spektralne supljine i temperatura interferencije

8/20/2019 Spektralne Supljine i Temperatura Interferencije

1/54


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.


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.


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


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


6/54

Kognitivni radio

-


•

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.


7/54

Kognitivni radio-


•

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).


8/54

Kognitivni radio-

vremenske i prostorne spektralne šupljine -

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


9/54

Kognitivni radio-


•

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.


10/54

Kognitivni radio-


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).


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


12/54


13/54

Kognitivni radio-


•

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


14/54

Kognitivni radio-


•

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


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


16/54

Kognitivni radio-


•

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


17/54

Kognitivni radio-


•

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


18/54

Kognitivni radio-


•

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


19/54

Model temperature 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).


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.


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).


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.


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

⇒↑⇒↑⎟ ⎠ ⎞⎜

⎝ ⎛

+⇒↓


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


26/54


27/54

Rastojanje od licenciranog predajnika

TL

-



28/54

-


•

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.


29/54

-


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


30/54

-


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.


31/54

-


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


32/54

-


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


33/54

-



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).


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


35/54

-



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 ).


36/54

-


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.


37/54

-


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...):


38/54

-


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.


39/54

-


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.


40/54


41/54


42/54

-


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.


43/54

-


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


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


45/54

-


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


46/54

-


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.


47/54

-


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.


48/54

-



•

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


49/54

-



•

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


50/54

-


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


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.


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.


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


54/54

HvalaHvala

na pana pažžnji!nji!

spektralne supljine i temperatura interferencije

Documents