BC/NW 2006, №1 (8): 6.1
ИНТЕЛЛЕКТУальные радиосистемы: когнитивное
радио
Д.В. Авдонин, А.Г. Рындык
(НГТУ, г. Нижний Новгород)
Стремительное
развитие беспроводных телекоммуникационных систем, таких как: системы сотовой и
спутниковой радиосвязи, локальные беспроводные сети и Интернет по технологии Wi-Fi и Wi-MAX, обнаружило серьезную проблему.
Практически весь частотный диапазон к настоящему времени распределен и
лицензирован, однако при этом, как показали исследования Федеральной комиссии
связи США, спектр, как драгоценный природный ресурс, используется не достаточно
эффективно. В результате, внедрение и использование новых сервисов, для работы
которых необходимо наличие свободных частотных диапазонов, становится
затруднительным, а в некоторых случаях вовсе невозможным.
Существенным
образом повысить эффективность использования спектра позволяет механизм
динамического управления спектром, согласно которому вторичным пользователям (не
закрепленным за данным частотным диапазоном) предоставляется возможность
использовать диапазоны первичных пользователей (закрепленных за данным
диапазоном) на время, пока этот диапазон не используется первичным пользователем.
Механизм
динамического управления спектром весьма сложен технически, и может применяться
только в так называемых интеллектуальных радиосистемах. Отличительной
особенностью таких систем, выделяющей их в отдельную группу, является
способность извлекать и анализировать информацию из окружающего радио
пространства, предсказывать изменения канала связи и оптимальным образом
подстраивать свои внутренние параметры
состояния, адаптируясь к изменениям радио среды.
Для
описания таких интеллектуальных радиосистем Д. Митоллой [1] был предложен
термин когнитивное радио. Свойство когнитивности (дословно способность к познаванию
и самообучению) подразумевает способность радиосистемы решать следующие задачи:
1)
оценка
так называемой шумовой температуры радио среды, обнаружение неиспользуемых в
данный момент времени спектральных диапазонов (спектральных дыр);
2)
анализ
параметров радиоканала, оценка канальной информации, предсказания состояния
радиоканала;
3)
контроль
излучаемой мощности и динамическое управление спектром.
В
настоящей работе предложен оптимальный алгоритм контроля излучаемой мощностью и
динамического управления спектром.
В
математическом понимании суть задачи контроля излучаемой мощности в
многопользовательской среде заключается в выборе оптимального уровня излучаемой
мощности среди n пользователей с целью максимизации совокупной скорости
передачи, не превышая максимально допустимого уровня шумовой температуры и при
условии ограниченного числа спектральных дыр. Проблема заключается в том, что
при увеличении мощности передачи одного из пользователей наблюдается
нежелательный эффект увеличения уровня интерференции на входе приемников других
пользователей.
Для
эффективного контроля излучаемой мощности в когнитивных радиосистемах может
применяться процедура "наполнения водой" (Water Filling) [2].
Ее суть заключается в циклическом увеличении передаваемой мощности каждым
пользователем с целью увеличения скорости передачи (не превышая максимально
допустимого уровня шумовой температуры), и последующем регулировании мощности
каждым пользователем для достижения желаемой скорости передачи.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Joseph Mitola III.
Cognitive Radio. An Integrated Agent Architecture for Software Defined Radio //
Doctor of Technology Dissertation, Royal Institute of
2.
Simon
Haykin. Cognitive Radio: Brain-Empowered Wireless Communications
// IEEE Journal on selected areas and communications, vol. 23, No. 2, February
2005, p. 213.