МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

______________________________________________________________

Институт РТСУ

Кафедра ТОР

К защите допустить

профессор

Федосов В.П. _________

«___» ___________2015г.

Пояснительная записка к выпускной работе

на академическую степень МАГИСТР

на тему: «Алгоритм построения когнитивной сети беспроводного доступа»

Руководитель работы ____________ профессор Федосов В.П.

«___» ____________2015 г.

Студент группы РТмо2-1____________ Галеб Х. А.Н.

«___» ____________2015 г.

Таганрог 2015 г

СОДЕРЖАНИЕ

Список сокращений 5

ВВЕДЕНИЕ 8

Глава 1. Развитие и архитектура когнитивной сети беспроводного доступа 11

1.1 Эволюция беспроводных сетей связи 11

1.2 Эволюция системы радиосвязи с программируемыми параметрами (SDR) 14

1.3 Когнитивная сеть 16

1.3.1 Эволюция когнитивной сети 18

1.3.2 Основные области применения когнитивной сети 20

1.3.3 Стандарт когнитивной сети IEEE 802.22 21

1.3. 4 Архитектура беспроводной когнитивной сети 22

1.3.5 Физическая архитектура когнитивной сети 24

1.3.6 Когнитивный цикл функционирования радиосистемы 27

1.3.7. Когнитивные беспроводные самоорганизующиеся сети 28

1.4 Выводы 34

Глава 2. Сканирование спектра и модель канала беспроводной когнитивной сети 35

2.1 Сканирование спектра когнитивной сети 35

2.1. 1 Энергетическое обнаружение 38

2.1.2 Обнаружение на основе согласованных фильтров 42

2.1. 3 Цикло-стационарное обнаружение 43

2.2 Проблемы сканирования спектра 45

2.2.1 Измерение температуры помех (интерференции) 45

2.2.2 Сканирование спектра в многопользовательской сети 46

2.2.3 Возможность обнаружения 46

2.2.4 Скрытая проблема терминала 47

2.3 Модель канала когнитивной беспроводной сети 47

2.3.1 Спектральная плотность мощности 48

2.3.2 Эффект Доплера 49

2.3.3 Многолучевое распространение 51

2.3.4 Канал аддитивного белого Гауссовского шума (AWGN) 51

2.3.5 Замирание Рэлеевского канала 52

2.3.6 Методы адаптивной модуляции 53

2.3.7 Модель модуляции для когнитивного радио 53

2.3.8 Фазовая манипуляция m-PSK 56

2.4 Выводы 60

Глава 3. Разработка модель сканирования спектра когнитивной сети беспроводного доступа 61

3.1 Алгоритм сканирования спектра 61

3.2 Исследование эффективности алгоритма на основе разработанной модели 65

3.2.1 Оценка влияние отношения сигнал/шум на процесс обнаружения первичного сигнала 66

3.2.2 Оценка влияние замирания на процесс обнаружения первичного сигнала 68

3.2.3 Оценка зависимости вероятности обнаружения лицензированного сигнала от вероятности ложного обнаружения при разных количества первичных пользователей. 70

3.3 Выводы 73

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75

Список литературы 76

Приложение 1 78

Приложение 2 82

Приложение 3 84

Приложения 4 86

Список сокращений

2G (Second Generation) - Второе поколение сотовой связи

2.5G (Two and one-half Generation) - Второе с половиной поколение сотовой связи

3G (Third Generation) - Третье поколение сотовой связи

4G (Fourth Generation) - Четвертое поколение сотовой связи

AWGN (Additive white Gaussian noise) – Аддитивный белый Гауссовский шум

BER (The Bit Error Rate) – Вероятность битовой ошибки

BPSK (binary phase-shift keying) - Двоичная фазовая манипуляция

CR (Cognitive Radio) –КР (Когнитивное радио)

CDMA (Code Division Multiple Access) - множественный доступ с кодовым разделением

CSD (Cyclic Spectral Density) – Циклическая спектральная плотность

DSA (Dynamic Spectrum Access) – Динамический доступа спектра

DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial) - Европейский стандарт эфирного наземного цифрового телевидения

ETSI (European Telecommunications Standards Institute) - Европейский институт по стандартизации в области телекоммуникаций

EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) – Стандарт мобильной связи

FCC (Federal Communications Commission) – Федеральная комиссия связи США

FFT (Fast Fourier transform) - Быстрое преобразование Фурье

GPRS (General Packet Radio Service) - Служба пакетной передачи данных

GPS (Global Positioning System) - Система глобального позиционирования

GSM (Global System for Mobile Communication) - Глобальная система мобильной связи

HSDPA (High-Speed Packet Access) - Стандарт мобильной связи

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) - Институт инженеров по электротехнике и электронике

IF (Interval Frequency) – Промежуточная частота

LTE (Long Term Evolution) – Четвертое поколение сотовой связи

MANET (Mobile Ad-Hoc Networks) - Мобильная Ad-Hoc сети

MAC (Media Access Control) - Управление доступом к среде

MF (Matched Filter) - Cсогласованный фильтр

NMT-450i (Nordic Mobile Telephone) - Старый аналоговый стандарт сотовой связи

Ofcom (the Office of Communications) - Британский регулятор в области телерадиовещания

OFDM (Orthogonal frequency division multiplexing) - мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов

PLL (Phase-locked loop) – Фазовая автоподстройка частоты

PSD (Power Spectrum Density) - СПМ (Спектральная плотность мощности)

PDF (Probability Density Function) – Функция плотность вероятности

PSK (phase-shift keying) – Фазовая манипуляция

PU (Primary User) – Основной пользователь

QAM (Quadrature Amplitude Modulation) - Квадратурная амплитудная модуляция

RSSI (Received Signal Strength Indicator) – Индикатор уровня мощности принимаемого сигнала

SDR (Software Defined Radio)- Радиосистема с программируемыми параметрами

SNR (Signal – to – Noise Ratio) – ОСШ (Отношение сигнал шум)

SU (Secondary User) – Вторичный пользователь

TVWS (TV whitespace) – Телевизионные пробелы

UHF (Ultra high frequency) – Ультра высокие частоты

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) - Универсальная мобильная телекоммуникационная сеть

VHF (Very High Frequency) – Очень высокие частоты

WMN (Wireless Mesh Networks) - Беспроводная Mesh сети

Wi-Fi (Wireless Fidelity) - Беспроводная привязанность

WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) - Всемирная функциональная совместимость для микроволнового 

АКФ – Автокорреляционная функция

АРУ - Автоматическая регулировка усиления

АЦП – Аналого-цифровой преобразователь

БСПД – Беспроводная сеть передачи данных

БСС – Беспроводная самоорганизующаяся сеть

ГУН – Генератор управляемый напряжением

МУ – Малошумящий усилитель

КК – Коммутация каналов

КП – Коммутация пакетов

РЧ - Радиочастот

РЭС - радиоэлектронные средства

ЦАП – Цифро-аналоговый преобразователь

ЦСП – Цифровой сигнальный процессор