- •Пояснительная записка к выпускной работе
- •Глава 1. Развитие и архитектура когнитивной сети беспроводного доступа 11
- •Глава 2. Сканирование спектра и модель канала беспроводной когнитивной сети 35
- •Глава 3. Разработка модель сканирования спектра когнитивной сети беспроводного доступа 61
- •3.3 Выводы 73
- •Список сокращений
- •Введение
- •Глава 1. Развитие и архитектура когнитивной сети беспроводного доступа
- •Эволюция беспроводных сетей связи
- •Эволюция системы радиосвязи с программируемыми параметрами (sdr)
- •1.3 Когнитивная сеть
- •1.3.1 Эволюция когнитивной сети
- •1.3.2 Основные области применения когнитивной сети
- •1.3.3 Стандарт когнитивной сети ieee 802.22
- •1.3. 4 Архитектура беспроводной когнитивной сети
- •1.3.5 Физическая архитектура когнитивной сети
- •1.3.6 Когнитивный цикл функционирования радиосистемы
- •1.3.7. Когнитивные беспроводные самоорганизующиеся сети
- •1.4 Выводы
- •Глава 2. Сканирование спектра и модель канала беспроводной когнитивной сети
- •Сканирование спектра когнитивной сети
- •2.1. 1. Энергетическое обнаружение
- •2. 1. 2. Обнаружение на основе согласованных фильтров
- •2. 1. 3. Цикло-стационарное обнаружение
- •2.1. 1 Энергетическое обнаружение
- •2.1.2 Обнаружение на основе согласованных фильтров
- •2.1. 3 Цикло-стационарное обнаружение
- •2.2 Проблемы сканирования спектра
- •2.2.1 Измерение температуры помех (интерференции)
- •2.2.2 Сканирование спектра в многопользовательской сети
- •2.2.3 Возможность обнаружения
- •2.2.4 Скрытая проблема терминала
- •2.3 Модель канала когнитивной беспроводной сети
- •2.3.1 Спектральная плотность мощности
- •2.3.2 Эффект Доплера
- •2.3.3 Многолучевое распространение
- •2.3.4 Канал аддитивного белого Гауссовского шума (awgn)
- •2.3.5 Замирание Рэлеевского канала
- •2.3.6 Методы адаптивной модуляции
- •2.3.7 Модель модуляции для когнитивного радио
- •2.3.8 Фазовая манипуляция m-psk
- •2.4 Выводы
- •Глава 3. Разработка модель сканирования спектра когнитивной сети беспроводного доступа
- •3.1 Алгоритм сканирования спектра
- •3.2 Исследование эффективности алгоритма на основе разработанной модели
- •3.2.1 Оценка влияние отношения сигнал/шум на процесс обнаружения первичного сигнала
- •3.2.2 Оценка влияние замирания на процесс обнаружения первичного сигнала
- •3.2.3 Оценка зависимости вероятности обнаружения лицензированного сигнала от вероятности ложного обнаружения при разных количества первичных пользователей.
- •3.3 Выводы
- •Заключение
- •Список литературы
- •Приложение 1
- •Приложение 2
- •Приложение 3
- •Приложения 4
Введение
Актуальность работы. В настоящее время в области связи быстро развиваются системы беспроводной связи, и растет интенсивность их использования, что приводит к увеличению спроса на радиочастотный спектр. Однако, радиочастотный спектр является ограниченным природным ресурсом. В этих условиях начали проявляться ряд противоречий, наиболее острыми из которых являются:
противоречие между увеличивающимся спросом на предоставляемые услуги систем беспроводной связи и ограниченным радиочастотным спектром;
противоречие между расширением радиочастотным спектром представляемый системами беспроводной связи и не возможностью использования этого спектра каждым отдельным радио прибором на 100%.
Практически весь частотный диапазон к настоящему времени распределен и лицензирован, однако при этом спектр, как драгоценный природный ресурс, используется не достаточно эффективно. Внедрение и использование новых сервисов, для работы которых необходимо наличие свободных частотных диапазонов, становится затруднительным, а в некоторых случаях вовсе невозможным. Одним из возможных путей решения указанной проблемы является переход к новой технологии, названной когнитивное радио. Существенным образом повысить эффективность использования спектра позволяет механизм динамического управления спектром, согласно которому вторичным пользователям (нелицензированные пользователи) предоставляется возможность использовать диапазоны первичных пользователей (лицензированные пользователи) на время, пока этот диапазон не используется первичным пользователем. Технология когнитивного радио (КР) предназначена для вторичного использования радиочастоты спектра, когда устройства в сети автоматически перенастраиваются на свободные частоты. Устройства КР изменяют свои параметры на основе получения информации об электромагнитной и географической обстановке, распознают образы сигналов всех первичных радиоэлектронных средств (РЭС) и используют частоты, когда первичные РЭС не работают. Они автоматически перенастраиваются на свободные диапазоны, поддерживая устойчивое соединение. Алгоритмы динамического управления спектром весьма сложны технически, и могут применяться только в так называемых интеллектуальных радиосистемах. Отличительной особенностью таких систем, выделяющей их в отдельную группу, является способность извлекать и анализировать информацию из окружающего радио пространства, предсказывать изменения канала связи и оптимальным образом подстраивать свои внутренние параметры состояния, адаптируясь к изменениям радио среды.
Цель и задачи работы. Целью магистральной диссертационной работы является моделирование алгоритм построения когнитивной сети беспроводного доступа для проверки эффективности использования радиочастотного спектра.
Для достижения сформулированной цели были поставлены и решены следующие задачи:
Разработка модель сканирования радиочастотного спектра, чтобы находить свободные полосы частот.
Выполнение анализ эффективности смоделированного алгоритма по части изменение отношение сигнал/шум и замирание на вероятность обнаружения первичного пользователя и изменение количества первичных пользователей на вероятность обнаружения первичного сигнала.
Структура диссертационной работы. Для выполнения этих целей и задач диссертационная работа представляет собой следующие главы.
В первой главе рассматриваются анализ тенденций развития беспроводных сетей связи, радиосистема с программируемыми параметрами, беспроводная, когнитивная сеть, включая фундаментальные определения создателя термина «когнитивное радио» и определение FCC США и ofcom Великобритании, пример первой когнитивной беспроводной WRAN сети – стандарт IEЕЕ 802.22, архитектура когнитивной сети и когнитивные беспроводные самоорганизующиеся сети.
Во второй главе рассматриваются процесс сканирования спектра, все виды сканирования спектра, их достоинства и недостатки, спектральная плотность мощности, модель канала когнитивной сети беспроводного доступа и факторы, влияющие на распространение радиосигнала и методы адаптивной модуляции.
В третьей главе разрабатывается модель для сканирования спектра в когнитивной сети с помощью энергетического метода обнаружения. Исследовать влияние отношение сигнал/шум и замирание на вероятность обнаружения первичного пользователя, а также влияние количество пользователей когнитивной сети на вероятность обнаружения первичного сигнала.
В заключении приводятся основные выводы по результатам выполненных исследований.