Co je kognitivní rádio (CR) a jak funguje?

Co je kognitivní rádio (CR) a jak funguje?

Kognitivní rádio (CR) je forma bezdrátová komunikace ve kterém a vysílač dokáže inteligentně zjistit, které komunikační kanály se používají a které ne. Transceiver se okamžitě přesune do prázdných kanálů, přičemž se vyhne obsazeným. Tyto funkce pomáhají optimalizovat využití dostupného vysokofrekvenčního (RF) spektra.

Rovněž minimalizuje rušení ostatních uživatelů. A vyhýbáním se obsazeným kanálům se zvyšuje účinnost spektra a zlepšuje kvalitu služeb (QoS) pro uživatele.

Bezdrátové vysokofrekvenční spektrum je omezený zdroj, obvykle přidělený prostřednictvím procesu licencování. V USA je to společná odpovědnost Federal Communications Commission (FCC) a Národní telekomunikační a informační správa (NTIA). FCC spravuje spektrum pro nefederální (např. Komerční) použití, zatímco NTIA dělá totéž pro federální (např. Vojenské, FBI) ​​použití.

Přidělené (licencované) spektrum není vždy optimálně využíváno. Ve výsledku jsou některá pásma přeplněná (např. GSM mobilní sítě), zatímco jiné jsou relativně nevyužité (např. vojenské). Tato neefektivnost spektra omezuje množství dat, která lze přenášet uživatelům, a snižuje kvalitu služeb.

Protože počet používaných připojených zařízení stále roste, rychle se z tohoto omezeného zdroje stává vzácný zdroj. Kognitivní rádio je efektivní způsob, jak inteligentně, optimálně a spravedlivě využívat a sdílet tento zdroj.

pásma vysokofrekvenčního spektra
Kognitivní rádio optimalizuje využití dostupných pásem vysokofrekvenčního spektra.

Kognitivní rádiové sítě a schopnosti

Joseph Mitola z KTH Royal Institute of Technology ve Stockholmu poprvé navrhl myšlenku kognitivního rádia v roce 1998. Jedná se o hybridní technologii zahrnující softwarově definované rádio (SDR), jak je aplikováno na rozprostřené spektrum komunikace.

Kognitivní rádiová síť (CRN) je rozdělena do dvou hlavních sítí, a primární síť a sekundární síť. Primární síť vlastní licencované pásmo a skládá se z primární rádiové základnové stanice a uživatelů. Sekundární síť sdílí nevyužité spektrum s primární sítí. Skládá se z kognitivní rádiové základnové stanice a uživatelů.

Tři klíčové funkce, které odlišují kognitivní rádio od tradičního rádia, jsou:

  • Poznání: ČR rozumí svému geografickému a operačnímu prostředí.
  • Překonfigurování: Podle těchto kognitivních znalostí se ČR může rozhodnout dynamicky a autonomně upravovat své parametry.
  • Učení se: ČR se může také poučit ze zkušeností a experimentovat s novými konfiguracemi v nových situacích.

Kognitivní rádiové aspekty

Dva hlavní aspekty používané v ČR jsou snímání spektra a spektrální databáze.

Spectrum Sensing

Zařízení CR sledují pásma spektra v jejich sousedství, aby identifikovali uživatele s licencí pro provoz v tomto pásmu. Hledají také nevyužité části vysokofrekvenčního spektra známé jako prázdné znaky nebo díry spektra. Tyto díry se vytvářejí a odebírají dynamicky a lze je použít bez licence.

Snímání spektra může být kooperativní nebo nespolupracující. V kooperativní metodě kognitivní rádiová zařízení sdílejí informace o spektru, zatímco v nespolupracující metodě funguje každé zařízení CR samostatně.

Požadavky na snímání spektra v kognitivním rádiu
Kognitivní rádiová zařízení sledují pásma spektra pomocí techniky zvané snímání spektra, která má dvě příchutě (kooperativní a nespolupracující) a má určité požadavky.

Databáze spektra

Televizní stanice aktualizují využívání RF spektra příští týden v databázi, kterou spravuje FCC. Kognitivní rádiová zařízení mohou z této databáze vyhledávat informace o volném spektru, takže se nemusí spoléhat na složité, časově náročné a nákladné techniky snímání spektra.

Nevýhodou této metody je, že pro databázi je obtížné aktualizovat aktivitu dynamického spektra v reálném čase. V důsledku toho mohou zařízení CR přijít o příležitosti získat přístup k nevyužitému spektru.

K podpoře rostoucího počtu zařízení využívajících vysokofrekvenční spektrum je užitečný kombinovaný přístup. Zajišťuje, že zařízení mohou rychle a přesně detekovat nevyužité spektrum, a tak zlepšit QoS.

Druhy kognitivního rádia

Dva hlavní typy CR jsou heterogenní a sdílení spektra.

V heterogenní ČR provozují provozovatelé několik rádiových přístupových sítí (RAN) používající stejné nebo různé protokoly technologie RAT (Radio Access Technology). Heterogenní kognitivní rádio používá přístup zaměřený na síť a frekvence pásma přidělená různým sítím RAN jsou pevná.

V CR se sdílením spektra sdílí několik RAN ​​stejné frekvenční pásmo. Rovněž se navzájem koordinují, aby inteligentně a optimálně využívali neobsazená dílčí pásma.

V obou typech CR jsou rádiové zdroje optimalizovány a QoS je mnohem lepší, než by tomu bylo u tradičního rádia.

Dalším způsobem kategorizace CR je plné kognitivní nebo snímání spektra. Plná kognitivní CR bere v úvahu všechny parametry, které bezdrátový uzel nebo síť mohou znát. Spektrum snímající CR detekuje kanály ve vysokofrekvenčním spektru.

Aplikace kognitivního rádia

CR je nová revoluční technologie s mnoha potenciálními aplikacemi. To je důvod, proč je také známý jako komunikační síť nové generace.

Například ČR může pomoci řešit problémy s připojením ve venkovských oblastech. Může také optimalizovat RF operace pro smartphony a IoT zařízení, sítě pro doručování obsahu, známé také jako distribuční sítě obsahu a obrovské bezdrátové hotspoty.

jak funguje síť pro doručování obsahu
Kognitivní rádio, považované za komunikační síť nové generace, je rušivou technologií, která by mohla optimalizovat konektivitu pro sítě pro doručování obsahu, zařízení IoT, smartphony a další.

Mezi další potenciální aplikace patří:

Podle IEEE, kognitivní rádio může být dokonce použito v kosmických komunikacích, zvláště daleko mimo oběžnou dráhu Země.

Share

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *