-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
1/54
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
2/54
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 primarneemisije (signala primarnih korisnika) u frekvencijskom opsegu odinteresa tokom ispitivanja tog opsega (spectrum sensinga).
U
ovom slučaju, sekundarni korisnici se nalaze u okviru zonepokrivanja primarnih predajnika.
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
3/54
Kognitivni radio
-
spektralne šupljine -
•
Prostorne spektralne šupljine
znače da je frekvencijski opseg odinteresa zauzet ali samo u ograničenom prostoru. Drugim rečima,
ovaj opseg mogu koristiti sekundarni korisnici van tog prostora (sličnokao frequency reuse u ćelijskim sistemima!). U ovom slučaju,sekundarnim korisnicima transmisija je dozvoljena samo ako nepredstavljaju interferenciju primarnim korisnicima u okviru njihove
(primarne) zone pokrivanja.
•
Frekvencijske spektralne šupljine
definišu se kao frekvencijskiopseg koji mogu koristiti sekundarni korisnici za svoju transmisiju alibez interferencije prema primarnim korisnicima i to na svimfrekvencijama iz datog opsega.
•
Dakle, sekundarna mreža mora odrediti kada, gde i u kojemfrekvencijskom opsegu
je moguće vršiti prenos informacija a da sene izazove štetna interferencija prema primarnim korisnicima.
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
4/54
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 bito detektovao (bele zone na slici). Treba naglasiti da je u tom vremenskom periodu prilikaza 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 slučajakada je prilika za transmisijom propuštena, ovde može doći do intereferencije premaprimarnom sistemu.
PU SU PU SU
interferencija
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
5/54
Kognitivni radio
-
prostorne spektralne šupljine, distance model -
Primer prostorne spektralne šupljine:
•
r pcov
(primary coverage) –
poluprečnik
zone pokrivanja primarnog predajnika.
•
r prot
(protection) –
poluprečnik zaštićene
zone
•
r n
– “non-talk”
polupečnik
• Recovered area –
zona koju mogu koristiti
sekundarni korisnici (kognitivni radio), tj. prostornaspektralna šupljina
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
6/54
Kognitivni radio
-
prostorne spektralne šupljine, distance model -
•
r pcov
je
poluprečnik zone pokrivanja primarnog predajnika. Da nema sekundarnihkorisnika, ovo bi bila i jedina zona koju posmatramo jer bi u njoj svi primarnikorisnici 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 sekundarnikorisnici, neophodno je uvesti još
2 zone:
1.
r prot je
poluprečnik zaštićene zone, tj. zone u kojoj svi primarni prijemniciimaju takav SNR da im je zagarantovan određen kvalitet servisa QoS i prijembez grešaka.
•
Ova zona kao i zona pokrivanja određene su snagom primarnih predajnika.
2.
Da bi svi
primarni prijemnici ostvarili zagarantovan QoS unutar zaštićenezone (u zoni poluprečnika r prot
), uvodi se još
jedna tzv. non-talk zona, (zonapoluprečnika r n
).
•
Ova zona određena je snagom sekundarnih predajnika
i predstavlja bezbednorastojanje koje omogućava svim primarnim korisnicima unutar zaštićene zone(r prot) zagarantovan servis a bez štetne intereferencije od strane sekundarnihpredajnika.
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
7/54
Kognitivni radio-
prostorne spektralne šupljine, distance model -
•
Sa druge strane, svi primarni prijemnici koji se nalaze u zoni r pcov
– r prot
, mogu
bitiizloženi 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.
r pcov
r prot
Prostorna spektralna šupljina je komplement
unije svih non-talk regiona! (oblasti vannarandžastog kruga, tj. recovered area).
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
8/54
Kognitivni radio-
vremenske i prostorne spektralne šupljine -
spektralne šuljine u prostoru/vremenu analogija u prostornom i vremenskom domenu
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
9/54
Kognitivni radio-
prostorne spektralne šupljine, distance model -
•
Stoga, sekundarni korisnici mogu vršiti transmisiju samo ako su van r n
zone
kako ne bi izazvali nedozvoljenu interferenciju primarnim
korisnicima.
•
Idealno bi zapravo bilo kada bismo mogli oko svakog primarnog
prijemnika
uvesti zaštitini region (r PR
), a ne ovako oko primarnihpredajnika (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 ihpozicionirati jer ne emituju ništa!)!
•
Zbog toga se razmatra pomenuti model kao najgori slučaj, a to je da seprimarni prijemnici nalaze na ivici zone pokrivanja primarnog predajnika.
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
10/54
Kognitivni radio-
prostorne spektralne šupljine, distance model -
a)
prostorna spektralna šupljina kada bismo znali gde su locirani primarni prijemnici
b)
najgori slučaj položaja primarnih prijemnika (jer se ne zna gde su stvarno).
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
11/54
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 r n
odprimarnog predajnika) za svoju emisiju.
•
Snaga primarnog predajnika na mestu sekundarnog korisnika ( P ), koristeći samo
path-loss model (dakle, srednja snaga) je:
( )α nr Pt P 10log10−=•
P t
–
snaga primarnog predajnika
•
r n
–
non-talk poluprečnik
•
α
–
path-loss eksponent (konstantaslabljenja na putanji)
1
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
12/54
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
13/54
Kognitivni radio-
vremenske i prostorne spektralne šupljine, model koegzistencije PU i SU, distance model -
•
Prethodno razmatrani slučaj važi samo za idealan kanal (ili za realankada bi dobijena snaga bila srednja snaga na prijemu).
•
Ipak, u realnom kanalu neophodno je uzeti u obzir sve efekte radiopropagacije (shadowing, višestruka propagacija, ...) koje imaju zaposledicu nestabilnost signala na prijemu (feding). Zbog toga je
osim
srednje vrednosti, neohodno uvesti i marginu za feding (bez nje biverovatnoća interferencije prema primarnim korisnicima bila isuviševisoka).
•
U skladu sa tim, formula sada postaje:
( ) Δ−−= α nr Pt P 10log10 Δ
–
margina za feding3
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
14/54
Kognitivni radio-
vremenske i prostorne spektralne šupljine, model koegzistencije PU i SU, distance model -
•
Metrika koju bi koristio sekundarni korisnik sada postaje:
( ) Δ−−≤
> α
nr Pt P 10log10ne koristi
koristi
•
Izbor margine Δ
je kompromis između
verovatnoće interferencije prema primarnim
korisnicima P i
i gubitka prostora koji bi
mogli koristiti sekundarni korisnici kao
posledice uvođenja ove margine:
↑↓⇒↓Δ PUkacijainterferenali prostoragubitak
↓↑⇒↑Δ PUkacijainterferenali prostoragubitak
4
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
15/54
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 prekorastojanja (r prot
, r pcov
, r n
), tj. distance model konvertuje u SNR pristup, pa se i metrika računau skladu sa tim.
•
Uvode se sledeće veličine:
Φ
– margina između SNR primarnog predajnika i
primarnog prijemnika na ivici r pcov
γpcov
–
SNR na ivici zone pokrivanja r pcov
. Određuje ga
primarni prijemnik.
γprot
–
SNR na ivici zaštićene zone r prot
. Određuje ga
primarni prijemnik.
γn
–
SNR na ivici non-talk zone r n
. Određuje ga
sekundarni predajnik.
φ
– margina između γpcov
i lokalnog SNR sekundarnogkorisnika koji se nalazi izvan r n
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
16/54
Kognitivni radio-
vremenske i prostorne spektralne šupljine, model koegzistencije PU i SU, SNR model -
•
Na osnovu slike i definisanih vrednosti, može se pisati:
cov p
P γ
σ −⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛ =Φ
2
1log10
cov p prot γ γ ω −=
ncov p γ γ −=Λ
P 1
–
snaga primarnog predajnika
σ2
–
snaga šuma na mestu primarnog prijemnika
Uvodi se takođe i model slabljenja snage usled propagacije između dva
korisnikakao 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
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
17/54
Kognitivni radio-
vremenske i prostorne spektralne šupljine, model koegzistencije PU i SU, SNR model -
•
Rečeno je da snaga sekundarnih korisnika može biti tolika da garantuje servisželjenog QoS unutar zaštićene zone r prot
. Razmotrimo kolika je maksimalnadozvoljena 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 primarnogprijemnika (koji je na ivici zaštićene zone), važi:
prot r g P Q 1111 =
•
Prijem garantovanog kvaliteta na mestu primarnog prijemnika (uslov: SNR≥γ pcov
) semože izraziti kao:
102
2
1 10SNR cov p
cov pQ
Q γ
σ =≥
+210
12 10 σ
γ
−≤ −
cov p
QQ
6
78
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
18/54
Kognitivni radio-
vremenske i prostorne spektralne šupljine, model koegzistencije PU i SU, SNR model -
•
Ako se Q1
izrazi u funkciji SNR na ivici zaštićene zone, dobija se:
ω γ σ
+=⎟ ⎠
⎞⎜⎝
⎛ cov p
Q2
1log10 1021 10
ω γ
σ
+
=cov p
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
γ prot
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
19/54
Model temperature interferencije
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
20/54
Kognitivni radio
-
Interferencija -
•
Kao što je poznato, prvi
zadatak
u kognitivnom
ciklusu
je analiza
radiospektra
tj. detekcija
signala
koji
su
(„značajno“) prisutni.
•
Analiza radio spektra mora biti takva da
otkriva
veliki
broj
različitih
tipovasignala.
•
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 prisutnisignali velike snage (kanali kod kojih je snaga primarnih korisnika velika ili suoni većim delom vremena aktivni);
–
Sivi prostor
(Grey spaces) –
delovi spektra koji su delimično okupirani odstrane signala male snage (kanali kod kojih je snaga primarnih korisnika nižaili su oni samo manji deo vremena aktivni);
–
Beli prostor
(White spaces) –
delovi spektra kod kojih je prisutan samo šumsredine (kanali kod kojih, ako se izuzme šum sredine, ne postojeinterferirajući signali).
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
21/54
Kognitivni radio-
Interferencija -
•
Očigledni kandidati za eksploataciju od strane kognitivnog radija su beli isivi prostor.
•
Ipak, u prvim projektima kognitivnog radija (kao što je neXt GenerationCommunications, XG) iskorišćavao se samo beli prostor, ali se danassve 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 komunikacijuprimarnog korisnika, odnosno, da ne predstavlja interferenciju primarnomkorisniku!
•
Model temperature interferencije
je specifičan po tome što uvodi posebnumeru interferencije prema primarnih korisncima.
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
22/54
-
Temperatura interferencije
-
-
nivo
postojeće interferencije -
•
Model temperature interferencije potekao je od Federalne komisije zakomunikacije, FCC.
•
Naime, u
cilju
kontrole
interferencije prema primarnim korisnicima, FCC je predložila model za određivanje nivoa interferencije u određenomfrekvencijskom opsegu i na određenoj lokaciji.
•
Ova mera bi omogućila da se u svakom trenutku odredi nivointerferencije koji postoji na određenoj lokaciji i određenom delu spektra,kao i kvantifikovanje i upravljanje izvorima interferencije
(u našem slučajuto su sekundarni korisnici, a upravljenje
ovim
izvorima podrazumeva
kontrolu njihove pedajne snage).
•
Inicijalni plan je bio da se primeni samo binarno odlučivanje gde bi sesamo konstatovalo postojanje primarnih korisnika. U slučaju detekcijeprimarnih korisnika, sekundarni korisnici bi morali da odustanu od togdela spektra (opcije: beli ili crni prostor).
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
23/54
-Temperatura interferencije –
korist za primarne korisnike
•
Kasnije je model modifikovan u smislu da se ipak omogući koegzistencijaprimarnih i sekundarnih korisnika na istoj lokaciji i u istom delu spektra. Model jenazvan “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 bisekundarni korisnici takođe mogli da koriste taj opseg (iako u istom već
postojeprimarni korisnici) pod uslovom da dodatna interferencija koju oni unose neprelazi pomenutu graničnu vrednost.
•
Granična vrednost TL
odgovara maksimalnoj vrednosti intereferencije kojoj bimogli biti izloženi primarni korisnici (u određenom frekvencijskom opsegu i naodređenoj lokaciji) a da nemaju štete po pitanju kvaliteta svog servisa.
•
Graničnu vrednost TL
određuju regulatorna tela
(npr. FCC)
i ona velikim delomzavisi od tehnologije koju koriste primarni korisnici kao i od lokacije.
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
24/54
-Temperatura interferencije –
korist za sekundarne korisnike
•
Osim namene da se obezbedi da sekundarni korisnici ne ometaju primarnekorisnike, ITM model je namenjen i kao pomoć
samim sekundarnim korisinicima.
•
Naime, procenom nivoa interferencije u nekoj oblasti i u nekom frekvencijskomopsegu, 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 uželjenom frekvencijskom opsegu u toj oblasti.
•
Na taj način, poređenjem željenog i mogućeg kapaciteta, od dostupnog opsega bi
odustali ili započeli sopstveni prenos.
!ODUSTAJEM :CRC kapacitet moguci I N
S eerferencijint postojecenivo CR
CR
⇒↓⇒↓⎟ ⎠
⎞⎜⎝
⎛
+⇒↑
!ŠALJEM :CRC kapacitet moguci I N
S eerferencijint postojecenivo CRCR
⇒↑⇒↑⎟ ⎠ ⎞⎜
⎝ ⎛
+⇒↓
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
25/54
-
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, T I
se izražava u Kelvinima i definiše kao:
( ) ( )
kB
B , f P B , f T c I c I =
gde
su:
• P I
(f c
,B)
–
srednja
snaga
interferencije
(W)
• B
–
opseg od interesa (Hz)
• f c
-
centralna
učestanost (Hz)
• k – Boltzmanova konstanta (k =1.38·10-23 J/K)
1
B
f f c
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
26/54
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
27/54
Rastojanje od licenciranog predajnika
TL
-
Temperatura interferencije -
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
28/54
-
Temperatura interferencije -
•
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 f c
i B? (da li te vrednosti vezivati za
nelicenciran predajnik ili licenciran prijemnik? (slika na sledećemslajdu...)
•
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 interferencije
2.2.
Generalizovani modelGeneralizovani model
temperature interferencije.
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
29/54
-
Temperatura interferencije -
Koje B uzeti u formuli No1? B1 (licenciran signal) ili B2 (nelicenciran signal)?
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
30/54
-
Temperatura interferencije -
razlike idalnog i generalizovanog modela
•
Idealni model
interferencije primenjuje se u slučaju kada su poznatiparametri primarnog sistema
(npr. poznato je da je u pitanju ćelijski
sistem, DTV, ....), dok se generalizovani model primenjuje
u slučajukada se ništa ne zna o primarnom sistemu.
•
U idealnom modelu interferencije, u interferenciju se ne ubrajajuprimarni korisnici
(obzirom da ovaj model razlikuje primarne isekundarne korisnike). U generalizovanom modelu, i primarni sesmatraju interferencijom
obzirom da se o njima ništa ne zna pa se nine mogu izdvojiti od ostalih prisutnih signala.
•
U slučaju idealnog modela, interferencija se računa premaparametrima primarnih korisnika, dok se u generalizovanom računaprema parametrima sekundarnih.
–
usled ovoga, kod idealnog modela postoji više granica temperature
intereferencije (koliko ima primarnih korisnika), dok kodgeneralizovanog postoji samo jedna.
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
31/54
-
Temperatura interferencije -
razlike idalnog i generalizovanog modela
Idealan model Generalizovani model
parametri B i f c
primarnih korisnika
poznati
parametri B i f c
primarnih korisnika
nepoznati
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
32/54
-
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 centralnojučestanosti f c
u opsegu B.
2.
u ovom opsegu [ f c
- B/2, f c
+ B/2] nalazi se i n
licenciranih signala, čije
su radne učestanosti i opsezi f i
i Bi
, respektivno.
•
Cilj je obezbediti:
( ) ( )i Li
iii I f T
kB
P M B , f T ≤+
2 T I
–
temperatura interferencije
T L
– granična vrednost T I
M i
–
faktor slabljenja (path loss-1
) izmeđunelicenciranog predajnika i licenciranog
prijemnika (kasnije detaljnije, ...)postojeća interferencija dodata interferencija
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
33/54
-
Temperatura interferencije -
idealni modelidealni model•
Prvi sabirak u formuli No2 odnosi se na postojeću temperaturuinterferencije
na mestu primarnog prijemnika (T I
( f i
,Bi
)), dok drugi sabirak
predstavlja dodatu interferenciju koja potiče od sekundarnetransmisije.
•
Nejednakost u formuli No2 za idealan model temperature interferencije
obezbeđuje da transmisija nelicenciranih korisnika neće ugrozititransmisiju 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 nelicenciranihkorisnika, gde se na kraju uzima minimalna vrednost.
•
Ukoliko nema preklapanja u spektru licenciranih i nelicenciranih
korisnika, snaga nelicenciranih korisnika nema ograničenje (osimregulatornog ograničenja koje svakako postoji).
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
34/54
-
Temperatura interferencije - idealni modelidealni model
• Na slici, isprekidane linije predstavljaju granične nivoe snage interferencije na mestu
primarnih prijemnika.
•
Naglasimo da svaki licenciran signal postavlja drugačiju granicu za ukupnudozvoljenuinterferenciju, dok nelicencirani predajnik mora garantovati da
nijedna od ovih granica ne sme biti premašena.
postojeća interferencija
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
35/54
-
Temperatura interferencije -
idealni modelidealni model•
Konstanta M i
u formuli No2 ima vrednost između 0 i 1, i uzima u obzir svaslabljenja
(propagacije, slabljenje usled fedinga) između nelicenciranog
predajnika i licenciranog prijemnika.
•
Ideja koja stoji iza uvođenja konstante M i
je zapravo ta što je referentnatačka temperature interferencije primarni prijemnik, a ta temperatura
interferencije se zapravo meri i određuje na mestu sekundarnogprimopredajnika
(kognitivni radio).
•
Zbog toga se uračunava i slabljenje na putu između nelicenciranog
predajnika (potencijalnog izvora interferencije) i licenciranogprijemnika.
•
No, ukoliko nije moguće znati rastojanja između nelicenciranog
predajnika i svih licenciranih prijemnika, za vrednost konstante
M i
se utom slučaju često usvaja jedna vrednost (regulatorno telo), M ( M i→ M ).
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
36/54
-
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 planirakoegzistencija 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.
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
37/54
-
Temperatura interferencije -
idealni modelidealni model2.
Drugi problem kod idealnog modela interferencije predstavlja
merenje temperature interferencije T I
(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, formulaNo1) 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 aproksimacijatemperature intereferencije (sledeći slajd...):
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
38/54
-
Temperatura interferencije -
idealni modelidealni model –
Dakle, u slučaju kada neliceniran korisnik tačno zna opseg i radnu
učestanost B i
f c
,
tada temperaturu interferencije može aproksimirati na
sledeći način:
( )kB
B f P
B f P
B , f T cc
c I 2
22 ⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛ +++⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛ −−
≈
τ τ
3
•
gde je:
⎟ ⎠
⎞⎜⎝
⎛ −− τ
2
B f P c -
snaga izmerena (sensed) na učestanosti: τ −−2
B f c
⎟ ⎠ ⎞⎜
⎝ ⎛ ++ τ
2 B f P c -
snaga izmerena (sensed) na učestanosti: τ ++ 2 B f c
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.
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
39/54
-
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 nikakvopredznanje o RF okruženju u kojem se želi vršiti prenos, pa samimtim ne postoji nikakvo predznanje o licenciranim korisnicima
(kognitivni radio ne zna ništa o primarnom sistemu sa kojim ćekoegzistirati!).
•
Dakle, u generalizovanom modelu temperature interferencije nije moguće
razlikovati licencirane i nelicencirane korisnike.
•
Usled toga, u ovom modelu postoji jedinstvena vrednost za granični nivotemperature interferencije računata na osnovu parametaranelicenciranih korisnika, za razliku od idealnog modela.
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
40/54
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
41/54
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
42/54
-
Temperatura interferencije -
poređ
enje modelapoređenje modela
•
Naglasimo da je u formuli No1 za računanje temperature interferencije P Ipredstavlja samo šum i interferenciju u idealnom modelu, dok u
generalizovanom modelu P I predstavlja šum, interferenciju ali ilicencirane signale.
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
43/54
-
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 nenarušava granične nivoe interferencije?
•
U slučaju idealnog modela
temperature interferencije, može se (naosnovu formule No2) pisati:
( ) ( )( ) ni B , f T f T M
kB P
ii I i L
i ≤≤∀−≤ 1
5
•
Podsetimo da u ovom modelu u radnom opsegu nelicenciranog korisnika
B
postoji n licenciranih signala, opsega
Bi
i centralne učestanosti
f i
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
44/54
-Temperatura interferencije -
snaga predajnika nelicenciranog korisnika, idealan modelsnaga predajnika nelicenciranog korisnika, idealan model
•
Ako nema licenciranih korisnika, n=0 i tada smo rekli da snaganelicenciranog korisnika
P
nije ograničena (misli se na ograničenje po
pitanju interferencije, a svakako je regulatorno ograničena kao i za bilokoji drugi predajnik na neku maksimalnu vrednost P max
):
max P P n ≤⇒= 0za
•
Ako postoje licencirani korisnici, n>0, i tada
je snaga
predajnika
nelicenciranog
korisnika:
[ ]( ) ( )( )
⎭
⎬⎫
⎩
⎨⎧
−≤∈
ii I i Li
n..i B , f T f T
M
kB P
1min
6
7
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
45/54
-
Temperatura interferencije -
snaga predajnika nelicenciranog korisnika, generalizovan modelsnaga predajnika nelicenciranog korisnika, generalizovan model
•
U slučaju generalizovanog modela, snaga predajnika nelicenciranog
korisnika je:
( ) ( )( ) B , f T f T M kB P c I c L −≤
( ) ( )
( )
( )∫
∫+
−
+
−
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ =
=
2
2
2
2
2
1
11
1
B f
B f
B f
B f
c I c I
c
c
c
c
df f S kB
df f S BkB
B , f P kB
B , f T gde
je:
pa je konačni izraz za snagu: ( ) ( )∫
+
−−≤
2
2
1
B f
B f
c L
c
c
df f S BM f T M kB P
S(f) je spektralna gustina snageodređenog RF okruženja
8a
8b
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
46/54
-
Temperatura interferencije -
snaga predajnika nelicenciranog korisnika, generalizovan modelsnaga predajnika nelicenciranog korisnika, generalizovan model
Primer spektralne gustine snage pokazuje računanje snage interferencije ugeneralizovanom modelu, gde se razmatra ceo opseg. Temperatura interferencijese određuje integraljenjem preko celog opsega nelicenciranog predajnika, kao štose vidi i iz formule No8b.
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
47/54
-
Temperatura interferencije -
kapacitet nelicenciranog korisnika, idealan modelkapacitet nelicenciranog korisnika, idealan model
•
Ukoliko smo našli ograničenja snage nelicenciranog korisnika tako daoni ne smetaju primarnim korisnicima, koristan podatak bi bio odrediti
kapacitet koji u takvom scenariju može očekivati sekundarni korisnik zasvoj servis.
•
Na osnovu Shanonove formule, kapacitet u idealnom modelu
seračuna kao1:
⎟⎟ ⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
++⋅=⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛ +⋅=
L I P P
LP log B
N
S log BC 11 22
gde su:
P : snaga nelicenciranog korisnika L: faktor slabljenja (path loss) između nelicenciranog predajnika i nelicenciranog prijemnika P I
: snaga interferencije
P L
: 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 analiza
potpuno tapotpuno taččna samo kada su primarni signali kaona 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.
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
48/54
-
Temperatura interferencije -
kapacitet nelicenciranog korisnika, idealan modelkapacitet nelicenciranog korisnika, idealan model
•
Kao što je već
predstavljeno u modelu sa početka, u opsegunelicenciranog korisnika [ f c
- B/2, f c
+ B/2] nalazi se i n
licenciranih signala,
čije su radne učestanosti i opsezi f i
i Bi
, respektivno.
•
Za dati opseg B, prema formulama No6 i No7, maksimalna snaganelicenciranog korisnika je:
( )( ) ⎭
⎬⎫
⎩⎨⎧
>
==
0min
0
n , P
n P B , f P
max
maxc
*
α
gde je[ ]
( ) ( )( )⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
−=∈
ii I i Li
n..i B , f T f T
M
kB1
minα
10
11
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
49/54
-
Temperatura interferencije -
kapacitet nelicenciranog korisnika, idealan modelkapacitet nelicenciranog korisnika, idealan model
•
Obzirom da se snaga interferencije P I
i srednja snaga licenciranih
korisnika P L
računaju kao:
( ) ( ) B , f kBT B , f P c I c I =
( ) ∑==n
iiic L B P B B , f P 1
1
kapacitet kanala
nelicenciranog korisnika za idealni model je:
( ) ( )( ) ( ) ⎟
⎟ ⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ +
+⋅= B , f P B , f P
B , f LP log B B , f C c Lc I
c*
c*id 12
12
13
14
P i
: snaga
koja potiče od i-tog linenciranog predajnika na mestu nelicenciranog korisnika Bi: opseg i-tog licenciranog predajnika
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
50/54
-
Temperatura interferencije -
kapacitet nelicenciranog korisnika, generalizovan modelkapacitet nelicenciranog korisnika, generalizovan model
•
U slučaju generalizovanog modela, formula za kapacitet postaje:
( ) ( )( ) ⎟
⎟ ⎠ ⎞
⎜⎜⎝ ⎛ +⋅=
B , f P B , f LP log B B , f C
c I
c*
c* gen 12
gde je P *( f c
,B) maksimalna
snaga
nelicenciranog
korisnika
dobijena
u formuli
No8a:
( ) ( ) ( )( ) B , f T f T M
kB B , f P c I c Lc
* −=
pa kapacitet postaje:
16
15
( ) ( ) ( )( )
( ) ⎟⎟ ⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −+⋅=
B , f MT
B , f T f T Llog B B , f C
c I
c I c L
c
*
gen
12
17
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
51/54
Opseg interferencije
•
Na osnovu prethodnog možemo videti da licencirani i nelicenciranikorisnici mogu koegzistirati u istom osegu i na istoj lokaciji pod uslovomda ukupna interferencija na mestu licenciranog prijemnika ne prelazi
graničnu vrednost temperature intereferencije T L
.
••
Opseg (domet) interferencije (D)Opseg (domet) interferencije (D)
se definiše kao minimalni razmakizmeđu nelicenciranog predajnika i licenciranog prijemnika pri kojemnelicencirani predajnik ne izaziva nedozvoljenu interferencijulicenciranom prijemniku.
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
52/54
Opseg interferencije
••
Opseg (domet) interferencijeOpseg (domet) interferencije
se može dobiti na osnovu:
( )
( ) I S P
P D L P
R L P
+
=Γ1
gde je:
P P
: snaga licenciranog predajnika
P S
: snaga nelicenciranog predajnika
L(R): faktor slabljenja na rastojanju R od predajnikaΓ1
: dati SIR na mestu licenciranog prijemnika na maksimalnom rastojanju R od
licenciranog predajnika
P I
: postojeća interferencija
D: 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
(talasnogoblika npr.) što posledično utiče na izbor talasnog oblika signala kognitivnog radija u
određenom frekvencijskom opsegu.
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
53/54
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
R D L P P min ,u
+=γ
gde je N
snaga šuma.
•
Ukoliko u toku analize spektra odnos SNR primljenog signala sa
licenciranog predajnika bude manji od osetljivosti detekcije, nelicenciranikorisnik može pogrešno zaključiti da je spektar slobodan i započeti svoju
transmisiju.
19
-
8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije
54/54
HvalaHvala
na pana pažžnji!nji!