SoCoR
Strategien für kooperatives Spektrumsabtastung in kognitiven Funknetzen
| Laufzeit: | 01.04.2012 - 31.03.2015 |
| Leitung: | Prof. Dr.-Ing. Horst Hellbrück |
| Mitarbeiter: | Tahir Akram, M.Sc. |
Motivation
Die Nachfrage nach Datenübertragungsraten für drahtlose Anwendungen ist seit jeher gestiegen und wird sich auch in Zukunft fortsetzen. Das verfügbare Spektrum ist jedoch begrenzt, und außerdem zeigen die neuesten Forschungsergebnisse, dass wir die Kanalkapazität der drahtlosen Verbindung schon bald erreicht haben. Daher arbeiten Forscher an alternativen Möglichkeiten, um der steigenden Nachfrage nach Datenübertragungsraten gerecht zu werden. Cognitive Radio ist einer der Forschungsbereiche, die in den letzten zehn Jahren im Mittelpunkt standen. Ein interessanter Frequenzbereich in diesem Zusammenhang ist das ISM 2,4 GHz-Band, das ziemlich überfüllt ist. Dieses Frequenzband wird auch für drahtlose medizinische Anwendungen genutzt, die hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit stellen. Daher sind neue Schemata, Algorithmen und Ansätze für die Frequenzsensibilisierung und -erkennung erforderlich, um eine effizientere und störungsärmere Frequenznutzung zu gewährleisten.
Ziel
In diesem Forschungsprojekt werden kooperative Spectrum Sensing-Ansätze und -Strategien entwickelt, um das Spektrum innerhalb einer verteilten Topologie für medizinische Anwendungen zu nutzen. Ziel ist die Implementierung eines Prototyps auf Basis von Software Defined Radio zur Minimierung von Interferenzen und Störungen bei gleichzeitiger Verbesserung der Spektrumsnutzung.
Ansatz
Das Grundprinzip der CR-Technologie besteht darin, dem Funkgerät Intelligenz zu verleihen. Die CR kann ihre Übertragungsparameter selbständig an die Umgebung anpassen und die teure Funkbandbreite effizienter nutzen, ohne andere zu stören. Die Erkennung von ungenutzten Frequenzbändern zu einem bestimmten Zeitpunkt erfolgt mit Hilfe von Spectrum Sensing-Techniken. Die Hauptschwierigkeit bei der Genauigkeit der Leistung von Spectrum-Sensing-Techniken ist auf das Vorhandensein von Mehrwegeffekten, Abschattung, Empfängerrauschen und Energieverbrauch zurückzuführen. Cooperative Sensing ist eine der Diversitätstechniken zur Verbesserung der Erfassungsleistung von CR. Die CRs tauschen ihre lokalen Frequenzbelegungsinformationen aus, um ein besseres Verständnis der Frequenznutzungssituation zu erhalten. Die größten Herausforderungen beim kooperativen Sensing sind:
- Wie ein gemeinsamer Kontrollkanal zwischen kooperierenden Knoten aufgebaut werden kann.
- Wie man einen Konsens über die Belegung des Spektrums zwischen den kooperierenden Knotenpunkten erreichen kann.
Die kooperativen Erfassungssysteme sind auch mit Mehrkosten aufgrund des Kontrollkanals verbunden. Daher ist die Entwicklung effizienter kooperativer Erfassungssysteme unter Berücksichtigung verschiedener QoS-Anforderungen immer noch eine offene Forschungsfrage.
Die kognitive Maschine (Cognitive Engine, CE) ist das Gehirn der CRs, das die Zielfunktion mit verschiedenen Zielen optimiert, nämlich Stromverbrauch, Interferenz, Durchsatz und Latenz usw. Die CE versucht, dieses Ziel mit Hilfe des Lernens aus der Umgebung zu erreichen und wählt verschiedene Parameter mit Hilfe eines schichtenübergreifenden Ansatzes aus. In diesem Zusammenhang ist Software Defined Radio eine der Grundlagentechnologien für die Implementierung von CR auf der Hardware. Daher wird ein Prototypsystem entwickelt, das das CE und die entwickelten kooperativen Strategien und Algorithmen implementiert.
