خلاصه

شبکههای رادیو شناختمند به عنوان راه حلی برای مسائل استفاده غیر بهینه از طیف و نیز کمیاب بودن طیف فرکانسی مطرح شدند. با این وجود، با چالشهای ویژهای به دلیل طبیعت نوسانی باندهای غیر همگن و همچنین نیازهای خدمات متفاوت کاربردهای مختلف، مواجه هستند. در روشی که بررسی میشود، یک چارچوب تخصیص طیف پیشنهاد شده است تا یک مجموعه از باندهای فرکانسی را با در نظر گرفتن نیازهای کاربرد و همچنین طبیعت دینامیک باندهای فرکانسی، تعیین کند. برای این منظور، هر طیف با در نظر گرفتن فعالیت کاربران اصلی و عملیات سنجش طیف، توصیف میشود. بر این اساس، یک تخصیص طیف حداکثر ظرفیت، برای کاربردهای بهترین تلاش، پیشنهاد شده است که باندهای فرکانسی را بر اساس حداکثر کردن ظرفیت کل شبکه، انجام میدهد. در این مقاله، این طرح یررسی و شبیهسازی شده و یک الگوریتم تخصیص ثصادفی وزندار برای بهبود نتیج حاصل از آن پیشنهاد میشود.

کلمات کلیدی: شبکههای رادیو شناختمند، تخصیص طیف، توصیف، کاربرد بهترین تلاش، تخصیص طیف حداکثر ظرفیت، تخصیص تصادفی وزندار

.۱ مقدمه

شبکههای بیسیم امروزی با یک سیاست تخصیص طیف استاتیک معرفی میشوند. اخیرا به دلیل افزایش تقاضا برای طیف، این سیاست با کمبود طیف در باندهای خاص مواجه شده است. از طرف دیگر، یک بخش بزرگ از طیف تخصیص داده شده، به صورت گاه به گاه استفاده میشود که منجر به بهرهبرداری ناکارا از یک بخش بزرگ از طیف فرکانسی میشود .[۱] بنابراین، تکنولوژیهای دسترسی دینامیک طیف، برای حل این مشکل توسعه داده شدهاند.
رادیو شناختمند (Cognitive Radio, CR)، تکنولوژی کلیدی برای دسترسی دینامیک طیف است که قابلیت اشتراکگذاری طیف فرکانسی با کاربران اصلی را به یک روش فرصتطلبانه فراهم میآورد .[۲] شبکههای رادیو شناختگر برای فراهم کردن پهنایباند بالا برای کاربران سیار، بوسیله معماریهای بیسیم ناهمگون و تکنولوژیهای دسترسی دینامیک طیف، در نظر گرفته شدهاند. با این وجود، شبکههای CR با چالشهای

۱دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی شیراز
۲ استادیار دانشگاه صنعتی شیراز

۳ استادیار دانشگاه صنعتی شیراز

۱

EleMechConf.ir

دومین همایش ملی پژوهش های کاربردی در »مهندسی برق، مکانیک و مکاترونیک«
۲nd National Conference on Applied Researches in Electrical, Mechanical and Mechatronics Engineering

ویژهای به دلیل نوسان بالا در پهنایباند موجود و همچنینی نیازهای کیفیت سرویس متفاوت کاربران مختلف، مواجه هستند. برای حل این مسائل، شبکه-های CR باید ابتدا تعیین کنند چه بخشهایی از طیف، در دسترس هستند، که سنجش طیف۱ نامیده میشود [۳] و .[۴] علاوه بر این، چگونگی هماهنگسازی چندید کاربر CR برای به اشتراکگذاری طیف، که اشتراکگذاری طیف۲ نامیده میشود، موضوع مهم دیگری در شبکههای CR است [۵] و .[۶] یکی از عملکردهای اصلی رادیو شناختمند، تصمیمگیری طیف۳ است، که با توجه نیازهای کیفیت خدمات کاربران، باید کار تخصیص طیف فرکانسی به کاربران را روی یک شبکه با باندهای ناهمگون انجام دهد. در این مقاله یکی از الگوریتمهای ارائه شده در این زمینه [۷] بررسی میگردد و روشی برای بهبود آن روی شبکه مورد نظر، ارائه میشود.

.۲ مدل سیستم

در این طرح، یک شبکه رادیو شناختمند در نظر گرفته میشود که یک موجودیت مرکزی، مانند یک ایستگاه پایه مرکزی، دارد. ایستگاه پایه، کنترل خود را روی تمام کاربران رادیو شناختمند که در محدوده ارسال آن قرار دارند، اعمال میکند. کاربران رادیو شناختمند عملیات مشاهده و تحلیل محیط رادیویی را انجام میدهند و اطلاعات خود را به ایستگاه پایه مرکزی میرسانند و ایستگاه پایه درباره وجود طیف و تخصیص طیف، تصمیم میگیرد. هر کاربر رادیو شناختمند، چند فرستنده/گیرنده رادیویی نرمافزاری دارد تا از چندین باند فرکانسی، روی یک محدوده وسیع فرکانسی، بوسیله پیکربندی مجدد فرکانس عملیاتی، از طریق عملیات نرمافزاری بهره ببرد. در اینجا، فرض بر استفاده از سیستمهای تقسیم فرکانسی دوجهته (FDD) است، که در آنها کانالهای اتصال بالا و اتصال پایین مجزا هستند. بنابراین، طرح تخصیص پیشنهادی، روی هر لینک به صورت جداگانه اعمال میشود.

وقتی کاربران اصلی روی یک باند ظاهر میشوند، کاربران CR نیاز دارند تا به یک باند جدید در دسترس جا به جا شوند، که منجر به یک قطعی اتصال موقت میشود. برای حل این مشکل، در اینجا فرض میشود چند باند فرکانسی غیر پیوسته میتواند برای ارسال در شبکه CR مورد استفاده قرار گیرد. این روش میتواند سیگنالی را تولید کند که نه تنها قادر به توان عملیاتی بالا در ارسال دادهها است، بلکه در برابر فعالیت کاربر اصلی نیز ایمن است. حتی اگر یک کاربر اصلی روی یکی از کانالهای موجود ظاهر شود، باقی کانالها ارسالات فعلی را حفظ خواهند کرد.

کانال کنترلی نقش مهمی را در تبادل اطلاعات ، با در نظر گرفتن سنجش طیف و تخصیص منبع انجام میدهد . روشهای مختلفی برای این کار پیشنهاد شده است . یکی از این روش ها که در آن یک کانال کنترلی مشترک مورد استفاده قرار میگیرد ، در این مدل استفاده شده است .

.۳ توصیف طیف

برای تعیین صحیح باند فرکانسی، شناسایی مشخصات هر طیف ضروری است. برای این منظور، در این قسمت فعالیت کاربر اصلی تعریف میشود و بر طبق آن یک مدل ظرفیت CR پیشنهاد می شود.

۱٫۳ فعالیت کاربر اصلی

برای یک بهرهبرداری بهینه از یک طیف، شبکه رادیو شناختمند نیاز دارد تا از خصوصیات ترافیکی شبکههای اصلی در هر طیف آگاهی داشته باشد، که فعالیت کاربر اصلی نامیده میشود. فعالیت کاربر اصلی میتواند به صورت فواصل بین ورود توزیع شده نمایی، مدل شود. در این مدل، فعالیت کاربر اصلی در طیف i، به عنوان یک فرآیند دو مرحلهای تولد– مرگ؛ با نرخ مرگ و نرخ تولد ، تعریف میشود. یک وضعیت مشغول (ON)، دورهای را نشان میدهد که به وسیله کاربران اصلی استفاده میشود. و یک وضعیت بیکار (OFF)، دوره بلا استفاده را نشان میدهد.

۱ Spectrum Sensing 2 Spectrum sharing 3 Spectrum Decision

۲

EleMechConf.ir

دومین همایش ملی پژوهش های کاربردی در »مهندسی برق، مکانیک و مکاترونیک«
۲nd National Conference on Applied Researches in Electrical, Mechanical and Mechatronics Engineering

۲٫۳ مدل ظرفیت رادیو شناختمند

در شبکه رادیو شناختمند، باندهای فرکانسی موجود، پیوسته نیستند و ممکن است روی یک محدوده فرکانسی وسیع با یک پهنای باند متفاوت، توزیع شده باشند. به منظور کاربری انعطافپذیرتر باندهای فرکانسی ناهمگون، یک تقسیم فرکانسی متعامد (OFDM) به عنوان تکنولوژی لایه فیزیکی به کار برده میشود، که در آن هر طیف فرکانسی i، یک پهنای باند