Cognitive Radio

1. Primäre Benutzer sind die Benutzer, die für den Betrieb in einem bestimmten Frequenzband lizenziert sind.

2. Spektrumlöcher sind der in einem Spektrumsband verfügbare Raum, der von nicht lizenzierten Benutzern genutzt werden kann. Spektrumlöcher werden dynamisch in Echtzeit erstellt und entfernt.

Einschränkungen der Spektrumserfassungstechniken

Die Spektrumserfassung ist die beste CR-Lösung, erfordert jedoch viel Erfassungszeit. Es erfordert auch einen komplexen Algorithmus, um Zuverlässigkeit zu erreichen.

Nicht kooperativ:

Parallel Sensing

• Hardware Komplexität
• Hohe Kosten

Sequentielle Sensing

• Lange Erfassungszeit, da CR-Geräte die Frequenzen der primären Benutzer einzeln scannen müssen, um die Verfügbarkeit von Spektrumlöchern zu erkennen

Wellenform

• Erfordert Vorkenntnisse der Synchronisationssignatur aller primären Benutzer in verschiedenen Spektrumbändern
• Diese Technik ist anfällig für Synchronisationsfehler, die zu einer falschen Erkennung der primären Benutzer führen können

Übereinstimmungsfilter

• Erfordert Vorkenntnisse der Wellenformmuster aller primären Benutzer in den verschiedenen Spektrumbändern
• Rauschvarianz und Unsicherheit machen diese Technik unzuverlässig, da CR-Geräte das übertragene Signal von primären Benutzern nicht erkennen können

Cyclo Stationär

• Hohe Rechenkomplexität

Kooperativ:

Kooperative Sensortechnik needzzs intelligent Eingänge von verschiedenen CR-Geräten zu kombinieren und die Verfügbarkeit von Spektrum Löcher zu ermitteln. Die Genauigkeit des Algorithmus ist hier kritisch, da eine falsche Erkennung die Leistung der primären Benutzer in Spektrumbändern umgekehrt beeinflussen kann. Die Entwicklung eines solchen ‘perfekten Algorithmus’ ist eine Herausforderung

Technik 2 – Spektrumsdatenbank

Die Federal Communications Commission (FCC) schlug ein Konzept für eine Spektrumsdatenbank vor, um die Komplexität der Spektrumserkennungstechnik zu beseitigen und TV-Leerraum zu verwenden. Alle Fernsehsender müssen ihre Nutzung in der nächsten Woche in der von der FCC gepflegten Datenbank aktualisieren. CR-Geräte können freie Spektruminformationen aus dieser Datenbank suchen. CR-Geräte verfügen über Kenntnisse über das freie Spektrum für die Verwendung und können die Notwendigkeit einer komplexen Erfassung, die Zeit und Geld erfordert, zunichte machen.

Einschränkung der Spektrumdatenbanktechnik

Ein erheblicher Prozentsatz der Spektrumlöcher wird für kurze Zeit dynamisch erstellt. Es ist sehr schwierig für eine Datenbank, dynamische und Echtzeitaktivitäten in Spectrum zu aktualisieren. Dies stellt einen massiven Opportunitätsverlust für CR-Geräte dar (insbesondere im IoT-Ökosystem, in dem mehrere Geräte eine kleine Menge an Informationen übertragen müssen, die effektiv auf dynamisch erstellten Spektrallöchern ausgeführt werden können).

Ein konsolidierter Ansatz zur Förderung von CR

Eine effiziente Nutzung des Spektrums ist erforderlich, um die wachsende Anzahl massiver IOT-Geräte zu unterstützen. Ungenutztes Spektrum kann in großen Portionen (z. B. TV-Weißraum) oder als Spektrumlöcher verfügbar sein. Je nach Bedarf und in einer opportunistischen Methode müssen sowohl Leerraum- als auch Spektrumlöcher verwendet werden, um zukünftige Spektrumanforderungen zu erfüllen. Ein kombinierter Ansatz könnte sich als ideal für eine Lösung erweisen, um die massiven Spektrumanforderungen zu erfüllen.

Eine leicht zugängliche lokale Datenbank (in der Netzwerkkomponente gepflegt) und eine Spektrumserfassungstechnik im CR-Gerät können eine bessere Lösung für kognitives Radio bieten. Die Datenbank sollte folgende Informationen enthalten.

• Echtzeitnutzung des primären Benutzers (in Bezug auf Frequenz, Zeit, Raum, Übertragungseigenschaften)
• Verlauf des Nutzungsmusters des primären Benutzers in dieser Region in Bezug auf Frequenz, Zeit, Leistung, Übertragungseigenschaften

Vorteile

A. Schnelle und genaue Erkennung von ungenutztem Spektrum

Jedes CR-Gerät kann mit der Suche nach Löchern beginnen, die in der Datenbank angegeben sind. Wenn die Datenbank einige Echtzeit-Spektrumlöcher anzeigt, können CR-Geräte sie direkt verwenden, andernfalls kann sie anhand der historischen Informationen das Nutzungsmuster des primären Benutzers in dieser Region verstehen und mit der Spektrumserfassung beginnen, um die Spektrumlöcher herauszufinden. Da die CR-Vorrichtung die primären Signaleigenschaften in einer bestimmten Zeit aus der Datenbank kennt, kann die Spektrumserfassung weniger komplex, genau und weniger zeitaufwändig sein.

B. Optimierte Suche und geringerer Batterieverbrauch

Durch die Kombination von Informationen aus der Datenbank, dem Verlauf der Nutzungsmuster des primären Benutzers und den Signaleigenschaften des primären Benutzers müssen CR-Geräte nicht das gesamte Spektrum nach Verfügbarkeit durchsuchen, sondern können sich auf eine bestimmte Region konzentrieren. Dieser Vorgang spart Zeit und Batterieverbrauch.

Fazit

Der in diesem Papier hervorgehobene konsolidierte Ansatz kann dazu beitragen, eine weniger komplexe, kostengünstige Lösung zu schaffen. Es kann die Investitionen des Betreibers drastisch reduzieren, da SIE nicht lizenzierte Frequenzen nutzen. Während das IoT-Phänomen wächst, müssen zig Milliarden von Geräten in Echtzeit miteinander kommunizieren. Der hervorgehobene CR-Ansatz wird Betreibern dabei helfen, massiven Frequenzanforderungen gerecht zu werden und eine vernetzte Welt aufzubauen.