Ανίχνευση φάσματος και ταυτοποίηση σήματος για συστήματα γνωστικών επικοινωνιών (cognitive radio)
Τα τελευταία χρόνια παρατηρήθηκε μια ραγδαία αύξηση στα ασύρματα συστήματα επικοινωνίας και τις σχετικές εφαρμογές. Μετά από αυτές τις εξελίξεις, το κλασικό σύστημα αδειοδότησης και κατόπιν αποκλειστικής χρήσης του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος οδηγείται στα όριά του, καθώς πλέον πολύ λίγες περιοχές...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2009
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/2392 |
| id |
nemertes-10889-2392 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Ανίχνευση φάσματος Ταυτοποίηση σήματος Γνωστικές επικοινωνίες Συνεργασία Spectrum sensing Signal identification Cognitive radio Cooperation 621.384 |
| spellingShingle |
Ανίχνευση φάσματος Ταυτοποίηση σήματος Γνωστικές επικοινωνίες Συνεργασία Spectrum sensing Signal identification Cognitive radio Cooperation 621.384 Χαχάμπης, Νικόλαος Ανίχνευση φάσματος και ταυτοποίηση σήματος για συστήματα γνωστικών επικοινωνιών (cognitive radio) |
| description |
Τα τελευταία χρόνια παρατηρήθηκε μια ραγδαία αύξηση στα ασύρματα συστήματα επικοινωνίας και τις σχετικές
εφαρμογές. Μετά από αυτές τις εξελίξεις, το κλασικό σύστημα αδειοδότησης και κατόπιν αποκλειστικής χρήσης
του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος οδηγείται στα όριά του, καθώς πλέον πολύ λίγες περιοχές του φάσματος είναι
ελεύθερες. Ωστόσο, αρκετές έρευνες που πραγματοποιήθηκαν από οργανισμούς όπως η Ομοσπονδιακή
Επιτροπή Επικοινωνιών (Federal Communications Commission – FCC) στην Αμερική κατέδειξαν ότι μεγάλες
περιοχές του ήδη αδειοδοτημένου φάσματος παραμένουν ανενεργές για σημαντικά χρονικά διαστήματα σε
ορισμένες γεωγραφικές περιοχές.
Μια νέα επαναστατική τεχνολογία που αποσκοπεί στην αποδοτικότερη χρησιμοποίηση του φάσματος είναι οι
Γνωστικές Επικοινωνίες (Cognitive Radio). Η τεχνολογία αυτή θα υποστηρίζει “έξυπνα” τερματικά τα οποία θα
είναι ενήμερα για το ασύρματο περιβάλλον τους και, ανάλογα με τις επικρατούσες συνθήκες και τις ανάγκες των
χρηστών θα προσαρμόζουν κάποιες παραμέτρους της μετάδοσής τους, με πιο σημαντική την μπάντα
μετάδοσης. Με άλλα λόγια, ένα Cognitive Radio θα ανιχνεύει το φάσμα και θα εντοπίζει φασματικές οπές
(spectrum holes), περιοχές δηλαδή του φάσματος που τη δεδομένη στιγμή δεν χρησιμοποιούνται από τον
πρωταρχικό χρήστη τους, και θα χρησιμοποιεί αυτές τις οπές για να μεταδώσει πληροφορία. Επιπλέον, το
Cognitive Radio θα είναι ικανό να αναγνωρίζει ακριβώς τα συστήματα επικοινωνίας που υπάρχουν γύρω του
(3G, WLAN,...) και θα μπορεί να συνδέεται σε αυτά, εφ' όσον ο χρήστης διαθέτει την κατάλληλη άδεια.
Από τα παραπάνω γίνεται φανερό ότι ένα πολύ σημαντικό κομμάτι των γνωστικών επικοινωνιών είναι η
ανίχνευση του φάσματος (spectrum sensing). Έχουν προταθεί αρκετοί αλγόριθμοι οι οποίοι είτε ανιχνεύουν την
παρουσία πρωτεύοντος χρήστη, είτε κάνουν μια πιο λεπτομερή εκτίμηση του φάσματος αποσκοπώντας στην
ταυτοποίηση του παρόντος τηλεπικοινωνιακού συστήματος. Επίσης ενδιαφέρον παρουσιάζει και η δυνατότητα
συνεργασίας μεταξύ πολλών χρηστών κατά την ανίχνευση, η οποία έχει αποδειχθεί ότι παρέχει ανοσία σε
φαινόμενα όπως multipath fading και shadowing.
Σε αυτή την εργασία μελετάται και υλοποιείται μία τεχνική ανίχνευσης φάσματος και ταυτοποίησης σήματος, η
οποία αξιοποιεί την a priori διαθέσιμη πληροφορία για τα πρωτεύοντα σήματα (εύρος ζώνης, κεντρική
συχνότητα) για να αναγνωρίσει τον τύπο του σήματος. Η τεχνική εφαρμόζεται επίσης σε ένα συνεργατικό
σενάριο, όπου πολλοί δευτερεύοντες χρήστες ανταλλάσσουν πληροφορία με στόχο την ακριβέστερη εκτίμηση
του φάσματος. Διαπιστώνεται ότι η τεχνική καταφέρνει να διακρίνει μεταξύ διαφορετικών σημάτων, ακόμα και
όταν αυτά επικαλύπτονται μερικώς στη συχνότητα. Επιπλέον, η συνεργασία οδηγεί σε μεγαλύτερη πιθανότητα
ανίχνευσης και σε λιγότερα σφάλματα ταυτοποίησης. |
| author2 |
Μπερμπερίδης, Κωνσταντίνος |
| author_facet |
Μπερμπερίδης, Κωνσταντίνος Χαχάμπης, Νικόλαος |
| format |
Thesis |
| author |
Χαχάμπης, Νικόλαος |
| author_sort |
Χαχάμπης, Νικόλαος |
| title |
Ανίχνευση φάσματος και ταυτοποίηση σήματος για συστήματα γνωστικών επικοινωνιών (cognitive radio) |
| title_short |
Ανίχνευση φάσματος και ταυτοποίηση σήματος για συστήματα γνωστικών επικοινωνιών (cognitive radio) |
| title_full |
Ανίχνευση φάσματος και ταυτοποίηση σήματος για συστήματα γνωστικών επικοινωνιών (cognitive radio) |
| title_fullStr |
Ανίχνευση φάσματος και ταυτοποίηση σήματος για συστήματα γνωστικών επικοινωνιών (cognitive radio) |
| title_full_unstemmed |
Ανίχνευση φάσματος και ταυτοποίηση σήματος για συστήματα γνωστικών επικοινωνιών (cognitive radio) |
| title_sort |
ανίχνευση φάσματος και ταυτοποίηση σήματος για συστήματα γνωστικών επικοινωνιών (cognitive radio) |
| publishDate |
2009 |
| url |
http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/2392 |
| work_keys_str_mv |
AT chachampēsnikolaos anichneusēphasmatoskaitautopoiēsēsēmatosgiasystēmatagnōstikōnepikoinōniōncognitiveradio AT chachampēsnikolaos spectrumsensingandsignalidentificationforcognitiveradiosystems |
| _version_ |
1771297159633698816 |
| spelling |
nemertes-10889-23922022-09-05T05:38:08Z Ανίχνευση φάσματος και ταυτοποίηση σήματος για συστήματα γνωστικών επικοινωνιών (cognitive radio) Spectrum sensing and signal identification for cognitive radio systems Χαχάμπης, Νικόλαος Μπερμπερίδης, Κωνσταντίνος Μπερμπερίδης, Κωνσταντίνος Βαρβαρίγος, Εμμανουήλ Ψαράκης, Εμμανουήλ Chachampis, Nikolaos Ανίχνευση φάσματος Ταυτοποίηση σήματος Γνωστικές επικοινωνίες Συνεργασία Spectrum sensing Signal identification Cognitive radio Cooperation 621.384 Τα τελευταία χρόνια παρατηρήθηκε μια ραγδαία αύξηση στα ασύρματα συστήματα επικοινωνίας και τις σχετικές εφαρμογές. Μετά από αυτές τις εξελίξεις, το κλασικό σύστημα αδειοδότησης και κατόπιν αποκλειστικής χρήσης του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος οδηγείται στα όριά του, καθώς πλέον πολύ λίγες περιοχές του φάσματος είναι ελεύθερες. Ωστόσο, αρκετές έρευνες που πραγματοποιήθηκαν από οργανισμούς όπως η Ομοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (Federal Communications Commission – FCC) στην Αμερική κατέδειξαν ότι μεγάλες περιοχές του ήδη αδειοδοτημένου φάσματος παραμένουν ανενεργές για σημαντικά χρονικά διαστήματα σε ορισμένες γεωγραφικές περιοχές. Μια νέα επαναστατική τεχνολογία που αποσκοπεί στην αποδοτικότερη χρησιμοποίηση του φάσματος είναι οι Γνωστικές Επικοινωνίες (Cognitive Radio). Η τεχνολογία αυτή θα υποστηρίζει “έξυπνα” τερματικά τα οποία θα είναι ενήμερα για το ασύρματο περιβάλλον τους και, ανάλογα με τις επικρατούσες συνθήκες και τις ανάγκες των χρηστών θα προσαρμόζουν κάποιες παραμέτρους της μετάδοσής τους, με πιο σημαντική την μπάντα μετάδοσης. Με άλλα λόγια, ένα Cognitive Radio θα ανιχνεύει το φάσμα και θα εντοπίζει φασματικές οπές (spectrum holes), περιοχές δηλαδή του φάσματος που τη δεδομένη στιγμή δεν χρησιμοποιούνται από τον πρωταρχικό χρήστη τους, και θα χρησιμοποιεί αυτές τις οπές για να μεταδώσει πληροφορία. Επιπλέον, το Cognitive Radio θα είναι ικανό να αναγνωρίζει ακριβώς τα συστήματα επικοινωνίας που υπάρχουν γύρω του (3G, WLAN,...) και θα μπορεί να συνδέεται σε αυτά, εφ' όσον ο χρήστης διαθέτει την κατάλληλη άδεια. Από τα παραπάνω γίνεται φανερό ότι ένα πολύ σημαντικό κομμάτι των γνωστικών επικοινωνιών είναι η ανίχνευση του φάσματος (spectrum sensing). Έχουν προταθεί αρκετοί αλγόριθμοι οι οποίοι είτε ανιχνεύουν την παρουσία πρωτεύοντος χρήστη, είτε κάνουν μια πιο λεπτομερή εκτίμηση του φάσματος αποσκοπώντας στην ταυτοποίηση του παρόντος τηλεπικοινωνιακού συστήματος. Επίσης ενδιαφέρον παρουσιάζει και η δυνατότητα συνεργασίας μεταξύ πολλών χρηστών κατά την ανίχνευση, η οποία έχει αποδειχθεί ότι παρέχει ανοσία σε φαινόμενα όπως multipath fading και shadowing. Σε αυτή την εργασία μελετάται και υλοποιείται μία τεχνική ανίχνευσης φάσματος και ταυτοποίησης σήματος, η οποία αξιοποιεί την a priori διαθέσιμη πληροφορία για τα πρωτεύοντα σήματα (εύρος ζώνης, κεντρική συχνότητα) για να αναγνωρίσει τον τύπο του σήματος. Η τεχνική εφαρμόζεται επίσης σε ένα συνεργατικό σενάριο, όπου πολλοί δευτερεύοντες χρήστες ανταλλάσσουν πληροφορία με στόχο την ακριβέστερη εκτίμηση του φάσματος. Διαπιστώνεται ότι η τεχνική καταφέρνει να διακρίνει μεταξύ διαφορετικών σημάτων, ακόμα και όταν αυτά επικαλύπτονται μερικώς στη συχνότητα. Επιπλέον, η συνεργασία οδηγεί σε μεγαλύτερη πιθανότητα ανίχνευσης και σε λιγότερα σφάλματα ταυτοποίησης. In recent years, there has been a rapid increase in the number of wireless telecommunications systems and relevant applications. After these developments, the traditional system of licensing and exclusive use of the radio spectrum is driven to its limits, since very few regions of the spectrum are free anymore. However, a number of measurements performed by organizations such as the Federal Communications Commission (FCC) in the USA have shown that large regions of licensed spectrum remain idle for significant portions of time, in certain geographic areas. Cognitive Radio is a new, revolutionary technology that aims in more efficient use of the spectrum. This technology supports “intelligent” terminals which are aware of their wireless environment and, depending on present circumstances and user needs they can adjust certain parameters of their transmissions, mainly the transmission band. In other words, a Cognitive Radio senses the radio spectrum and detects spectrum holes, i.e. regions of the spectrum that are currently not used by their primary user, and uses these holes to transmit. In addition, Cognitive Radio is expected to be able to identify the communication systems in its environment and connect to them, as long as the user has proper authorization. It then becomes obvious that spectrum sensing is a very important part of Cognitive Radio. A number of algorithms have been proposed that either detect the presence of a primary user, or perform a more detailed estimation of the spectrum in order to accurately identify the current communication standard. The possibility of cooperation between many users during sensing has also attracted interest, since it has proven to provide immunity against channel effects such as multipath fading and shadowing. In this work, a spectrum sensing and signal identification technique is studied and implemented that takes advantage of a priori information available about the primary systems (signal bandwidth, center frequency), in order to characterize the signal type. The technique is also applied to a collaborative scenario, where many secondary users exchange information to more accurately estimate the spectrum. It is seen that this technique is able to distinguish different signals, even when they partially overlap in frequency. Furthermore, it is shown that cooperation leads to a greater probability of detection and a lower identification error rate. 2009-12-14T10:56:13Z 2009-12-14T10:56:13Z 2009-09-16 2009-12-14T10:56:13Z Thesis http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/2392 gr Η ΒΥΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. 0 application/pdf |
