kognitivni radio -...

Kognitivni

radioSpektralne šupljine i

Temperatura

interferencije

Doc. dr Mirjana Simić

Kognitivni radio -

spektralne šupljine -

•

Spektralna

šupljina

(spectrum hole)

je frekvencijski

opseg dodeljen

licenciranom

korisniku

koji

ga

određeno

vreme i na

određenoj

geografskoj

lokaciji

ne koristi.

•

Spektralne šupljine mogu biti identifikovane i varirati u:1.

vremenu,

2.

prostoru i 3.

spektru.

•

Vremenske spektralne šupljine

znače da nema primarne emisije (signala primarnih korisnika) u frekvencijskom opsegu od

interesa tokom ispitivanja tog opsega (spectrum sensinga).

U ovom slučaju, sekundarni korisnici se nalaze u okviru zone pokrivanja primarnih predajnika.

Kognitivni radio -

spektralne šupljine -

•

Prostorne spektralne šupljine

znače da je frekvencijski opseg od interesa zauzet ali samo u ograničenom prostoru. Drugim rečima, ovaj opseg mogu koristiti sekundarni korisnici van tog prostora (slično kao frequency reuse u ćelijskim sistemima!). U ovom slučaju, sekundarnim korisnicima transmisija je dozvoljena samo ako ne predstavljaju interferenciju primarnim korisnicima u okviru njihove (primarne) zone pokrivanja.

•

Frekvencijske spektralne šupljine

definišu se kao frekvencijski opseg koji mogu koristiti sekundarni korisnici za svoju transmisiju ali bez interferencije prema primarnim korisnicima i to na svim frekvencijama iz datog opsega.

•

Dakle, sekundarna mreža mora odrediti kada, gde i u kojem frekvencijskom opsegu

je moguće vršiti prenos informacija a da se ne izazove štetna interferencija prema primarnim korisnicima.

Kognitivni radio -

vremenske spektralne šupljine -

Primer vremenske spektralne šupljine:

•

Sa slike se vidi da primarni sistem (PU –

primary user) vrši prenos signala, i kada prestane, tj. oslobodi kanal, sekundarnom korisniku (SU -

secondary user) treba neko vreme kako bi to detektovao (bele zone na slici). Treba naglasiti da je u tom vremenskom periodu prilika za sekundarnu transmisiju propuštena.

•

Tek kada detektuje da je kanal slobodan, sekundarni korinik započinje prenos.

•

Slično se događa i kada primarni sistem ponovo krene sa transmisijom, jer sekundarnom korisniku takođe treba vreme da bi to detektovao. Ipak, za razliku od prethodnog slučaja kada je prilika za transmisijom propuštena, ovde može doći do intereferencije prema primarnom sistemu.

PU SU PU SU

interferencija

Kognitivni radio -

prostorne spektralne šupljine, distance model -

Primer prostorne spektralne šupljine:

•

rpcov

(primary coverage) –

poluprečnik zone pokrivanja primarnog predajnika.

•

rprot

(protection) –

poluprečnik zaštićene zone

•

rn

– “non-talk”

polupečnik

• Recovered area –

zona koju mogu koristitisekundarni korisnici (kognitivni radio), tj. prostornaspektralna šupljina

Kognitivni radio -


•

rpcov

je

poluprečnik zone pokrivanja primarnog predajnika. Da nema sekundarnih korisnika, ovo bi bila i jedina zona koju posmatramo jer bi u njoj svi primarni korisnici imali minimalni zagarantovan SNR (decodability SNR) za uspešan prijem signala sa primarnog predajnika (slučaj običnih radio sistema).

•

Obzirom da nas interesuje slučaj kognitivnog radija kada postoje i sekundarni korisnici, neophodno je uvesti još

2 zone:

1.

rprot je

poluprečnik zaštićene zone, tj. zone u kojoj svi primarni prijemnici imaju takav SNR da im je zagarantovan određen kvalitet servisa QoS i prijem bez grešaka.

•

Ova zona kao i zona pokrivanja određene su snagom primarnih predajnika.

2.

Da bi svi

primarni prijemnici ostvarili zagarantovan QoS unutar zaštićene zone (u zoni poluprečnika rprot

), uvodi se još

jedna tzv. non-talk zona, (zona poluprečnika rn

).

•

Ova zona određena je snagom sekundarnih predajnika

i predstavlja bezbedno rastojanje koje omogućava svim primarnim korisnicima unutar zaštićene zone (rprot

) zagarantovan servis a bez štetne intereferencije od strane sekundarnih predajnika.

Kognitivni radio -


•

Sa druge strane, svi primarni prijemnici koji se nalaze u zoni rpcov

– rprot

, mogu

biti

izloženi nekoj interferenciji od strane sekundarnih korisnika (predajnika).

•

Ova zona je zato poznata kao sacrificial zona (žrtvovana zona).

•

Dakle, neki primarni korisnici mogu biti izloženi interferenciji da bi sekundarni (kognitivni) sistem mogao da radi.

rpcov

rprot

Prostorna spektralna šupljina je komplementunije svih non-talk regiona! (oblasti vannarandžastog kruga, tj. recovered area).

Kognitivni radio -

vremenske i prostorne spektralne šupljine -

spektralne šuljine u prostoru/vremenu analogija u prostornom i vremenskom domenu

Kognitivni radio -


•

Stoga, sekundarni korisnici mogu vršiti transmisiju samo ako su van rn

zone

kako ne bi izazvali nedozvoljenu interferenciju primarnim korisnicima.

•

Idealno bi zapravo bilo kada bismo mogli oko svakog primarnog prijemnika

uvesti zaštitini region (rPR

), a ne ovako oko primarnih predajnika (jer mi ne smetamo predajnicima već

prijemnicima!).

•

Tada bismo znali gde su nam tačno prostorne spektralne šupljine, ali problem je što ne znamo gde se primarni prijemnici nalaze (teško ih pozicionirati jer ne emituju ništa!)!

•

Zbog toga se razmatra pomenuti model kao najgori slučaj, a to je da se primarni prijemnici nalaze na ivici zone pokrivanja primarnog predajnika.

Kognitivni radio -


a)

prostorna spektralna šupljina kada bismo znali gde su locirani primarni prijemnicib)

najgori slučaj položaja primarnih prijemnika (jer se ne zna gde su stvarno).

Kognitivni radio -

vremenske i prostorne spektralne šupljine, model koegzistencije PU i SU, distance model -

•

Kada se kaže model koegzistencije primarnih i sekundarnih korisnika, misli se na nalaženje metrike koja omogućava njihovo neometano delovanje (metrika koja bi pomogla sekundranom sistemu da “zna”

kada smeta primarnom).

•

Jedna od često korišćenih metrika je primljena snaga od primarnog predajnika

koja bi omogućila sekundarnom korisniku da zna da li je u dozvoljenoj ili nedozvoljenoj zoni (van ili unutar non-talk zone, tj. van ili unutar rastojanja rn

od primarnog predajnika) za svoju emisiju.

•

Snaga primarnog predajnika na mestu sekundarnog korisnika (P), koristeći samo path-loss model (dakle, srednja snaga) je:

( )αnrPtP 10log10−=

•

Pt

–

snaga primarnog predajnika•

rn

–

non-talk poluprečnik•

α

–

path-loss eksponent (konstanta slabljenja na putanji)

1

Kognitivni radio -


•

Metrika koju bi koristio sekundarni korisnik u ovom slučaju bi bila:

•

Dakle, ako bi snaga primarnog signala na mestu sekundarnog korisnika P

bila veća od snage iz izraza No 1, to bi značilo da se sekundarni korisnik nalazi unutar non-talk zone

(unutar rn

) gde transimisija nije dozvoljena i odustao bi od svoje transmisije!

•

U suprotnom, sekundarni korisnik bi na osnovu primljene snage zaključio da je van non-talk zone

pa bi započeo svoju transmisiju.

( )αnrPtP 10log10−

≤>

ne koristi

koristi

2

Kognitivni radio -


•

Prethodno razmatrani slučaj važi samo za idealan kanal (ili za realan kada bi dobijena snaga bila srednja snaga na prijemu).

•

Ipak, u realnom kanalu neophodno je uzeti u obzir sve efekte radio propagacije (shadowing, višestruka propagacija, ...) koje imaju za posledicu nestabilnost signala na prijemu (feding). Zbog toga je

osim srednje vrednosti, neohodno uvesti i marginu za feding (bez nje bi verovatnoća interferencije prema primarnim korisnicima bila isuviše visoka).

•

U skladu sa tim, formula sada postaje:

( ) Δ−−= αnrPtP 10log10 Δ

–

margina za feding3

Kognitivni radio -


•

Metrika koju bi koristio sekundarni korisnik sada postaje:

( ) Δ−−≤> α

nrPtP 10log10

ne koristi

koristi

•

Izbor margine Δ

je kompromis između verovatnoće interferencije prema primarnim korisnicima Pi

i gubitka prostora koji bi mogli koristiti sekundarni korisnici kao posledice uvođenja ove margine:

↑↓⇒↓Δ PUkacijainterferenaliprostoragubitak

↓↑⇒↑Δ PUkacijainterferenaliprostoragubitak

4

Kognitivni radio -

vremenske i prostorne spektralne šupljine, model koegzistencije PU i SU, SNR model -

•

Zbog

činjenice da svi uređaji mere nivo primljene snage, često se model prikazan preko rastojanja (rprot

, rpcov

, rn

), tj. distance model konvertuje u SNR pristup, pa se i metrika računa u skladu sa tim.

•

Uvode se sledeće veličine:

Φ

– margina između SNR primarnog predajnika i primarnog prijemnika na ivici rpcov

γpcov

–

SNR na ivici zone pokrivanja rpcov

. Određuje ga primarni prijemnik.

γprot

–

SNR na ivici zaštićene zone rprot

. Određuje ga primarni prijemnik.

γn

–

SNR na ivici non-talk zone rn

. Određuje ga sekundarni prijemnik.

φ

– margina između γpcov

i lokalnog SNR sekundarnog korisnika koji se nalazi izvan rn

Kognitivni radio -


•

Na osnovu slike i definisanih vrednosti, može se pisati:

covpP γσ

−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=Φ 2

1log10

covpprot γγω −=

ncovp γγ −=Λ

P1

–

snaga primarnog predajnikaσ2

–

snaga šuma na mestu primarnog prijemnika

Uvodi se takođe i model slabljenja snage usled propagacije između dva

korisnika kao funkcija

g(r)=r-α. Uvode sledeće vrste ove funkcije:• g11

(r): slabljenje propagacije između primarnog predajnika i primarnog prijemnika• g12

(r): slabljenje propagacije između primarnog predajnika i sekundarnog

prijemnika•

g21

(r): slabljenje propagacije između sekundarnog predajnika i primarnog

prijemnika.

važi: g11

(r) = g12

(r)=r-α1

i g21

(r)=r-α2

5

Kognitivni radio -


•

Rečeno je da snaga sekundarnih korisnika može biti tolika da garantuje servis željenog QoS unutar zaštićene zone rprot

. Razmotrimo kolika je maksimalna dozvoljena snaga sekundarnog predajnika a da imamo zagarantovani

primarni servis (decodability) na ivici zaštićene zone.

•

Ako su Q1

i Q2

snage primarnog i sekundarnih korisnika na mestu primarnog prijemnika (koji je na ivici zaštićene zone), važi:

( )protrgPQ 1111 =

•

Prijem garantovanog kvaliteta na mestu primarnog prijemnika (uslov: SNR≥γpcov

) se može izraziti kao:

102

2

1 10SNRcovp

covpQQ γ

σ=≥

+210

12 10 σγ

−≤− covp

QQ

6

7 8

Kognitivni radio -


•

Ako se Q1

izrazi u funkciji SNR na ivici zaštićene zone, dobija se:

ωγσ

+=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

covpQ

21log10 102

1 10ωγ

σ+

=covp

Q

•

Najzad, zamenom formule No 10 u formulu No8 dobijamo ograničenje po snazi kojeg se mora pridržavati bilo koji sekundarni sistem da ne bi izazivao štetnu interferenciju primarnim korisnicima:

9 10

2102 110 σ

ω

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−≤Q

11

γprot

Model temperature interferencije

Kognitivni radio -

Interferencija -

•

Kao što je poznato, prvi

zadatak

u kognitivnom

ciklusu

je analiza

radio spektra

tj. detekcija

signala

koji

su

(„značajno“) prisutni.

•

Analiza radio spektra mora biti takva da

otkriva

veliki

broj

različitih

tipova

signala.

•

U zavisnosti od dobijenih podataka prilikom analize radio spektra, opsezi se mogu klasifikovati u tri osnovne kategorije:–

Crni prostor

(Black spaces) –

delovi spektra u kojima su skoro uvek prisutni signali velike snage (kanali kod kojih je snaga primarnih korisnika velika ili su oni većim delom vremena aktivni);

–

Sivi prostor

(Grey spaces) –

delovi spektra koji su delimično okupirani od strane signala male snage (kanali kod kojih je snaga primarnih korisnika niža ili su oni samo manji deo vremena aktivni);

–

Beli prostor

(White spaces) –

delovi spektra kod kojih je prisutan samo šum sredine (kanali kod kojih, ako se izuzme šum sredine, ne postoje interferirajući signali).

Kognitivni radio -

Interferencija -

•

Očigledni kandidati za eksploataciju od strane kognitivnog radija su beli i sivi prostor.

•

Ipak, u prvim projektima kognitivnog radija (kao što je neXt Generation Communications, XG) iskorišćavao se samo beli prostor, ali se danas sve više posvećuje pažnja i sivim opsezima.

•

Pouzdanost detekcije signala je od krucijalne važnosti za kognitivni radio.

•

Kognitivni radio treba da funkcioniše tako da ne ugrožava komunikaciju primarnog korisnika, odnosno, da ne predstavlja interferenciju primarnom korisniku!

•

Model temperature interferencije

je specifičan po tome što uvodi posebnu meru interferencije prema primarnih korisncima.

-

Temperatura interferencije

- -

nivo

postojeće interferencije -

•

Model temperature interferencije potekao je od Federalne komisije za komunikacije, FCC.

•

Naime, u

cilju

kontrole

interferencije prema primarnim korisnicima, FCC je predložila model za određivanje nivoa interferencije u određenom frekvencijskom opsegu i na određenoj lokaciji.

•

Ova mera bi omogućila da se u svakom trenutku odredi nivo interferencije koji postoji na određenoj lokaciji i određenom delu spektra, kao i kvantifikovanje i upravljanje izvorima interferencije

(u našem slučaju to su sekundarni korisnici, a upravljenje

ovim

izvorima podrazumeva kontrolu njihove pedajne snage).

•

Inicijalni plan je bio da se primeni samo binarno odlučivanje gde bi se samo konstatovalo postojanje primarnih korisnika. U slučaju detekcije primarnih korisnika, sekundarni korisnici bi morali da odustanu od tog dela spektra (opcije: beli ili crni prostor).

-Temperatura interferencije – korist za primarne korisnike

•

Kasnije je model modifikovan u smislu da se ipak omogući koegzistencija primarnih i sekundarnih korisnika na istoj lokaciji i u istom delu spektra. Model je nazvan “model temperature interferencije” (Interference Temperature Model, ITM)

–

interferencija

predstavljena

preko

svog

temperaturskog

ekvivalenta

(ideja: koliko

je “vruć”

primarni prijemnik).

•

Ovakav model predviđa uvođenje tzv. graničnog nivoa interferencije, TL

(interfefence temperature limit) u određenom frekvencijskom opsegu, tako da bi sekundarni korisnici takođe mogli da koriste taj opseg (iako u istom već

postoje primarni korisnici) pod uslovom da dodatna interferencija koju oni unose ne prelazi pomenutu graničnu vrednost.

•

Granična vrednost TL

odgovara maksimalnoj vrednosti intereferencije kojoj bi mogli biti izloženi primarni korisnici (u određenom frekvencijskom opsegu i na određenoj lokaciji) a da nemaju štete po pitanju kvaliteta svog servisa.

•

Graničnu vrednost TL

određuju regulatorna tela

(npr. FCC)

i ona velikim delom zavisi od tehnologije koju koriste primarni korisnici kao i od lokacije.

-Temperatura interferencije – korist za sekundarne korisnike

•

Osim namene da se obezbedi da sekundarni korisnici ne ometaju primarne korisnike, ITM model je namenjen i kao pomoć

samim sekundarnim korisinicima.

•

Naime, procenom nivoa interferencije u nekoj oblasti i u nekom frekvencijskom opsegu, sekundarni korisnici mogli bi proceniti i odnos S/(N+I) (Signal/(Noise+Interference)) na mestu svojih primopredajnika.

•

Odnos S/(N+I) bi im omogućio procenu kapaciteta koji bi mogli ostvariti u željenom frekvencijskom opsegu u toj oblasti.

•

Na taj način, poređenjem željenog i mogućeg kapaciteta, od dostupnog opsega bi odustali ili započeli sopstveni prenos.

!ODUSTAJEM:CRCkapacitetmoguciIN

Seerferencijintpostojecenivo CRCR

⇒↓⇒↓⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+⇒↑

!ŠALJEM:CRCkapacitetmoguciIN

Seerferencijintpostojecenivo CRCR

⇒↑⇒↑⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+⇒↓

-

Temperatura interferencije -

•

Koncept temperature interferencije vrlo je sličan poznatom konceptu temperature šuma, sa razlikom da su sada uključen i šum i interferencija, odnosno, i slučajna i deterministička komponenta, respektivno.

•

Temperatura interferencije, TI

se izražava u Kelvinima i definiše kao:

( ) ( )kB

B,fPB,fT cIcI =

gde

su:

• PI

(fc

,B)

–

srednja

snaga

interferencije

(W) • B

–

opseg od interesa (Hz)• fc

-

centralna

učestanost (Hz)• k

–

Boltzmanova konstanta (k=1.38·10-23

J/K)

1

B

ffc

-


•

Kao što je rečeno, FCC dalje definiše graničnu vrednost temperature interferencije, TL

(Interference temperatute limit).

•

Ova vrednost predstavlja maksimalni dozvoljeni nivo interferencije maksimalni dozvoljeni nivo interferencije na nekoj lokaciji i u datom frekvencijskom opsegu. na nekoj lokaciji i u datom frekvencijskom opsegu.

•

Dakle, svaki nelicenciran (sekundarni) predajnik koji želi koristiti isti ovaj opseg, mora garantovati da njegova transmisija, dodata

na već

postojeću interferenciju (na toj lokaciji i u tom frekvencijskom opsegu) ne sme premane sme premaššiti graniiti graniččnu vrednost nu vrednost temperature interferencije na mestu licenciranog (primarnog) temperature interferencije na mestu licenciranog (primarnog) prijemnika.prijemnika.

Laninelicencirpostojece TTT ≤+na

mestu

licenciranogprijemnika

Rastojanje od licenciranog predajnika

TL

-


-


•

Iako definicija temperature interferencije kao i granične vrednosti temperature interferencije na prvi pogled deluju vrlo jasno, nedoumice postoje oko toga:–

Koje sve signale smatrati interferencijom? –

Koje vrednosti uzeti za fc

i B? (da li te vrednosti vezivati za nelicenciran predajnik ili licenciran prijemnik? (slika na sledećem slajdu...)

•

Analiza ovih neodređenosti dovela je do dve moguće interpretacije, koje su u literaturi poznate kao dva modela temperature interferencije:1.1.

Idealni modelIdealni model

temperature interferencije2.2.

Generalizovani modelGeneralizovani model

temperature interferencije.

-


Koje B uzeti u formuli No1? B1 (licenciran signal) ili B2 (nelicenciran signal)?

-

Temperatura interferencije - razlike idalnog i generalizovanog modela

•

Idealni model

interferencije primenjuje se u slučaju kada su poznati parametri primarnog sistema

(npr. poznato je da je u pitanju ćelijski sistem, DTV, ....), dok se generalizovani model primenjuje

u slučaju kada se ništa ne zna o primarnom sistemu.

•

U idealnom modelu interferencije, u interferenciju se ne ubrajaju primarni korisnici

(obzirom da ovaj model razlikuje primarne i sekundarne korisnike). U generalizovanom modelu, i primarni se smatraju interferencijom

obzirom da se o njima ništa ne zna pa se ni ne mogu izdvojiti od ostalih prisutnih signala.

•

U slučaju idealnog modela, interferencija se računa prema parametrima primarnih korisnika, dok se u generalizovanom računa prema parametrima sekundarnih.–

usled ovoga, kod idealnog modela postoji više granica temperature intereferencije (koliko ima primarnih korisnika), dok kod generalizovanog postoji samo jedna.

-

Temperatura interferencije - razlike idalnog i generalizovanog modela

Idealan model Generalizovani model

parametri B i fc

primarnih korisnika

poznati

parametri B i fc

primarnih korisnika

nepoznati

-

Temperatura interferencije - idealni modelidealni model

•

Idealni model temperature interferencije

(IITM) razmatra nivo interferencije isključivo prema licenciranim (primarnim)

korisnicima.

•

Pretpostavke:1.

nelicencirani predajnik srednje snage P, radi na centralnoj učestanosti fc

u opsegu B.2.

u ovom opsegu [fc

-B/2, fc

+B/2] nalazi se i n

licenciranih signala, čije su radne učestanosti i opsezi fi

i Bi

, respektivno.

•

Cilj je obezbediti:

( ) ( )iLi

iiiI fT

kBPMB,fT ≤+

2 TI

–

temperatura interferencijeTL

– granična vrednost TIMi

–

faktor slabljenja (path loss-1) između nelicenciranog predajnika i licenciranogprijemnika

(kasnije detaljnije, ...)postojeća interferencija dodata interferencija

-


•

Prvi sabirak u formuli No2 odnosi se na postojeću temperaturu interferencije

na mestu primarnog prijemnika (TI

(fi

,Bi

)), dok drugi sabirak predstavlja dodatu interferenciju koja potiče od sekundarne transmisije.

•

Nejednakost u formuli No2 za idealan model temperature interferencije obezbeđuje da transmisija nelicenciranih korisnika neće ugroziti transmisiju licenciranih (ukupna interferencija ispod graničnog nivoa).

•

Napomenimo da svaki licenciran signal (i) koji se preklapa (u spektru) sa nelicenciranim ima svoje ograničenje po pitanju snage nelicenciranih korisnika, gde se na kraju uzima minimalna vrednost.

•

Ukoliko nema preklapanja u spektru licenciranih i nelicenciranih

korisnika, snaga nelicenciranih korisnika nema ograničenje (osim regulatornog ograničenja koje svakako postoji).

-


• Na slici, isprekidane linije predstavljaju granične nivoe snage interferencije na mestu primarnih prijemnika.

•

Naglasimo da svaki licenciran signal postavlja drugačiju granicu za ukupnu dozvoljenuinterferenciju, dok nelicencirani predajnik mora garantovati da nijedna od ovih granica ne sme biti premašena.

postojeća interferencija

-


•

Konstanta Mi

u formuli No2 ima vrednost između 0 i 1, i uzima u obzir sva

slabljenja

(propagacije, slabljenje usled fedinga) između nelicenciranog predajnika i licenciranog prijemnika.

•

Ideja koja stoji iza uvođenja konstante Mi

je zapravo ta što je referentna tačka temperature interferencije primarni prijemnik, a ta temperatura interferencije se zapravo meri i određuje na mestu sekundarnog primopredajnika

(kognitivni radio).

•

Zbog toga se uračunava i slabljenje na putu između nelicenciranog predajnika (potencijalnog izvora interferencije) i licenciranog prijemnika.

•

No, ukoliko nije moguće znati rastojanja između nelicenciranog predajnika i svih licenciranih prijemnika, za vrednost konstante

Mi

se u tom slučaju često usvaja jedna vrednost (regulatorno telo), M

(Mi

→M).

-

Temperatura interferencije - idealni model, izazoviidealni model, izazovi

•

U implementaciji idealnog modela interferencije postoje dva izazova:

1.

Identifikacija licenciranih korisnika: ključno pitanje je kako razlikovati licencirane od nelicenciranih korisnika?

–

U primeru kakav je prvi kognitivni standard IEEE 802.22 gde se planira koegzistencija sa TV korisnicima (kognitivni korisnici i TV korisnici bi delili TV opseg), ovaj problem ne bi bio veliki jer bi se primenom posebnih podešenih filtara mogao detektovati TV signal.

–

Ipak, u slučajevim kada ne znamo sa kojim licenciranim sistemom će koegzistirati nelicencirani korisnici problem razlikovanja primarnih i sekundarnih korisnika može da predstavlja veliki problem.

-


2.

Drugi problem kod idealnog modela interferencije predstavlja merenje temperature interferencije TI (postojeća interferencija)

u prisustvu licenciranih signala.–

Naime, u ovom slučaju nelicenciran primopredajnik mora meriti nivo interferencije “ispod”

licenciranog signala, tj. u opsegu licenciranog signala ne računajući sam licenciran signal.

–

Kao i kod problema 1, ovo je relativno lako izvesti ukoliko je nelicenciranom primopredajniku u potpunosti poznat licenciran signal sa kojim će deliti frekvencijski opseg (koegzistirati). Npr. snaga interferencije (potrebna za računanje temperature interferencije, formula No1) se tada može meriti u vremenskim intervalima kada licenciran signal nije prisutan (ako se npr. radi o vremenskom multipleksu,

...).

–

Alternativni način rešavanja ovog problema je aproksimacija temperature intereferencije (sledeći slajd...):

-


–

Dakle, u slučaju kada neliceniran korisnik tačno zna opseg i radnu učestanost B i

fc

,

tada temperaturu interferencije može aproksimirati na sledeći način:

( )kB

BfPBfPB,fT

cc

cI 222

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +++⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −−

≈ττ

3

•

gde je:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −− τ

2BfP c -

snaga izmerena (sensed) na učestanosti: τ−−2Bfc

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ++ τ

2BfP c -

snaga izmerena (sensed) na učestanosti: τ++2Bfc

τ

–

zaštitna margina od nekoliko KHz (da “omaši”

aktivnog primarnog korisnika).

•

Ovaj izraz (No3) aproksimira temperaturu interferencije računajući njenu srednju vrednost u datom frekvencijskom opsegu.

-

Temperatura interferencije - generalizovani modelgeneralizovani model

•

Generalizovani model temperature interferencije

(GITM) ima drugačiju interpretaciju signala i opsega.

•

Naime, ovaj model polazi od pretpostavke da ne postoji nikakvo predznanje o RF okruženju u kojem se želi vršiti prenos, pa samim tim ne postoji nikakvo predznanje o licenciranim korisnicima

(kognitivni radio ne zna ništa o primarnom sistemu sa kojim će koegzistirati!).

•

Dakle, u generalizovanom modelu temperature interferencije nije moguće razlikovati licencirane i nelicencirane korisnike.

•

Usled toga, u ovom modelu postoji jedinstvena vrednost za granični nivo temperature interferencije računata na osnovu parametara nelicenciranih korisnika, za razliku od idealnog modela.

-

Temperatura interferencije - generalizovani modelgeneralizovani model

• Na slici, isprekidane linije predstavljaju granični nivo snage interferencije.

• Primetimo da u ovom slučaju postoji jedinstveni granični nivo interferencije računaprema parametrima nelicenciranog predajnika, a ne više granica računate prema parametrima svakog licenciranog prijemnika.

- Temperatura interferencije - generalizovani modelgeneralizovani model

•

Dakle, formula temperature interferencije se u ovom slučaju primenjuje na ceo frekvencijski opseg (koji namerava da koristi kognitivni radio, B), umesto samo na podopsege u kojima postoje licencirani korisnici (slučaj opsega Bi kod idelanog modela):

( ) ( )cLcI fTkBMPB,fT ≤+

4

•

Treba još

jednom naglasiti da se ovo ograničenje računa u odnosu na parametre nelicenciranog predajnika

(a ne licenciranog prijemnika), jer, kao što smo rekli, kognitivni radio ne zna ništa o primarnom sistemu sa kojim će koegzistirati.

•

Faktor M u ovom slučaju obično definiše regulatorno telo, jer ne znamo ni ko su ni gde su licencirani prijemnici.

-

Temperatura interferencije - poređenje modelapoređenje modela

•

Naglasimo da je u formuli No1 za računanje temperature interferencije PI predstavlja samo šum i interferenciju u idealnom modelu, dok u generalizovanom modelu PI predstavlja šum, interferenciju ali i licencirane signale.

-

Temperatura interferencije - snaga predajnika nelicenciranog korisnika, idealan modelsnaga predajnika nelicenciranog korisnika, idealan model

•

Nakon uvođenja dva modela temperature interferencije, postavlja se ključno pitanje koju snagu predajnika P može koristiti nelicenciran korisnik u koegzistenciji sa licenciranim korisnicima, a da ne narušava granične nivoe interferencije?

•

U slučaju idealnog modela

temperature interferencije, može se (na osnovu formule No2) pisati:

( ) ( )( ) niB,fTfTMkBP iiIiL

i ≤≤∀−≤ 15

•

Podsetimo da u ovom modelu u radnom opsegu nelicenciranog korisnika B

postoji n licenciranih signala, opsega

Bi

i centralne učestanosti

fi

-Temperatura interferencije - snaga predajnika nelicenciranog korisnika, idealan modelsnaga predajnika nelicenciranog korisnika, idealan model

•

Ako nema licenciranih korisnika, n=0 i tada smo rekli da snaga nelicenciranog korisnika

P

nije ograničena (misli se na ograničenje po pitanju interferencije, a svakako je regulatorno ograničena kao i za bilo koji drugi predajnik na neku maksimalnu vrednost Pmax

):

maxPPn ≤⇒= 0za

•

Ako postoje licencirani korisnici, n>0, i tada

je snaga

predajnika

nelicenciranog

korisnika:

[ ]( ) ( )( )

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧ −≤

∈ iiIiLi

n..iB,fTfT

MkBP

1min

6

7

-

Temperatura interferencije - snaga predajnika nelicenciranog korisnika, generalizovan modelsnaga predajnika nelicenciranog korisnika, generalizovan model

•

U slučaju generalizovanog modela, snaga predajnika nelicenciranog korisnika je:

( ) ( )( )B,fTfTMkBP cIcL −≤

( ) ( )

( )

( )∫

∫+

−

+

−

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

=

2

22

2

2

1

11

1

Bf

Bf

Bf

Bf

cIcI

c

c

c

c

dffSkB

dffSBkB

B,fPkB

B,fTgde

je:

pa je konačni izraz za snagu: ( ) ( )∫+

−

−≤2

2

1 Bf

BfcL

c

c

dffSBM

fTMkBP

S(f) je spektralna gustina snage određenog RF okruženja

8a

8b

-

Temperatura interferencije - snaga predajnika nelicenciranog korisnika, generalizovan modelsnaga predajnika nelicenciranog korisnika, generalizovan model

Primer spektralne gustine snage pokazuje računanje snage interferencije u generalizovanom modelu, gde se razmatra ceo opseg. Temperatura interferencije se određuje integraljenjem preko celog opsega nelicenciranog predajnika, kao što se vidi i iz formule

No8b.

-

Temperatura interferencije - kapacitet nelicenciranog korisnika, idealan modelkapacitet nelicenciranog korisnika, idealan model

•

Ukoliko smo našli ograničenja snage nelicenciranog korisnika tako da oni ne smetaju primarnim korisnicima, koristan podatak bi bio odrediti kapacitet koji u takvom scenariju može očekivati sekundarni korisnik za svoj servis.

•

Na osnovu Shanonove formule, kapacitet u idealnom modelu

se računa kao1:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

+⋅=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅=

LI PPLPlogB

NSlogBC 11 22

gde su:P: snaga nelicenciranog korisnikaL: faktor slabljenja (path loss) između nelicenciranog predajnika i nelicenciranog prijemnikaPI

: snaga interferencijePL

: srednja snaga koja potiče od licenciranih korisnika

(na

mestu

nelicenciranog)

9

1: naglasimo da Shanonova formula vanaglasimo da Shanonova formula važži samo u slui samo u sluččaju kada u kanalu postoji AWGN, pa je stoga dalja analizaaju kada u kanalu postoji AWGN, pa je stoga dalja analizapotpuno tapotpuno taččna samo kada su primarni signali kao na samo kada su primarni signali kao ššum, dakle, kada je u pitanju CDMA. Za ostale sluum, dakle, kada je u pitanju CDMA. Za ostale sluččejeve ovaejeve ova

analiza je aproksimacija.analiza je aproksimacija.

-


•

Kao što je već

predstavljeno u modelu sa početka, u opsegu nelicenciranog korisnika [fc

-B/2, fc

+B/2] nalazi se i n

licenciranih signala, čije su radne učestanosti i opsezi fi

i Bi

, respektivno.

•

Za dati opseg B, prema formulama No6 i No7, maksimalna snaga nelicenciranog korisnika je:

( ) ( ) ⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

>=

=0min0

n,PnP

B,fPmax

maxc

*

α

gde je[ ]

( ) ( )( )⎭⎬⎫

⎩⎨⎧ −=

∈ iiIiLi

n..iB,fTfT

MkB

1minα

10

11

-


•

Obzirom da se snaga interferencije PI

i srednja snaga licenciranih korisnika PL

računaju kao:

( ) ( )B,fkBTB,fP cIcI =

( ) ∑=

=n

iiicL BP

BB,fP

1

1

kapacitet kanala

nelicenciranog korisnika za idealni model je:

( ) ( )( ) ( )⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

+⋅=B,fPB,fP

B,fLPlogBB,fCcLcI

c*

c*id 12

12

13

14

Pi

: snaga

koja potiče od i-tog linenciranog predajnika na mestu nelicenciranog korisnikaBi

: opseg i-tog licenciranog predajnika

-

Temperatura interferencije - kapacitet nelicenciranog korisnika, generalizovan modelkapacitet nelicenciranog korisnika, generalizovan model

•

U slučaju generalizovanog modela, formula za kapacitet postaje:

( ) ( )( ) ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⋅=

B,fPB,fLPlogBB,fC

cI

c*

c*gen 12

gde je P*(fc

,B) maksimalna

snaga

nelicenciranog

korisnika

dobijena

u formuliNo8a:

( ) ( ) ( )( )B,fTfTMkBB,fP cIcLc

* −=

pa kapacitet postaje:

16

15

( ) ( ) ( )( )( ) ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −+⋅=

B,fMTB,fTfTLlogBB,fC

cI

cIcLc

*gen 12

17

Opseg interferencije

•

Na osnovu prethodnog možemo videti da licencirani i nelicencirani korisnici mogu koegzistirati u istom osegu i na istoj lokaciji pod uslovom da ukupna interferencija na mestu licenciranog prijemnika ne prelazi graničnu vrednost temperature intereferencije TL

.

••

Opseg (domet) interferencije (D)Opseg (domet) interferencije (D)

se definiše kao minimalni razmak između nelicenciranog predajnika i licenciranog prijemnika pri kojem nelicencirani predajnik ne izaziva nedozvoljenu interferenciju licenciranom prijemniku.

Opseg interferencije

••

Opseg (domet) interferencijeOpseg (domet) interferencije

se može dobiti na osnovu:

( )( ) IS

P

PDLPRLP+

=Γ1

gde je:PP

: snaga licenciranog predajnikaPS

: snaga nelicenciranog predajnikaL(R): faktor slabljenja na rastojanju R od predajnikaΓ1

: dati SIR na mestu licenciranog prijemnika na maksimalnom rastojanju R od licenciranog predajnikaPI

: postojeća interferencijaD: opseg (domet) interferencije

18

• Vrednost Γ

propisuje regulatorno telo (FCC). Ovaj prag zavisi od otpornosti prijemnika prema interferenciji i varira u zavisnosti od opsega primarnog sistema kao i od vrste servisa. Npr. u slučaju digitalne TV ta vrednost iznosi 23dB.

• Treba naglasiti da Γ

zavisi i od karakteristika interferirajućeg signala

(talasnog oblika npr.) što posledično utiče na izbor talasnog oblika signala kognitivnog radija u određenom frekvencijskom opsegu.

Osetljivost detekcije

•

Da bi izbegao interferenciju ka licenciranom prijemniku, nelicenciran korisnik mora biti u stanju da detektuje signal od licenciranog predajnika na rastojanju D+R.

•

Osetljivost detekcije nelicenciranog korisnika γu,min

, odnosno,

najmanja vrednost SNR (signal to noise) za koji nelicencirani korisnik još

uvek može detektovati licencirani predajnik računa se kao:

( )N

RDLPPmin,u

+=γ

gde je N

snaga šuma.

•

Ukoliko u toku analize spektra odnos SNR primljenog signala sa licenciranog predajnika bude manji od osetljivosti detekcije, nelicencirani korisnik može pogrešno zaključiti da je spektar slobodan i započeti svoju transmisiju.

19

HvalaHvala

na pana pažžnji!nji!

kognitivni radio -...

Documents