بخشی از مقاله
چکیده
هدف ما در این پژوهش بهکارگیری روشهای نوین در شکلدهی پرتو در شبکههای رادیوشناختگر است. شکلدهندهی پرتو با کاهش تداخل و بهبود ظرفیت سیستم نقش عمدهای در مخابرات بیسیم دارد. با بهکارگیری این روش، سیگنال هر کاربر توسط ایستگاههای پایه تاحد ممکن در راستای گیرنده ارسال شده و بهطور موثر تداخل را در سیستم کاهش میدهد. لازم به توضیح است که اجرای این شیوه، نیازمند داشتن اطلاعاتی برای شکل دادن پرتوآنتنهای فرستنده به بهترین شکل ممکن است تا تداخل کمینه و بهرهی لینک رادیوشناختگر بیشینه شود. این اطلاعات به روشهای گوناگونی در فرستنده دریافت میشود.
هدف ما در این پژوهش بیان روشهای شکلدهی الگو، ارائهی شیوههایی نوین و مبتنی بر سادهسازی اطلاعات برای انجام این فرآیند و در عین حال حفظ نسبی کیفیت سیستم است. در این پژوهش بر مبنای یک ساختار وفقی، به شکل سادهای کل اطلاعات کانال از محل گیرنده به سمت فرستنده ارسال میشود، ضمن اینکه لازم نیست با تغییر کانال، اطلاعات آن به صورت کامل ارسال گردد. با بهکارگیری این اطلاعات در شکلدهی الگو توسط فرستنده، کیفیت سیستم نیز در حد مطلوب و رضایتبخش باقی خواهد ماند. در رویکردی دیگر، از بردار شکلدهندهی الگوی انتشار شبه بهینه با هدف ساده سازی، همگرایی معادلات مطرح شده و از بین بردن محدودیتهای بهوجود آمده، استفاده میکنیم.
-1 مقدمه
طراحی و پیادهسازی لینکهای بدون سیم با سرعت و کیفیت بالا، چالشی است که تحقیقات مخابراتی با آن روبرو است. محبوبیت سیستمهای سلولی، سرویسهای مخابراتی شخصی1 و دیگر سرویسهای مخابراتی نوظهور، از عوامل نیاز به نسل جدیدی از شبکههای مخابراتی میباشند. رشد سریع تقاضا برای سرویسهای در دههی گذشته، رشد چشمگیر تکنولوژی مخابراتی و افزایش تمایل به استفاده از وسایل بیسیم و در پی آن تقاضا برای داشتن نرخهای بالا، نیاز به داشتن طیف الکترومغناطیسی را به نحو چشمگیری افزایش داده است.
منابع موجود طیفی به دلیل نحوهی اختصاص و استفادهی فعلی از طیف، پاسخگوی این نیاز رو به رشد نمیباشند. در حال حاضر سازمانهای جهانی همچون سازمان 2 FCCو سازمان تنظیم مقررات و ارتباطات رادیویی در ایران اقدام به واگذاری طیفها به سازمانهای مختلف و اختصاص آنها برای کاربردهای مختلف میکنند. همچنین طیفهای خاصی را برای کاربردهای همگانی مانند اینترنت و شبکههای سیار اختصاص میدهند. اما با تحقیقات صورت گرفته، مشخص شده است که مشکل کمبود منابع طیفی در سیستمهای مخابراتی کنونی، صرفا یک مشکل ظاهری نبوده و ناشی از سیاستگذاری تخصیص فرکانس بهصورت فعلی میباشد.
واگذاری بخشهای مختلف طیفی یا رزرو نگهداشتن آن برای کاربردهای خاص، موجب میشود که متقاضیان نتوانند از هر طیفی استفاده کنند در صورتیکه بسیاری از صاحبان طیف، بخشهای بزرگی از یک طیف را بهکار نمیگیرند و یا طیفها را در مکان جغرافیایی کوچک و خاصی استفاده میکنند. این امر موجب کارایی بسیار پایین طیف در برخی از فرکانسها و ازدحام کاری در فرکانسهای دیگر بهویژه فرکانسهای عمومی مانند فرکانسهای مورد استفاده در شبکهی سیار میشود. بهعنوان مثال همانطورکه در شکل - - 2-1 نشان داده شده است، قسمت زیادی از طیف بدون استفاده مانده است.
شکل:2-1 میزان استفاده از باندهای مختلف در طیف فرکانسی
اگرچه در گذشته سیاستهای اختصاص ثابت طیف، به خوبی در خدمت کاربران بود اما امروزه با افزایش دستیابی سرویسهای بیسیم به طیف محدود، دیگر سیاستهای ثابت دسترسی به طیف، کارایی ندارد. به همین دلیل، مراکز تحقیقاتی، رگولاتوری و صنعتی بهدنبال یافتن روشی موثرتر برای به اشتراک گذاشتن طیف هستند. در این راستا رادیوشناختگر بهعنوان یک فناوری مناسب برای افزایش بهرهوری طیفی بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
-3-1 رادیوشناختگر
رادیوشناختگر مفهومی برای مخابرات بیسیم است که طبق آن یک شبکه یا یک گرهی بیسیم، پارامترهای ارسال و دریافت خود را بهگونهای تغییر میدهد که علاوه بر تامین کیفیت سرویس برای کاربران خود، به صورت همزمان تداخل با کاربران مجاز را کاهش دهد. بهعبارت دیگر تکنولوژی رادیوشناختگر با آگاهی از شرایط محیطی اجازهی دسترسی به طیف به صورت فرصتطلبانه را میدهد.کاربران رادیوشناختگر که از آنها به عنوان کاربران ثانویه3 یاد میکنیم، توانایی استفاده از طیف کاربران اولیه4 را در مکان و یا زمان خاصی، دارند در حالیکه کاربران اولیه دارای مجوز بهرهگیری از طیف بهصورت مطلق هستند.
رادیوشناختگر قابلیت استفاده از طیف موقتا آزاد، که به آن فضای سفید5 یا شکاف طیفی6 گفته میشود، را دارد. اگر این باند با کاربر مجاز اشغال شود، رادیوشناختگر به طیف خالی دیگری میرود یا در همان باند میماند، اما در میزان توان ارسالی، نوع مدولاسیون و یا الگوی انتشار، تغییراتی در جهت کاهش تداخل بوجود میآورد. همانطور که در شکل - - 3-1 نشان داده شده است رادیوشناختگر شکافهای فرکانسی را از طریق دسترسی پویا مورد استفاده قرار میدهد.
شکل :3-1 مفهوم شکاف فرکانسی
در واقع رادیوشناختگر فناوری کلیدی است که میتواند بهرهگیری از طیف رادیویی را از طریق دسترسی پویا به طیف بهبود بخشد، بدون اینکه تداخل مخربی برای مالکان اصلی طیف و سایرفناوریها ایجاد نماید.
یک دهه رویکرد در راستای توسعه و به رسمیت بخشیدن به رادیوهایی که با تغییرات محیط، مشخصههای رادیویی خود را تغییر میدهند، منجر به ایجاد الگوهای جدید و متنوع بهینهسازی شدهاند. الگوهایی که منجر به کارآیی بالاتر طیف میشوند، ارتباطی معتبرتر فراهم میآورند، از ایجاد تداخلات آسیبرسان جلوگیری میکنند و همکاری همزمان شبکههای مخابراتی را ممکن میسازند.
در حال حاضر بعضی از تکنولوژیهای ابتدایی رادیوشناختگر - مانند انطباق در توان ارسال و انتخاب پویای کانال در پاسخ به تغییرات محیط رادیویی - در تعداد اندکی از شبکههای سیار موجود مانند شبکههای سلولی، تلفنهای بیسیم و شبکههای سیار محلی بهکار گرفته شدهاند. آگاهی از وضعیت به صورت جامع و توانایی یادگیری بهصورت هوشمند، دو مشخصهی اساسی رادیوشناختگرهای آینده میباشد که توسط رادیوهای کنونی مورد استفاده قرار نگرفتهاند. انتظار میرود که رادیوشناختگرها محرکهی نسل بعدی ادوات رادیویی و به نوعی تعریفگر استانداردها برای واقعیت بخشیدن به تعدادی از کاربردهای جدید رادیویی در محیطهای مورد تقاضا باشند.
از تعریف رادیوشناختگر به دو ویژگی توانایی شناخت و توانایی پیکربندی پی میبریم، اکنون به شرح مختصری از این دو ویژگی میپردازیم.
- توانایی شناخت: یک رادیوشناختگر، توانایی عکسالعمل بلادرنگ به محیط اطرافش را دارد، تا پارامترهای مناسب مخابراتی را مشخص کند و با محیط رادیویی پویا و متغیر وفق داده شود. شناخت متشکل از سه مرحله است: درک و دریافت طیف، تجزیه و تحلیل طیف و تصمیمگیری طیف.
