1. WSTĘP W ostatnim czasie obserwuje się gwałtowny wzrost ilości przesyłanych danych w systemach radiokomunikacji. Nieustanny wzrost zapotrzebowania na coraz wyższe przepustowości przesyłanych danych są zasadniczą motywacją do prowadzenia prac nad nowymi metodami zarządzania brakującymi zasobami widmowymi. Chociaż liczba dostępnych pasm częstotliwości, które mogą zostać użyte dla potrzeb nowych systemów, jest niewielka, to pomiary wykonane w różnych miejscach świata wykazały, że pasma częstotliwości przypisane tym systemom są znacząco niewykorzystane. Ta obserwacja jest podstawową motywacją koncepcji znanej jako radio kognitywne, zaproponowanej przez J. Mitolę III. Technologia radia kognitywnego została zaproponowana w istocie jako rozwiązanie zwiększające efektywność wykorzystania widma, umożliwia bowiem oportunistyczny dostęp do tymczasowo nieużywanych pasm częstotliwości, pod warunkiem, że obecność tzw. użytkownika pierwotnego zostanie wykluczona. Ten cel jest obecnie realizowany na dwa sposoby: i) na podstawie wiedzy o aktywności użytkownika pierwotnego (przechowywanej na przykład w bazach danych), ii) na podstawie pomiarów obecności użytkownika pierwotnego, prowadzonych w czasie rzeczywistym, znanych jako detekcja zajętości zasobów widmowych. Drugie rozwiązanie zostało wstępnie ujęte w systemach radia kognitywnego jako wiodące, jednak z uwagi na przedłużające się nierozwiązane kwestie w implementacji metod detekcji, zainteresowanie bazami danych przybrało na znaczeniu. Badania nad detekcją widma są ciągle niezbędne z uwagi na potrzebę posiadania aktualnych informacji, szczególnie w sytuacjach gdy niepewność pojawienia się sygnału licencjonowanego jest duża, np. gdy występują mikrofony bezprzewodowe. Zainteresowanie detekcją zajętości zasobów widmowych może być obserwowane w prowadzonych działaniach standaryzacyjnych. Na przykład grupa robocza IEEE 1900.6 zajmuje się standaryzacją użytkowania informacji uzyskanych[...]

  Jednym z podstawowych wymagań stawianych terminalom radia kognitywnego [1] jest możliwość wykrywania obecności sygnału innego użytkownika (głównie licencjonowanego, ale także wtórnego) w wybranym pasmie częstotliwościowym [2]. Terminal, stosując wybrany algorytm wykrywania sygnału w widmie częstotliwościowym (sensing) powinien móc podjąć decyzję o zajętości wybranego pasma częstotliwościowego na zadanym poziomie wiarygodności opisanym za pomocą tzw. prawdopodobieństwa detekcji i fałszywego alarmu. W literaturze przedmiotu można odnaleźć liczne publikacje, przedstawiające wielorakie algorytmy wykrywania sygnału użytkownika pierwotnego [3]. W zależności od przyjętych założeń, algorytmy te mają mniejszą lub większą złożoność obliczeniową lub charakteryzują się lepszą bądź gorszą efektywnością. Najpopularniejszą klasą algorytmów są rozwiązania oparte na detekcji energii. I choć największą wadą tej grupy algorytmów jest ich stosunkowo niewielka efektywność, to cechuje je nieduża złożoność obliczeniowa. Dodatkowo do rozpoczęcia procedury wykrywania sygnału nie wymaga się żadnej wiedzy o badanym sygnale. Jeżeli jednak terminal radia kognitywnego ma dodatkowe informacje na temat wykrywanego sygnału, istnieje możliwość zastosowania skuteczniejszych rozwiązań. Mogą one opierać się np. na obserwacji cyklicznych zmian poszczególnych parametrów sygnału (cyklostacjonarności), na większej lub mniejszej znajomości struktury poszukiwanego sygnału czy szeroko rozumianych własnościach korelacyjnych [4]. Niezależnie od wybranej metody skuteczność danego rozwiązania zwiększa się, np. zwiększając częstotliwość próbkowania czy przedłużając czas obserwacji, a także stosując technikę MIMO [5] oraz wykorzystując dywersyfikację przestrzenną. W ostatnim przypadku zazwyczaj rozważa się użycie kilku terminali radia kognitywnego do wykrycia sygnału, stwarzając przez to możliwość rozwiązania znanego, aczkolwiek bardzo poważnego, problemu terminala ukryteg[...]

  W pracy przeanalizowano zużycie energii w sieci trzech węzłów realizujących detekcję zajętości pasma i przekazujących stosowną informację do węzła zbiorczego. Wykonano analizę jakości detekcji i zużycia energii dla różnych konfiguracji urządzeń. Pokazano, że wybranie jedynie części urządzeń realizujących tę detekcję pozwala zwiększyć oszczędność energetyczną, przy ryzyku obniżonej jakości detekcji. Badania symulacyjne dowiodły, że liczba węzłów koniecznych do zapewnienia wysokiej jakości detekcji zależy od jakości łącza i odległości od węzła zbiorczego oraz od użytkownika licencjonowanego.1 1. WSTĘP Dynamiczny wzrost liczby urządzeń mobilnych, połączeń przez nie wykonywanych, jak i wzrost liczby użytkowników mobilnych leży u podstaw rosnącego zapotrzebowania na transmisję bezprzewodową. W prognozie firmy Cisco [1] przewiduje sęi , że w latach 2014- 2019 nastąpi dziesięciokrotny wzrost ruchu w sieciach mobilnych. Spowoduje to jednocześnie deficyt pasma radiowego, co jest istotną podstawą poszukiwania nowych sposobów elastycznego i efektywnego wykorzystania tego pasma. U podstaw radia kognitywnego, będącego odpowiedzią na rosnące zapotrzebowanie na zasoby widmowe, leży obserwacja, że obecnie wiele pasm częstotliwości jest zajętych w małym stopniu. Pomiary wykonane w budynku Wydziału Elektroniki i Telekomunikacji Politechniki Poznańskiej wykazały, że dla częstotliwości radiowych z przedziału 75-3000 MHz średnia zajętość pasm wynosi jedynie 27% [2]. W radiu kognitywnym dopuszcza się pożytkowanie pasm przypisanych użytkownikom licencjonowanym (tzw. użytkownikom pierwotnym, ang. Primary User - PU). Użytkownik radia kognitywnego (tzw. użytkownik wtórny SU) jest jednak zobowiązany, aby z wysokim poziomem wiarygodności ocenić czy PU transmituje sygnał w określonym paśmie. Jeśli tak, to transmisja SU jest niemożliwa w tym paśmie, w przeciwnym przypadku, SU może je zająć i rozpocząć transmisję, zapewniając ochronę PU poprzez min[...]

  W artykule przedstawiono model kooperacyjnej detekcji sygnałów, gdzie węzły kognitywne współpracują celem maksymalizacji wiarygodności decyzji o zajętości widma. Zbadano oszczędność energetyczną kooperacyjnej detekcji z udziałem węzłów pośredniczących. W badaniach symulacyjnych sprawdzono wpływ położenia węzła zbiorczego oraz koncentracji węzłów na oszczędność energetyczną. Postarano się odpowiedzieć na pytanie czy stosowanie przekaźników jest oszczędne energetycznie.1 1. WSTĘP Gwałtowny wzrost wolumenu przesyłanych danych w sieciach mobilnych, jak również wzrost liczby urządzeń przenośnych został przedstawiony w prognozie firmy Cisco [1]. Przewiduje się w niej, że w latach 2014- 2019 ilość przesyłanych danych mobilnych wzrośnie niespełna 10 razy a liczba urządzeń transmitujących te dane wzrośnie o 4 miliardy. Wynika z tego ogromny wzrost pojemności sieci, niemożliwy do obsłużenia za pomocą istniejącej infrastruktury oraz aktualnych systemów. Jednym z pomysłów na zapewnienie łączności rosnącej liczbie terminali o rosnących potrzebach jest przydzielenie nowych porcji pasma częstotliwości. Duże nadzieje są wiązane ze Światową Konferencją Radiokomunikacji (WRC) planowaną na listopad 2015 r., na której mogą zostać podjęte decyzje dotyczące alokacji nowych pasm częstotliwości [2]. Szczególnym zainteresowaniem cieszy się decyzja ws. alokacji pasma częstotliwości dla tzw. milimetrowych długości fali tj. w pasmie 60 GHz. Jednakże tak wysoka częstotliwość pozwala na propagację sygnału na nieduże odległości, jej stosowanie jest rozważane przede wszystkim dla komunikacji wewnątrz budynków. Ponadto, wymagana jest poprawa pojemności systemu w paśmie poniżej 6 GHz. Jednym z rozważanych rozwiązań jest idea radia kognitywnego, czyli ponownego wykorzystania niezajętych pasm częstotliwości. W pomiarach widma w zakresie 75 MHz - 3 GHz prowadzonych na Wydziale Elektroniki i Telekomunikacji Politechniki Poznańskiej wykazano, że zajętość p[...]

  FUZZY LOGIC IN THE OPTIMISATION PROCESS OF THE ENERGY-EFFICIENT COOPERATIVE SPECTRUM SENSING Streszczenie: W artykule przedstawiono analizę oszczędności energetycznej kooperacyjnej detekcji sygnałów. W tym celu sprecyzowano zestaw kryteriów oddziałujących na oszczędność energetyczną. W analizie zastosowano także narzędzia dostępne w logice rozmytej takie jak macierz zależności oraz wykres rozetowy. Zdefiniowano dwa praktyczne przypadki testowe i z wykorzystaniem omówionych narzędzi przeanalizowano ich oszczędność energetyczną.1 Abstract: In the article the energy-efficiency analysis of the cooperative spectrum sensing is presented. To this end, the set of energy-efficiency based criteria have been created. Moreover, the fuzzy-logic based tools have been incorporated, such as dependency matrix and rose chart. Two practical use cases have been defined and used for further energy efficiency analysis. Słowa kluczowe: logika rozmyta, radio kognitywne, kooperacyjne wykrywanie widma, oszczędność energetyczna. Keywords: fuzzy logic, cognitive radio, cooperative spectrum sensing, energy efficiency. 1. WSTĘP Radio kognitywne, będące odpowiedzią na rosnące zapotrzebowanie na zasoby widmowe, pozwala na korzystanie z niezajętych pasm częstotliwości. W tym celu konieczne jest przeprowadzenie detekcji sygnałów nadawanych w określonym paśmie. Dowiedziono jednak, że pojedynczy użytkownik nie może zapewnić wymaganej wiarygodności detekcji ze względu na zaniki sygnału, wskutek wielodrogowej propagacji [2]. Dlatego zaproponowano wariant kooperacyjny, w którym węzły, poprzez wymianę informacji, wpływają na decyzję globalną o dostępności nielicencjonowanego pasma. Związane z tym przetwarzanie sygnałów, ilość przesyłanych wiadomości oraz konieczność organizacji sieci powodują, że kooperacyjna detekcja sygnałów (CSS - ang. cooperative spectrum sensing) cechuje się wysokim zużyciem energii. Obecnie obserwuje się wysokie zainteresowanie tym zag[...]

  W obliczu nieustannie rosnącego zapotrzebowania na coraz wyższe przepustowości transmisji bezprzewodowej wiodącym wyzwaniem stało się poszukiwanie zasobów częstotliwościowych. Jednakże, wiele pasm częstotliwości cechuje niewysokie wykorzystanie, co pokazały wykonane pomiary [5]. Ta obserwacja stała się inspiracją do powstania idei znanej pod nazwą radia kognitywnego. Umożliwia ona dostęp do licencjonowanych zasobów częstotliwościowych pod warunkiem, że są one niezajęte przez użytkownika do tego uprawnionego. Dlatego kluczowym aspektem radia kognitywnego jest detekcja zajętości zasobów widmowych z zapewnieniem wiarygodnej oceny zajętości zasobów widmowych. Dowiedziono, że pojedynczy użytkownik nie zawsze zapewni wymagany poziom detekcji, dlatego konieczna 1 Praca powstała w ramach projektu "EcoNets" finansowanego ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji numer DEC-2013/11/B/ST7/01168. jest współpraca węzłów i wymiana informacji w kooperacyjnej detekcji [7]. Im większa bowiem liczba węzłów uczestniczy w kooperacyjnej detekcji, tym wyższa jakość detekcji zasobów widmowych. Dlatego gdy liczba węzłów uczestniczących w kooperacyjnej detekcji wzrasta, jakość detekcji się zwiększa. Można zatem sformułować następujący kompromis: wzrost liczby węzłów w kooperacyjnej detekcji implikuje wzrost jakości detekcji, ale także wzrost ilości danych koniecznych do przesłania. Aby zmniejszyć obciążenie systemu z powodu liczby wymienionych wiadomości, korzystnie jest przydzielić węzły do grup, tzw. klastrów. Węzły przydzielone do danej grupy, przesyłają informacje detekcji do nadrzędnego węzła (tzw. cluster head), ten natomiast przesyła informację zbiorczą do centrum zbiorczego całej sieci. Dzięki temu liczba oraz długość łączy raportowania zostaje zmniejszona i tym samym koszt energetyczny zostaje ograniczony. W procesie grupowania węzłów są istotne dwa wyzwania: i) jakie kryterium ma stanowić istotę grupowania, [...]