Обзор методов адаптивного использования радиочастотного спектра

Размещено на http://www.allbest.ru

ОБЗОР МЕТОДОВ АДАПТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАДИОЧАСТОТНОГО СПЕКТРА

Панченко И.В., Бондаренко Л.А., Малых В.В.

ВИТИ ДУТ

В статье исследуются вопросы и направления инновационного подхода к развитию автоматизированных комплексов и средств радиосвязи специального назначения.

Панченко І.В., Бондаренко Л.О., Малих В.В.

Огляд методів адаптивного використання радіочастотного спектра

У статті досліджуються питання і напрямки інноваційного підходу до розвитку автоматизованих комплексів та засобів радіозв'язку спеціального призначення.

Ключевые слова: когнитивное радио, анализ спектра, программируемое радио, шум, помехи.

I. Panchenko, L. Bondarenko, V. Malyкh

Overview of adaptive use of the radio spectrum

The article examines issues and trends innovative approach to the development of automated systems and radio communications for special applications.

Введение

Одной из основных проблем, при развертывании системы радиосвязи является ограниченность частотного ресурса [1] и его неэффективное использование при жестком международном и государственном регулировании, когда все области спектра частотного диапазона поделены и закреплены за конкретным оборудованием, оператором или ведомством.

Большую часть времени оборудование, за которым закреплен тот или иной радиочастотный диапазон простаивает. Во время простоя основного пользователя диапазон потенциально мог быть использован другим абонентом для связи. Однако для успешной работы вторичному абоненту требуется анализировать состояние частотного спектра на предмет наличия деятельности в нем основных или других вторичных абонентов, а также шумовой обстановки. радиосвязь инновационный когнитивный

Изложение основного материала исследования

В радиоэфире, через который планируется установить соединение, постоянно присутствует большое количество различных излучений, которые генерируются соседними радиоустройствами или вносятся сторонними излучающими устройствами [2]. Для конкретной линии связи все излучения, кроме собственных, будут считаться шумом и помехами[3].

Методы анализа состояния и выбора радиочастот для организации канала связи являются довольно сложными и требующие применения интеллектуальных алгоритмов. Их реализация возможна благодаря технологии программного радио (Software Defined Radio, SDR). Созданные по данному принципу радиосистемы позволяют точно и быстро определять наличие мешающих факторов для организации канала связи, а так же динамически переконфигурировать (адаптировать) приемопередающий тракт на работу в другом радиочастотном канале или уменьшить влияние помех за счет применения динамических изменяемых в алгоритмов цифровой обработки сигналов. Такие системы получили название когнитивного (интеллектуального) радио (cognitive radio, СR) [1].

“Когнитивная радиосистема - самоорганизующаяся радиосистема с динамическим доступом к радиочастотному спектру, которая способна познавать свою эксплуатационную и географическую среду, адаптировать к ней свои функциональные параметры и протоколы и/или изменять свою эксплуатационную среду за счет накопленных в процессе функционирования знаний и приобретенных навыков, с учетом установленных регуляторных политик и своего функционального состояния” [3].

К отличительным особенностям СR следует отнести то, что эти радиосистемы способны получать и передавать сигнал на адаптивно изменяемых радиочастотах, а также изменять вид сигнально-кодовых конструкций и другие параметры системы.

Используемая в системах СR вычислительная система должна накапливать информацию об окружающей среде и на основе имеющейся информации вырабатывать различные стратегии использования телекоммуникационной системы.

Вопросы исследования и разработки алгоритмов, предназначенных для использования в системах когнитивного радио, в настоящее время находятся в стадии исследования.

Основная теоретическая проблема, которая должна быть решена при разработке систем СR - задачи многокритериальной оптимизации радио параметров. При этом в системах СR задача должна быть решена в режиме реального времени многократно для изменяющейся радио среды. В связи с этим когнитивный блок включает в себя множество целевых функций, методы их анализа и алгоритмы оптимизации этих целевых функций в зависимости от характеристик радиосистемы.

С целью структурно-логического описания принципов функционирования системы КР используется понятие циклов познания. Такой цикл может быть представлен в виде кибернетической модели OODA [3] как показано на рис. 1.

Рис. 1. Модель OODA

Наблюдение (observation) - это процесс сбора информации, необходимой для принятия решения в каждом конкретном случае. Необходимая информация может быть получена как от внешних, так и от внутренних источников. Под внутренними источниками информации понимаются элементы обатной связи петли.

Ориентация (orientation) - наиболее ответственный и наиболее сложный c когнитивной точки зрения этап во всем цикле OODA. Этап ориентации состоит из двух подэтапов:

- разрушение (destruction);

- создание (creation).

Решение (decision) - если к этому этапу устройство смогло сформировать только один план, то просто принимается решение - выполнять этот план, или нет. Если же сформированные несколько альтернативных вариантов действий, то устройство на данном этапе осуществляет выбор наилучшего из них для дальнейшей реализации.

Действие (action) - заключительный этап цикла, который предусматривает практическую реализацию принятого решения. Действие предусматривает управление системой с целью улучшения результатов наблюдения в следующем цикле.

Указанная модель предусматривает многоразовое повторение петли действий, которая сформирована четырьмя последовательными взаимодействующими процессами: наблюдением, ориентацией, решением, управляющим воздействием. Фактически имеет место развитие ситуации по спирали и на каждом этапе этой спирали осуществляется взаимодействие с эксплуатационной средой.

Система постоянно анализирует спектр радиосигнала, окружающие фоновые сигналы, а также поведение пользователей сети. Уполномоченная станция, собрав всю информацию о заданном частотном диапазоне и используя информацию о своём месторасположение, определяет какие частоты, могут быть использованы для установления связи с пользователями сети. При уже установленной связи, система периодически сканирует частотный диапазон на случай появления новых сигналов, и при обнаружении таковых, сразу перестраивается на другие частоты.

Выводы

- стандарт IEEE 802.22 WRAN является одной из первых спецификаций [5], использующих в полной мере когнитивные технологии в радиосвязи;

- технология СR позволяет эффективно использовать имеющийся спектр рабочих частот;

- технология СR может рассматриваться как перспективная для применения в радиосистемах специального назначения.

Литература

1. Зинченко Л.А., Сорокин С.Н. - Эволюционное проектирование элементов телекоммуникационных систем, Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2003. - С. 1-2.

2. Михалевский Л.В. Когнитивное радио - передовая технология на пути к более рациональному использованию радиочастотного спектра. Семинар МСЭ, Армения, 28-30 апреля 2008 г.

3. Кокотов О.В., Бондаренко А.В. Общие принципы построения когнитивных радиосистем. Украинский государственный центр радиочастот. Киев, Май 2010.

4. И.И. Сопронюк, В.П. Лысечко, Е.А. Ухова. Метод мониторинга спектра в когнитивных радиосетях на основе использования информационного критерия Акайке. УДК 621.391. 2011.

5. IEEE 802.22 WRAN Standard using Cognitive Radio technology. http://www.radio-electronics.com/info/wireless/index.php

Размещено на Allbest.ru