un nivel de putere fix. Puterea
recepționată a semnalului primar poate fi estimată prin scăderea puterii zgomotului
din totalul puterii recepționate la al i-lea nod în perioada în care există certitudine că
utilizatorul primar transmite, din moment ce semnalul primar este independent de zgomot.
Matricile diagonale de covarianță și implică faptul că statisticile recepționate
la centrul de fuziune sunt independente unele față de celelalte.
Având în vedere distribuțiile lui , relația (24) devine:
60
, (25)
unde reprezintă determinantul matricii A. Prin logaritmare, detectorul LRT
poate fi simplificat în forma următoare:
, (26)
Din cauză că fuziunea bazată pe LRT implică operații non-lineare, analiza
performanțelor și optimizarea pragurilor de detecție rămân o cerință complexă.
Alternativ, o structură de detecție mai simplă poate fi folosită, prin combinarea
liniară a nivelelor locale de energie de la nodurile CR individuale, în scopul deciziei
spectrale globale. Statistica de test poate fi aleasă să fie de forma:
, (27)
unde este un vector de ponderare reprezentând contribuția fiecărui nod individual la
decizia globală. De exemplu, dacă un nod generează un raport semnal-zgomot mare, care va
rezulta mai degrabă o decizie corectă, atunci lui îi trebuie asignat un coeficient de
ponderarea mai mare.
61
Fig. 17
Deoarece orice combinație liniară de variabile aleatoare Gaussiene este tot
Gaussiană, performanțele detectorului liniar (27) pot fi evaluate ca:
, (28) și
, (29)
Se poate pune problema maximizării probabilității detecției găurii spectrale (a
utilizării oportuniste a spectrului unei benzi de frecvență cautate), punând constrângeri
asupra probabilității de interferență. Depinzând de aplicație, se poate formula o problemă de
optimizare alternativă în care să se minimizeze probabilitatea având o
constrângere asupra .
Funcția , este monoton descrescătoare, este concavă
pentru și convexă pentru , după cum se poate vedea în Fig. 18.
62
Fig. 18
În rețelele Radio Cognitiv, probabilitățile de alarmă falsă și detecție au implicații
unice. măsoară probabilitatea interferenței provocate utilizatorilor primari. Pe de altă
parte, determină o limită superioară a eficienței spectrale, astfel că: o valoare mare a
implică o utilizare scăzută a spectrului. Această afirmație se bazează pe presupunerea că,
dacă semnalele primare sunt detectate, radio-ul cognitiv nu va folosi canalul respectiv, iar
daca semnalele primare nu sunt detectate, acesta va folosi canalul respectiv.
Se definesc 3 clase de Sisteme Radio Cognitiv, din punctul de vedere al necesității
folosirii benzi de frecvență dorite.
• Sistem Conservativ : Un sistem CR conservativ are o rată de utilizare oportunistă a
spectrului mai mică sau egală de 50% și o probabilitate de interferență mai mică
decat ½. Prin urmare, probabilitatea de alarmă falsă satisface relația și
probabilitatea de detecție .
• Sistem Agresiv: Un sistem CR agresiv se așteaptă să obțină o utilizare spectrală
oportunistă mai mare de 50% dar să mențină o probabilitate de interferență cu
utilizatorii primari mai mică de 50%. Acest fapt corespunde cu o probabilitate de
alarmă falsă țintă și o probabilitate de detecție .
• Sistem Ostil: Un sistem CR ostil își propune o utilizare spectrală oportunistă mai
mare de 50% și probabil va cauza o interferență cu utilizatori primari mai mare sau
egală cu 50%. Acest sistem are o probabilitate de alarmă falsă și o
probabilitate de detecție .
63
Listă de termeni și abrevieri
AGC - Automatic gain control (controlul câştigului automat)
ASIC - Application-specific Integrated Circuits (circuite integrate specifice pt. aplicații)
AS-MAC - Împărţire spectrală pentru reţele ad-hoc
AWGN - Additive white Gaussian noise (zgomot Gaussian alb,aditiv)
B3G - Beyond 3G Generation
BPSK - Binary Phase-shift keying (modulaţie cu deplasare binară de fază)
BPF – Band-pass Filter (filtru trece-bandă)
BRAN - Broadband Radio Access Network (rețea de acces radio de bandă largă)
BS – Base Station (stație de bază)
CCC – Common Control Channel (canal de control comun)
CDMA – Code-Division Multiple Access
CR – Cognitive radio (radio cognitiv)
CSCC - Common spectrum coordination channel (canal de coordonare spectrală comună)
DCSM - Dispozitiv central de management spectral
DFS – Dynamic Frequency Selection (selectarea dinamică a frecvenței)
DOSS-MAC – Dynamic open spectrum sharing MAC
D-QDCR - QoS dynamic channel reservation (rezervarea dinamică a canalului pe baza
calităţii serviciilor)
DSA – Dynamic Spectrum Access
DSAP - Dynamic spectrum access protocol (protocol de acces spectral dinamic)
DSP – Digital Signal Processor (procesor digital de semnal)
DVB – Digital Video Broadcasting (televiziune digitală)
FCC - Federation of Communications Commission
FPGA – Field Programmable Gate Array
FTP – File Transfer Protocol
GPRS – General Packet Radio Service (serviciu general de pachete radio)
GSM – Global System for Mobile communications (sistem global pentru comunicaţii
mobile)
HF – High Frequency (frecvențe înalte)
HSDPA – High-Speed Download Packet Access
IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers
64
IP – Internet Protocol
ISM - Banda destinată pentru Industrie, Ştiinţă, Medicină
LNA – Low noise amplifier (amplificator de zgomot scăzut)
MAC – Medium Access Control (nivelul de control al accesului la mediu)
MIMO – Multiple input and multiple output (multiple intrări și ieșiri)
NAV - Network Allocation Vector (vector de alocare al reţelei)
OFDM - Orthogonal frequency division multiplexing (mutiplexare cu diviziune ortogonală
de frecvenţă)
PHY – Physical Layer (nivelul 1 sau nivelul fizic)
PLL – Phase-locked Loop
PRx – Receptor primar
PSD – Power spectral density (densitate spectrală de putere)
PTx – Transmițător primar
PU – Primary user (utilizator primar)
QoS – Quality-of-Services (calitatea serviciilor)
RAT – Radio- Access Tehnology (tehnologii de acces radio)
RF – Radio Frequency (domeniul de radio-frecvență)
RTS-CTS - -To-Send/Clear-To-Send (cerere pentru emisie-liber pentru emisie)
SC/MC-ADP- Single channel/multi-channel asynchronous distributed pricing (canale
distribuite asincron în funcţie de preţ)
SDR – Sofware-defined Radio (radio definit prin software)
SPS - Spectrum policy server (server al politicii spectrale)
SR – Receptor secundar
ST- Transmițător secundar
TCP – Transmission Control Protocol (protocol de control al transmisiunii)
TDMA – Time Division Multiple Access (acces multiplu cu diviziune de timp)
TPC – Transmission Power Control (controlul puterii de transmisie)
UMTS - Universal Mobile Telecommunications System (sistem de telecomunicaţii mobile
universal)
UWB - Ultra Wide Band (bandă ultra largă)
VCO - Voltage-controller oscillator (oscilator controlat în tensiune)
W-CDMA - Wideband Code Division Multiple Access
WiMAX - Worldwide Interoperability for Microwave Access (interoperabilitate la nivel
mondial pentru acces de microunde)
WLAN - Wireless LAN (reţele de wireless de access local)
xG – neXt Generation (rețea de generație nouă)
65
Bibliografie
1. „NeXt generation/dynamic spectrum access/cognitive radio wireless networks: A
survey.”
Ian F. Akyildiz, Won-Yeol Lee, Mehmet C. Vuran *, Shantidev Mohanty
2. „Collaborative Wideband Sensing for Cognitive Radios” Zhi Quan, Shuguang Cui, H. Vincent Poor, Ali H. Sayed
3. “Optimal Linear Cooperation for Spectrum Sensing in Cognitive Radio Networks”
Zhi Quan, Shuguang Cui, Ali H. Sayed
4. ” Spectrum opportunity and interference constrait in opportunistic spectrum access”
Qing Zhao
5. “Cooperative Spectrum Sensing in Cognitive Radio,Part I: Two User Networks”
Ghurumuruhan Ganesan and Ye (Geoffrey) Li
6. “Fundamental tradeoffs in robust spectrum sensing for opportunistic frequency
reuse”
Anant Sahai, Niels Hoven, Shridhar Mubaraq Mishra, Rahul Tandra
7. “Some fundamental limits on Cognitive Radio”
Anant Sahai, Niels Hoven, Rahul Tandra
8. “Cognitive Radio techniques for Wide Area Networks”
William Krenik, Anuj Batra
9. “Cognitive Radio Arhitecture: The Engineering Foundations Of Radio XML”
Joseph Mitola III