ההתרחבות המהירה של שירותי תקשורת אלחוטית הציבה מתח חסר תקדים על משאבי ספקטרום רדיו סופיים.בעוד שלהקות ספקטרום מורשה נותרו תחת השפעה באזורים רבים, להקות ללא רישיון סובלות מעומס.רשתות רדיו קוגניטיביות (CRNs) הופיעו כפתרון טרנספורמטיבי, המאפשר למשתמשים משניים (לא מורשה) לגשת באופן ספקטרום מורשה של גישה ספקטרום מורשה מבחינה סטטיסטית ללא גרימת מזיקה ראשונית למשתמשים (D) הגורם קריטי של אסטרטגיות ניתוחיות של תפקוד דיגיטלי של אסטרטגיות הפעלה (R) הוא משחקת פעולה משותפת של שיטות פעולה (D) הוא משחקת (DS).

מימון תדירות Shift Keying in Cognitive Radio

תדירות Shift Keying (FSK) מקודמת נתונים דיגיטליים על ידי שינוי תדירות המוביל בין ערכים דיסקרטיים.מערכת בינארית FSK (BFSK) משתמשת בשני תדרים כדי לייצג לוגיקה 0 ולוגיקה 1, בעוד M-ary FSK משתמש בתדרים מרובים כדי לשדר יותר סיביות לסמל.FSK ידועה בזכות האינטנסיכות שלה נגד והיכולת שלה לשמור על קידוד קוגניטיבי, במיוחד על תכונות רדיו דינמית.

בהקשר CRN, המאפיינים ספקטרליים של FSK משפיעים ישירות על האופן שבו משתמשים משניים יכולים לשתף ספקטרום. כי אותות FSK תופסים רוחב פס פרופורציה למספר השינויים בתדירות וקצב הסמל, רדיו קוגניטיבי חייב לבחור בקפידה פרמטרים מודולציה כדי למנוע הצצה על משתמש ראשוני (PU) שידורים.

תפקיד FSK באסטרטגיות שיתוף רדיו קוגניטיביות

(ב) ,החלקה ב-CRNs מתבצעת בדרך כלל באמצעות שלושה פרדיגמות עיקריות: (FLT:0interweaveveveveaveveveveveveaveveveveFLT:1, 2) ,2underlayveFLT 3: ו-FLT:4overlayveyph:5FLT:5SK משפיע על כל אחת מהגישות האלה בדרכים נפרדות.

שיתוף פעולה בין-weave Spectrum Sharing

בשיתוף פעולה בין-הביני, משתמשים משניים חשים את הספקטרום ומעבירים רק כאשר משתמש ראשוני הוא idle. FSK מפשט את ספקטרום החישה כי הטבע הנטוש שלו מאפשר זיהוי אנרגיה עם רגישות גבוהה. את הטונים השונים המשמשים ב- FSK יכול להיות מוכר בקלות על ידי גלאי אנרגיה, צמצום אזהרות כוזבות וגילויים מפספסים ביעילות.

המונחים: Spectrum Sharing

שיתוף תחתי מאפשר שידורים משניים גם כאשר משתמש ראשוני פעיל, בתנאי את כוח ההתערבות ב המקלט הראשי נשאר מתחת לסף מוגדר של הסף הקבוע של FSK של המעטפה והיכולות לפעול ביחסות אות נמוך מאוד (SNR) להפוך אותו למועמד אטרקטיבי תחת לחץ.על ידי שמירה על כוח שידור נמוך מאוד והפצת ה-FSK להתנגשות רוחב פס רחב (spreadtrum FSK), למנוע אותות משניים או יעילים אלה.

Overlay Spectrum Sharing

שיתוף Overlay כולל משתמשים משניים המעבירים את התנועה של משתמשים מרכזיים או באמצעות טכניקות קידוד מתקדמות כדי לבטל את ההתערבות.FSK תורמת לאסטרטגיות ממושכות באמצעות הקלות של ההדגמה בתרחישים של העברת שיתופי פעולה. nodes משניים יכולים לפענח את האותות הראשוניים המגודלים עם מורכבות נמוכה ולאחר מכן לקדם אותם בעת העברת הנתונים שלהם באמצעות אוטגוני FSK ל-CSK כדי לשפר את התצורה העל-FSK, המכונה: FSLT-FSK-FLT-FSCR מורכבת, אשר דורש שיפור יעיל יותר מ-FSCR:

FSK ב- Spectrum Sensing and Detection

ספקטרום Accurate sensing הוא אבן הפינה של גישה ספקטרום דינמי אותות CRNs. FSK מציעים כמה תכונות אשר משפרות את הביצועים של חישה:

  • (FLT:0Cyclostationarity: ⁇ FSK גלפורים מציגים תכונות מחזוריות (התאם משפטית) שניתן לנצל עבור זיהוי משתמש ראשוני חזק אפילו במשטרים נמוכים של סייקטאריים יכול להפלה בין אותות PU ורעש או הפרעה, שיפור האמינות.
  • (FLT:0) פשטות גילוי אנרגיה: FLT:1, האופי הצר של FSK עושה אנרגיה מבוססת חישה יעילה מבחינה חישובית - יתרון קריטי עבור מכשירי רדיו קוגניטיביים מאומצים משאבים. גלאי אנרגיה יכולים לסרוק במהירות מספר רב של תדרים כדי לזהות ערוצים פנויים.
  • טביעות אצבע של מעליות: 1. [במערכות M-ary FSK, דפוס החיתוך התדירות הייחודי יכול לשמש חתימה על זיהוי משתמשים ראשוניים, המאפשר רשתות חישה שיתופיות להבחין בין סוגים שונים של PU.

מחקרים אחרונים הראו כי (FLT:0) שינוי השקיפות ב-H-FSK) משפר את ההסתברות לזיהוי בסביבות מרובות דרך מתן מגוון תדרים.ההתקדמות מאפשרת למשתמשים משניים לשמור על דיוק רגיש גם כאשר אותות משתמשים ראשוניים מוזנים.

ניהול השוואתי עם FSK ברדיו קוגניטיבי

התערבות מינימלית למשתמשים ראשוניים היא המטרה העיקרית של כל אסטרטגיה לשיתוף ספקטרום CRN. ההשפעה של FSK על ניהול ההתערבות ניתן לנתח באמצעות עדשות מרובות:

ראשי תיבות של Leakage and Guard Bands

אותות FSK יש באופן תיאורטי רוחב פס אינסופי בשל lobes צדדי, אבל יישום מעשי להשתמש מסנני הדופק בעיצוב מסננים (למשל, Gaussian FSK - GFSK) כדי להגביל את האנרגיה ספקטרלית. עיצוב מסנן נכון להפחית את התערבות הערוץ הסמוך, ומאפשר למשתמשים משניים לפעול בנקודת קרבה הקרובה למשתמשים ראשוניים.

שיטות בקרה כוח

המעטפה הקבועה של אלגוריתמים של בקרת חשמל מכיוון שהכוח המועבר הוא פרופורציה ישירה של נושא amplitude.משתמשי שני יכולים בדיוק להתאים את כוחם להישאר מתחת למגבלת הטמפרטורה ההתערבות שנקבעה על ידי הרשת הראשית. תוכניות מתקדמות משלבות בין PH:0דינמית בחירת תדירות בחירה FSK 1 עם הסתגלות לצמצום ההפרעה.

שיתוף פעולה בין מינוף Mitigation

בפריסה צפופה CRN, משתמשים משניים עשויים להעביר בו זמנית אותות FSK על תדרי חפיפה.ללא תיאום, התערבות בין-שנית יכולה לגרוע באופן כולל באמצעות חישובים של אלגוריתמים מרכזיים ומופצות של הקצאת משאבים המקצים אוטגוניים FSK הסטים למשתמשים משניים שונים הוכחו כדי להפחית את ההתערבות עד 40% בהשוואה למשימות אקראיות.

היתרונות של אנרגיה של FSK ברשתות רדיו קוגניטיביות

יעילות אנרגיה היא קריטריון עיצוב קריטי עבור CRNs, במיוחד עבור האינטרנט של דברים (IoT) מכשירים שמבוססים על כוח סוללה. FSK מציע יתרונות אנרגיה טבועה:

  • (FLT:0)Low Peak-to-average powerיחס (PAPR)FLT:1: המעטפה הקבועה של FSK מבטלת את הצורך במגברי חשמל ליניאריים, אשר צורכים אנרגיה משמעותית בתוכניות מודולציה אחרות כמו QAM. FSKters יכול להשתמש במגברים לא לינאריים יעילים מאוד, צמצום צריכת החשמל הכוללת ב-30–50%.
  • (FLT:0) גילויים לא-קוהרנטיים (Non-coherentגילוי):1: אותות FSK ניתן להרוס באמצעות גלאי מעטפה פשוטים או מפצלי תדר, הימנעות מהלאות המונעות בשלב זה לצורך הדגמה קוהרנטית.
  • (FLT:0)Low Duty מחזורי תפעול מחזורי של מחזור 1FLT: משתמשים משניים CRN לעתים קרובות לשדר רק לסירוגין במהלך הזדמנויות ספקטרום.היכולת של FSK להשיג תקשורת אמינה ביחסי אות נמוך מאוד לרעש מאפשר לשדרים להפחית את הכוח, להאריך את חיי הסוללה.

היתרונות של אנרגיה אלה להפוך את FSK למודולציה המועדפת עבור FFLT:0cognitive radioחיישנים רשתות חיישן רדיו, ראשי תיבות של ניטור סביבתי, חקלאות חכמה, מעקב תשתיות, שבו צומת חייב לפעול במשך שנים ללא תחליף סוללות.

אתגרים ומגבלות של FSK ב-Coperic Radio Spectrum Sharing

למרות היתרונות שלה, FSK מציג כמה אתגרים שיש לטפל בהם כדי למקסם את יעילותו בשיתוף קשת CRN:

המונחים: Spectral Efficiency Constraints

בהשוואה למודולציה של amplitude (QAM) אוטגונית תדירות-דיוויזיונית (OFDM), FSK משיג יעילות ספקטרום נמוך יחסית. ב- M-ary FSK, הגדלת מספר הטונים (M) משפר את קצב ה bit לסמל אך מרחיב גם רוחב פס רוחב פס, המוביל למגבלות מסחר ליניאריות זה.

Dense Network Interference

כאשר משתמשים משניים רבים משתמשים ב-FSK קרוב, ההתערבות המצטברת יכולה לעלות על רמות המותרות למשתמשים ראשוניים.בלהקות בלתי מורשים משותפות בין מספר רב של CRNs, התנגשויות הטון FSK הופכות תכופות יותר.פרוטוקולים של תיאום מחוסנים אשר משווים קבוצות טון המבוססות על FLT:0graphing ColorFLT:1 או FLT:2game-theoretic הקצאה משאביםFLT 3 הם מפותחים כדי להוסיף מורכבות זו, אך הם פותחים לכדי להוסיף מורכבות.

סינכרון ותזמון רגישות

FSK Demodulation, במיוחד זיהוי קוהרנטי, דורש תדירות מדויקת וסנכרון תזמון. ב CRNs, משתמשים ראשוניים עשויים להיות מחוץ לשעון לא ידוע, מה שהופך את הגילוי המשותף מאתגר.לא-קולידי גילוי מרגיע דרישות סינכרוניזציה אבל סובל מ-3 dB SNR עונש. הסתגלות שווה המשלבת דגימה זעירה עם החלטה יכול לשפר את ביצועי FSK בסביבות CRN.

המונחים: Hardware Impairments

חזית רדיו קוגניטיבית קו החזית לעתים קרובות להשתמש מקלטים רחבים כי דיגיטציה של צלבים גדולים של ספקטרום.נוכחות של אותות חזקים סמוכים יכול desensitize המקלט או לגרום עיוות בין-מודולציה, דההינג FSK גילוי. דינמיקה-טווח דינמי-ל-דיגיטלי ופילטרים לא-קוטב הסתגלות נדרשים לשמור על שלמות האות FSK בסביבות רדיו heogeneous.

שיטות FSK מותאמות ל- Dynamic Spectrum Access

כדי להתגבר על המגבלות לעיל, תוכניות FSK הסתגלות דינמיות להתאים פרמטרים מודולציה המבוסס על תנאי ערוצים, דיקור ספקטרום ופעילות PU. טכניקות מפתח כוללות:

  • (FLT:0) טון ניקוד (FLT): על ידי הרחבה או צמצום הפרדת התדירות בין טונים FSK, רדיו קוגניטיבי יכול לסחור משיעור שגיאה מעט עבור דיקור רוחב פס.
  • (FLT:0Variable M-ary FSKirveF1) : משתמשים משניים יכולים לעבור בין BFSK, 4FSK, ו- 8FSK בהתאם ל-SNR ולפס רוחב פס זמין.
  • (FLT:0)Hybrid FSK עם שלDMIRFLT 1: שילוב FSK עם הקצאת subcarrier subcarrier (למשל, FSK-OFDM) מאפשר למשתמשים משניים לנצל את המגוון התדירות תוך שמירה על ה-FSK נמוך של PAPR.
  • (FLT:0) Cognitive FSK עם למידה של אלגוריתמים של למידה מכונה, במיוחד למידה חיזוק, יכול לייעל את הפרמטרים FSK על ידי התבוננות בתוצאות שידור קודמות.לדוגמה, משתמש משני יכול ללמוד אילו סטיות לגרום להפרעות הנמוכות למשתמשים ראשוניים לאורך זמן, להתאים את האסטרטגיה שלו בהתאם.

גישות הסתגלות אלה הן מרכזיות לביצוע פריסות FSK קיימא עבור CRN עתידיים כי חייב לפעול בסביבות ספקטרום בלתי צפויות, הטרוגניות.

אסטרטגיות של שינוי היברידי משלבות FSK עם אחרים שיימס

אין תכנית מודולציה אחת אופטימלית עבור כל תרחישים CRN. אסטרטגיות היברידיות המשלבות FSK עם טכניקות אחרות מציעות גמישות משופרת:

FSK-QAM Hybrid

בגישה זו, הרדיו הקוגניטיבי משתמש ב-FSK לצורך שליטה והודעות איתות (requiring high-highמהימנות) ו- QAM עבור שידור נתונים רב-תחומי גבוה.רכיב FSK מספק ספקטרום חזק רגיש ומתעוררות כוח נמוך, בעוד QAM מספק דרךput כאשר ערוצים באיכות גבוהה זמינים. Switching בין מצבי סובייקט מופעל על ידי SNRs ורמות פעילות PU.

פרוס Spectrum FSK (SS-FSK)

ספקטרום התפוצה הישיר (DSSS) או תדירות-הפצה ספקטרום (FHSS) יכול להיות משולב עם FSK כדי ליצור אותות בעלי יכולת נמוכה-of-intercept שקשה למשתמשים העיקריים לזהות.SS-FSK הוא שימושי במיוחד בשיתוף שבו השידורים משניים חייבים להישאר בלתי נראים למעבדים.

FSK עם Cooperative Relaying

ב-CRNs שיתופי, מספר רב של צומתים יכולים להעביר אותות FSK-מודולים באמצעות פרוטוקולים מגבריים או קודקוד-וקדימה.החזקות של FSK לרעש התוספים הופכת אותו אידיאלי עבור ממסר רב-הופ, המשתרע על שטח הכיסוי של רשתות משניות ללא התערבות גוברת למשתמשים ראשוניים.

כיוונים עתידיים ויישומים

מחקר מתמשך ממשיך לחדד את תפקידו של FSK בשיתוף ספקטרום רדיו קוגניטיבי.Promising Avenues כוללים:

  • (FLT:0) טרהביט-פר-שני FSK באמצעות להקות גלימטר-גליגל (Merm-waveFLT:1): ניסויים אחרונים מראים כי FSK יכול להשיג שיעורי נתונים רב-Gbps ב 60 GHz תדרי E-band, פתיחת אפשרויות שיתוף ספקטרום חדשות בלהקות ללא רישיון.
  • (FLT:0)FSK עבור רדיו קוגניטיבי מסיבי MIMO: שילוב FSK עם מערך אנטנה מסיבי מאפשר שיתוף ספקטרום מרחבי, שבו משתמשים משניים יוצרים דבורים צרות כלפי מקלטים, צמצום ההתערבות למשתמשים העיקריים.
  • (FLT:0) blockchain מבוסס FSK ספקטרום המסחר FSK ספקטרום 1FIRLT: חוזים חכמים יכולים להפוך את המשימה של טון FSK קובע למשתמשים משניים המבוססים על זמינות ספקטרום בזמן אמת, יצירת שוק מבוזר לשיתוף ספקטרום.
  • (FLT:0)Quantum-sted FSKigtureFLT:1: עבור אולטרה-עוצמה CRNs (למשל, מכשירים רפואיים מושתלים), מקלטים קוונטיים באמצעות אור דחוס יכולים לזהות אותות FSK עם פחות מתמונה אחת לפחות, המאפשר שיתוף ספקטרום ברמות כוח נמוכות באופן בלתי רגיל.

גופי התקנים כגון IEEE 802.22 (WRAN) ו- IEEE 1900.6 זיהו את הפוטנציאל של FSK עבור ספקטרום חישה ועברת נתונים במרחבים הלבנים של הטלוויזיה.על תרומות מתמשכות לסטנדרטים אלה, עשויים לאחד את הטכניקות ה-FSK ההסתגלות לציוד רדיו קוגניטיבי עתידי.

מסקנה

תדירות Shift Keying נשאר טכניקה של אבן דרך עבור רשתות רדיו קוגניטיביות, השפעה עמוקה על אסטרטגיות שיתוף ספקטרום על פני אינטרווינב, תחתיות, ו פרדיגמות overlay.החזקות שלה נגד רעש וקידוד, יעילות אנרגיה רבת עוצמה, ופשטות של גילוי להפוך אותו אטרקטיבי במיוחד עבור משתמשים משניים הפועלים בסביבה מאתגרת. בעוד יעילות ספקטרום נמוך יותר של FSK ואתגרי ניהול זהירים, הסתגלות, הסתגלות הדדית, להמשיך לפתח טכניקות מתקדמות יותר, כמו גם ספקטרום יעיל יותר, כמו גם שיטות אבטחה אופטיקה יעילה יותר, כמו גם שיטות אבטחה אופטיקה יעילה יותר, כמו גם שיטות אבטחה אופטיקה יעילה יותר, תוך כדי תמיכה אופטיקה יעילה יותר, תוך כדי תמיכה אופטיקה יעילה יותר, תוך כדי תמיכה אופטיקה יעילה יותר, תוך כדי תמיכה אופטיקה יעילה יותר, תוך כדי תמיכה אופטיקה יעילה יותר, תוך כדי תמיכה אופטית, תוך כדי תמיכה טכנית יעילה יותר, תוך כדי תמיכה טכנית יעילה של כלי רכב יעיל של שיטות רדיו.

(ב) ◄ .

  • הייזקין, S. & Moher, M. (2010)
  • Mitola, J.2009, Cognitive Radio Architecture: The Engineering Foundations of Radio XML.FLT:0Wiley Online LibraryFLT 1
  • IEEE 802.22 Working Group on Wireless Regional Area Networks. (2021) תקן ל-CDC Media Wireless RAN Medium Access Control (MAC) ו- Physical Layer (PHY) מפרט את ה-FLT:0IEEE SAFLT:1
  • (א) , א.פ., ל, B. F., & Balakrishnan, R. (2011) ספקטרום קו פעיל ברשתות רדיו קוגניטיביות: סקר.FLT:0 פיזיקלמנטל תקשורת בין 1, 4(1), 40–62.