כיצד טכנולוגיית רדיו קוגניטיבית מאפשרת גישה דינמית

הבנה של רדיו קוגניטיבי ו- Dynamic Spectrum Access

תקשורת אלחוטית הפכה לעמוד השדרה של קישוריות מודרנית, אך טווח תדר הרדיו - המשאב הטבעי הסופי המאפשר לכל השידור האלחוטי - הוא יותר ויותר מכווץ.הקצאת ספקטרום המסורתית מקצה להקות תדר קבוע לשירותים ספציפיים, המוביל ליעילות שבו חלקים גדולים של ספקטרום שוכבים בעוד אחרים הם overcrowd.com רדיו טכנולוגיה, בשילוב עם גישה דינמית (DSA), מציעה פתרון מעשי על ידי טכנולוגיות רדיו אינטראקטיביות, המאפשרות, עיצוב של מנגנונים חזותיים של רדיו, מספק, כולל, מספק, פיתוח, שיטות רדיו, כולל, מספק את עקרונות.

מהי טכנולוגיית רדיו קוגניטיבית?

רדיו קוגניטיבי (CR) הוא מערכת תקשורת אלחוטית מתקדמת שיכולה באופן אוטומטי לחוש את הסביבה האלקטרומגנטית שלה, לנתח הזדמנויות ספקטרום זמין ולקבל החלטות בזמן אמת על איך להעביר נתונים.בניגוד לרדיו קונבנציונליים הפועלים בתדרים קבועים מראש, רדיו קוגניטיבי לזהות להקות ללא שימוש - המכונה לעתים קרובות "מרחבים לבנים" - ולהשתמש בהם מבלי לגרום להפרעה מזיקה למשתמשים ראשוניים.

רדיו קוגניטיבי פועל באמצעות מחזור של ארבעה פונקציות בסיסיות: FLT:0spectrum sensingFLT:1, FLT:2spectrum החלטה veFLT 3, FLT:4spectrum שיתוף משותף:5, ו-FLT 6spectrum קבלת גישה אופטית 7.

היכולת הקוגניטיבית של רדיו מושגת באמצעות אלגוריתמי למידת מכונה, בינה מלאכותית ורדיו מוגדר תוכנה (SDR) חומרה. SDR מאפשר לרדיו לשנות את הפרמטרים התפעוליים שלו - כגון תדירות, מודולציה, כוח שידור ורוחב פס - על ידי חידוש התוכנה שלו ולא החלפת רכיבים פיזיים. גמישות זו חיונית להתאמה דינמית לתנאי ספקטרום משתנים.

מהי גישה דינמית ספציפית?

דינמי Spectrum Access (DSA) הוא פרדיגמת ניהול ספקטרום המאפשרת למספר מערכות אלחוטיות לשתף את אותם להקות תדר על בסיס לא-התערבות. במקום לציין ספקטרום לשירות יחיד לפרקי זמן מורחבים, DSA מאפשר שימוש ⁇ סטי של להקות תת-תזונה על ידי משתמשים משניים (רדיו קוגניטיבי) תוך הגנה על משתמשים מורשים ראשוניים מהתערבות.העיקרון המפתח הוא שהוקצה על בסיס זמני, דינמי, במקום דינמיקה בלעדית, במקום רדיו אקסטקטי.

ניתן ליישם את DSA במספר דגמים:

• (FLT:0) תחתיה DSAIR: 1FLT) משתמשים משניים מעבירים ברמות כוח נמוכות מאוד, למעשה פועלים מתחת לקומה הרעש של משתמשים ראשוניים. Ultra-wide (UWB) הם דוגמה קלאסית, שבה טכניקות לספקטרום מבוזר מבטיח כי ההתערבות תישאר מתחת לסף המקובל.
• (FLT:0)Overlay DSAmia: 1FLT) משתמשים משניים ניגשים באופן ⁇ סטי כאשר משתמשים ראשוניים אינם פעילים.רדיו קוגניטיביים חייבים לחוש את הסביבה במדויק ולשחרר את הערוץ מיד אם מופיע משתמש ראשוני.
• (FLT:0) Interweave DSA:FLT:1 גישה היברידית שבה משתמשים משניים משתמשים הן בטכניקות underlay והן overlay, להסתגל בהתבסס על תנאים בזמן אמת.

DSA היא טכנולוגיה בסיסית לשיתוף ספקטרום ב-5G ומעבר, כמו גם עבור יוזמות רגולטוריות כמו שירות רדיו של האזרחים Broadband (CBRS) בארצות הברית, אשר משתמש במודל גישה תלת-שכבתי (incumbent, עדיפות גישה, גישה מוסמכת כללית) כדי לאפשר שיתוף דינמי ב-3.5 GHz.

כיצד רדיו קוגניטיבי מאפשר גישה דינמית

רדיו קוגניטיבי ו- DSA קשורים באופן מהותי: רדיו קוגניטיבי מספק את האינטליגנציה ואת יכולת ההתאמה הנדרשת ליישום DSA במערכות מעשיות.מנגנון הליבה מתפתח באמצעות השלבים הבאים:

1 מעקב בזמן אמת

רדיו קוגניטיבי לסרוק ברציפות את הספקטרום כדי ליצור קונסול:0 ocepttrum occupancy MapveFLT:1 .זה כולל זיהוי נוכחות של אותות משתמשים ראשוניים, זיהוי מקורות התערבות, ואפיון רצפת הרעש. טכניקות רגישות ספקטרום כוללים זיהוי אנרגיה (מעלית אותות אותות אותות), זיהוי מותאם (אופטימי עבור גלפורים ידועים), זיהוי זיהוי (תבניות זיהוי רדיו מרובות), וגילויי תיבות של אותות שיתופיים).

2.הכרת החללים הלבנים

ברגע שמפת הדיקור בנויה, הרדיו הקוגניטיבי מזהה "מרחבים לבנים" - להקות קידוד שאינן בשימוש כיום על ידי משתמשים מורשים.מרחבים לבנים אלה יכולים להיות זמניים (ערוץ idle בזמנים מסוימים), גיאוגרפי (ערוץ שאינו בשימוש במיקום מסוים), או אפסי (פעריים קצרים בין אלגוריתמים מתקדמים) לעתים קרובות באמצעות מסדי נתונים פולשים:0spectrumsrumsives, כאשר הם מספקים גופים משניים, כאשר הם מספקים גישה אלגוריתמית ו-ידית, כאשר הם מספקים, כאשר הם מספקים גישה משנית, כאשר הם מספקים, כאשר הם מספקים, כאשר הם יכולים להיות מסוגלים לקבוע כיצד ניתן לקבוע אם הם יכולים להיות אלגוריתמים מתקדמים (מתאים).

3.העברה הסתגלות

לאחר בחירת ערוץ זמין, הרדיו הקוגניטיבי מגדיר את הפרמטרים שלה - קידוד, תכנית מודולציה, לשדר כוח, קצב קידוד ופס רוחב פס - כדי למקסם את השימוש תוך צמצום ההתערבות.הסתגלות הזו מונעת על ידי דרישות איכות של שירות (למשל, עצלות, קצב נתונים) ותנאי ערוצים (למשל, אובדן נתיב, קידוד).

4.ספקטרום הניידות וה Handoff

פונקציה קריטית היא (FLT:0spectrumניידFIRLT:1): כאשר משתמש ראשוני מחזיר ערוץ, הרדיו הקוגניטיבי חייב לרוקן אותו בתוך זמן קצר מאוד (לעתים קרובות כמה מילימטרים) כדי להימנע מהתערבות.הרדיו יוזם יד ספקטרום כדי לעבור ערוץ אד-מחדש אחר.זה דורש חישה מהירה, קבלת החלטות מהירה, ותיקון מהיר, ותיקון חלק מחדש כדי לשמור על שיבוש ללא הפרעה מתמשכת.

היתרונות העיקריים של רדיו קוגניטיבי ו- Dynamic Spectrum Access

השילוב של רדיו קוגניטיבי ו- DSA מספק יתרונות משמעותיים על הקצאת הספקטרום המסורתית:

• (FLT:0)Enhanced Spectrum Efficiency:FLT) 1 מחקרים על ידי ועדת התקשורת הפדרלית (FCC) מראים כי להקות מורשה רבות הן underutilized - שיעורי התפוסה יכולים להיות נמוכים כמו 15% באזורים עירוניים מסוימים.רדיו קוגניטיבי מנצל את החללים הלבנים האלה, באופן דרמטי מגביר את היכולת האפקטיבית של הספקטרום.
• (FLT:0) ,Reduced Spectrum Congestion:BuildFLT:1) על ידי פתיחת להקות בלתי בשימוש למשתמשים משניים, DSA מקל על לחץ על להקות תדרים צפופים (למשל, להקות ISM ב-2.4 GHz), צמצום התוכן והפסד החבילה.
• (FLT:0) support for Massive Connectivity: ההרחבה של הדברים (IoT) דורשת קישוריות למיליארדי מכשירים.רדיו קוגניטיבי מאפשר גישה ⁇ סטית, ומאפשרת ל-IoT לתקשר מבלי לדרוש רישיונות ספקטרום ייעודי.
• (FLT:0) שיפור איכות השירות: הסתגלות דינמית של LT:1 מאפשר לרדיו קוגניטיביים לבחור את הערוץ הטוב ביותר בזמן אמת, הימנעות מהתערבות וקידוד באמצעות לוח.סוף משתמשים חווים פחות טיפות ושיעורי נתונים גבוהים יותר.
• (FLT:0) ניכוי: 1 מפעילי קונסולת 1 יכולים לשתף ספקטרום ולא לרכוש רישיונות בלעדיים, הורדת עלויות הפריסה ותאפשר פולשים חדשים להציע שירותים אלחוטיים.
• (FLT:0) רגולציה של גמישות: מודלים של DSA כמו CBRS מאפשרים הרגולטורים לפתוח ספקטרום לשימוש משותף תוך הגנה על שירותים ייעודיים (למשל, מכ"ם צבאי, לוויין).

יישומים של רדיו קוגניטיבי ו- DSA

טכנולוגיית רדיו קוגניטיבית אינה רק תיאורטית – היא מופרסת במספר תרחישים בעולם האמיתי:

5G ומעבר לרשתות

רשתות הדור החמישי (5G) ממנפות עקרונות רדיו קוגניטיביים עבור FLT:0carrier aggregationFLT:1 ו-FLT:2un מורשה טווח גישה ל-FLT 3 (למשל, 5G NR-U) שיתוף ספקטרום דינמי מאפשר מעבר חלק בין 4G ל-5G על ידי הקצאת משאבים על בסיס מילימטרי של מערכות עתיד 6G צפויים להיות תלויים במידה רבה בניהול אינטליגנציה קוגניטיבית.

אבטחה ציבורית ותקשורת חירום

במהלך אסונות טבע או מקרי חירום, רשתות סלולריות יכולות להיות מוגזמות מדי.רדיו קוגניטיביים מאפשרים למטפלים הראשונים גישה דינמית לספקטרום הזמין (כולל חללי טלוויזיה לבנים) לשמור על תקשורת ביקורתית. תקן IEEE 802.22 עבור רשתות שטח אלחוטיות (WRAN) מיועד במיוחד למטרה זו, באמצעות ערוצי טלוויזיה Vacant UHF לספק כיסוי רחב בהקשרים כפריים וחירום.

צבא והגנה

רדיו צבאי חייב לפעול בסביבה אלקטרומגנטית תחרות.טכניקות רדיו קוגניטיביות מאפשרות להם לזהות ג'ינג, תדירות הופ אוטונומית, ולהימנע מגילוי על ידי מערכות יריבות.משרד ההגנה האמריקאי השקיעה רבות במחקר רדיו קוגניטיבי עבור רשתות טקטיות.

אינטרנט של דברים (IoT) וערים חכמות

מכשירים אלקטרוניים בעלי כוח נמוך יכולים ליהנות מרדיו קוגניטיבי באמצעות שידור במרחבים לבנים בטלוויזיה או להקות אחרות, הרחבת חיי הסוללה וטווח התקשורת. תשתיות עיר חכמה - כגון חיישני תנועה, צגים סביבתיים ורשתות חכמות - יכולים להשתמש DSA כדי למנוע התערבות בפריסה צפופה.

אתגרים טכניים ובעיות פתוחות

למרות הבטחתו, טכנולוגיית רדיו קוגניטיבית מתמודדת עם כמה מכשולים משמעותיים לפני הפריסה הנרחבת ניתן להבין:

המונחים: Reliable Spectrum Sensing

באופן מדויק לזהות אותות משתמשים ראשוניים הוא לא-trivial, במיוחד ביחס אות נמוך (SNR) תנאים או כאשר משתמשים ראשוניים מעבירים לסירוגין.FLT:0Hidden node בעיות (FLT:1) להתרחש כאשר רדיו קוגניטיבי לא יכול לחוש משתמש ראשוני בשל מכשולים או קידוד, המוביל להפרעות פוטנציאליות.

2. הגנת משתמש ראשונית

רגולטורים דורשים כי רדיו קוגניטיבי חייב FLT:0 [לעולם לאמירל 1] לגרום להפרעה מזיקה למשתמשים מורשים.זה מחייב שיעורים נמוכים מאוד של שליליות כוזבות בחישה (הכניסה לאות עיקרית) פגישה דרישה זו תוך השגת יעילות ספקטרלית גבוהה היא איזון עדין.

3.ביטחון ואמון

(הרדיו הקוגניטיבי פגיע להתקפות שיכולות לתפעל את החלטות הנתונים או השידור המרגיעים שלהם.לדוגמה, ⁇ יכולה לשגר קופה:0primary User מחקה תוקף של המשתמש:FLT:1, לשדר אותות המחקים משתמש ראשוני לגיטימי כדי לכפות רדיו קוגניטיבי כדי לייצב ערוץ (denial of service) סיכון נוסף הוא FLT:2spectrated rumensing data (Fensing) שבו אין תוצאות מחקר קואופרטיביות).

4. Standardization and Interoperability

עבור מערכות רדיו קוגניטיביות לעבוד בצורה חלקה, פרוטוקולים סטנדרטיים לחישה, גישה, וניתוק יד נדרשים. בעוד IEEE 802.22 ו- IEEE 802.11af (White-Fi) הקימו סטנדרטים עבור חלל לבן בטלוויזיה, אימוץ רחב יותר על פני להקות תדרים מגוונים ותחומים רגולטוריים נותרים מפורקים. מסגרת מאוחדת עבור DSA עדיין מתפתחת.

5. רגולציה ומדיניות

הרגולטורים של הספקטרום הלאומי (למשל, FCC, שלקום, ECC) חייבים לעדכן את כללי ההקצאה כדי לאפשר שיתוף דינמי תוך הגנה על שירותים ייעודיים.המעבר מרישיון בלעדי לגישה משותפת הוא פוליטי וכלכלי מורכב, הכולל משא ומתן עם מחזיקי רישיונות.עם זאת, מודלים מוצלחים כמו CBRS בארה"ב ו-ALS משותף באירופה מוכיחים כי מסגרות כאלה יכולות להתבצע.

כיוונים עתידיים של Outlook ומחקר

עתיד הרדיו הקוגניטיבי ו- DSA הוא טבילה עם טכנולוגיות מתפתחות כגון בינה מלאכותית, רשת סליקה, וחוקרים מסיבי MIMO. חוקרים לחקור את FLT:0 עמוק חיזוק למידה ויזואלית FLT:1 כדי לאפשר לרדיו קוגניטיבי ללמוד באופן אוטונומי מדיניות גישה אופטימלית ללא מודל מפורש של הסביבה. בנקאות פדרated מאפשר מספר רדיוים כדי לשתף פעולה מודלים תוך שמירה על פרטיות - דרישה מרכזית עבור DSA מבוזרת.

כיוון מבטיח נוסף הוא שילוב של רדיו קוגניטיבי עם FLT:0reconfigurable פני השטח אינטליגנטי (RIS) LT:1 .RIS יכול לעצב את הסביבה ההתפשטות כדי לשפר את איכות האות ולהפחית את ההתערבות, להשלים את היכולות ההסתגלות של רדיו קוגניטיבי.בנוסף, FLT:2terahertz (THz) תקשורת 3LT 3 עבור 6G ידרוש טכניקות קוגניטיביות לחסום מאוד, אשר , הם מחסומים רגישים מאוד, כי הם מחסומים מאוד, 000 גבוה מאוד, 000.

מנקודת מבט רגולטורית, המגמה היא למודלי גישה גמישים יותר של ספקטרום.יזציות כמו מערכת הגישה (SAS)BuildFLT:1, חלוצית על ידי FLT:2FCC CBRSBA יוזמה FLT 3:0Spectrum Access System (SAS) ראשי תיבות של שיתוף נתונים אוטומטיים עשויים להשתמש בספקטרום מבוסס blockchain כדי לספק תאום מבוזר בין רדיו קוגניטיבי.

ההשפעה הכלכלית של רדיו קוגניטיבי ו- DSA יכולה להיות משמעותית.דיווח של איגוד התקשורת הבינלאומית (ITU) ,EdveFLT:1 מעריך כי שיתוף ספקטרום דינמי יכול לייצר מאות מיליארדי דולרים בשווי כלכלי נוסף על ידי מתן שירותים אלחוטיים חדשים וצמצום עלויות תשתיות.

מסקנה

טכנולוגיית רדיו קוגניטיבית, בשילוב עם גישה ספקטרום דינמי, שינויים יסודיים כיצד אנו חושבים לנצל את ספקטרום הרדיו. על ידי העברת מקצאות סטטיות, בלעדיות לשיתוף אינטליגנטי, ⁇ סטי, טכנולוגיות אלה מגבירות את היעילות, להפחית את הדחיסות, ולפתוח את הדלת לאינספור יישומים אלחוטיים חדשים, בעוד אתגרים ברגישות אלחוטית, אבטחה, רגולציה להישאר, מחקר מתמשך וניסויים בתחום מוצלח מצביעים על כך שרדיו קוגניטיבי יהיה אבן הפינה של 5Git, מעבר ל- 10 שנים, לביקוש, ולאמץ של מערכות יחסים, ולאמץ, הוא רק עבור ספקי אבטחה, ולאמץ, ולאמץ, הוא רק עבור פתרונות אבטחה, עבור מערכות יחסים, עבור מערכות יחסים, ולאמץ של מערכות יחסים.

כדי להישאר מעודכן על ההתפתחויות האחרונות בניהול ספקטרום, מתייחס משאבים מן ה-FLT:0Dynamic Spectrum AllianceFLT:1 ו-FLT:2IEEEOVAFLT 3: 3.