Święty Graal komunikacji bezprzewodowej

IEEE 802.22 (Grupa Robocza IEEE 802 dotycząca bezprzewodowych sieci regionalnychhttp://www.ieee802.org/22/ ) to pierwszy techniczny standard powstały w 2005 r. (formalnie jeszcze nie zatwierdzony), którego zadaniem jest skonstruowanie protokołów sieci bezprzewodowych pracujących na częstotliwościach przeznaczonych dla telewizji. Ponieważ wiele kanałów w Stanach Zjednoczonych pomimo przydzielenia dla nadawców nie jest wykorzystywane (taka sama sytuacja występuje w Europie), FCC (Federalna Komisja Komunizacji w USA) postanowiła w 2000 r. otworzyć pasma telewizyjne dla ogółu użytkowników. Ponieważ wiele kanałów jest jednak wciąż używane, głównym celem standardu jest opracowanie procedur optymalnej detekcji nadajników telewizyjnych. Docelowo standard (którego specyfikacja jak do tej pory ma ponad 300 stron) ma określać sposób działania sieci w pasmie 54-862 MHz. IEEE 802.22 ma wykorzystywać możliwe kanały częstotliwościowe, jak również pasma ochronne pomiędzy poszczególnymi kanałami.

Ponieważ protokół przeznaczony jest dla sieci regionalnych, jego działanie będzie ograniczone do sieci typu punkt-wiele punktów. Stacja bazowa będzie bezprzewodowo łączyć się z wieloma punktami dostępowymi (Access Points, zwanymi również Customer Premises Equipment), wykorzystując pasma telewizyjne. Stacja bazowa, jak również punkty dostępowe będą w określonych odstępach czasu sprawdzać, czy dany kanał jest zajęty. Pomiar taki będzie oparty na zmierzeniu wartości energii wpływającej do układu odbiorczego punktów dostępowych. Przypuszcza się, że pomiar taki może również sprawdzać charakterystyki odbieranego sygnału (typ modulacji, kształt widma itd.). Po dokonaniu pomiarów punkty dostępowe powinny przesłać wynik pomiarów z powrotem do stacji bazowej, która po odebraniu pomiarów od innych punktów dokona decyzji, czy dany kanał jest wolny. Ponieważ ochrona sygnału telewizyjnego przed zakłóceniami jest priorytetem dla IEEE 802.22, by móc jeszcze dokładniej dokonywać pomiarów, stacje bazowe mogą być zaopatrzone w odbiorniki GPS, które określą miejsce danej stacji bazowej. Stacja bazowa po połączeniu z dedykowaną bazą danych regulatora pasma radiowego będzie mogła określić, które kanały w danym miejscu są wolne. Nie rozwiązuje to jednak problemu całkowicie. Należy pamiętać, że w pasmie telewizyjnym działają również inne urządzenia, takie jak bezprzewodowe mikrofony (szczególnie popularne w USA, np. podczas meczów futbolu amerykańskiego, gdy trener przesyła bezprzewodowo polecenia do zawodników, mających odbiorniki w hełmach). Te będzie trzeba wykrywać za pomocą lokalnych pomiarów opisanych wcześniej. Na poziome warstwy fizycznej IEEE 802.22 będzie wykorzystywać klasyczną już modulację OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Szerokość kanału telewizyjnego i zastosowana modulacja pozwolą na transfer danych z przepływnością 19 Mb/s na dystansie ponad 30 km.

Kierunek rozwoju sieci radiowych

Kierunek rozwoju sieci radiowych

Przykładem standardu, który dopasowuje się do liberalizacji dostępu do pasma radiowego, jest powstanie grupy roboczej IEEE 802.11y. W czerwcu 2005 r. FCC uwolniła pasmo 3,65-3,7 GHz, które uprzednio było zarezerwowane dla sieci satelitarnych. Celem standardu IEEE 802.11y będzie określenie właściwych mechanizmów przeciwdziałania interferencjom (pomimo uwolnienia kanału do publicznego użytku nadal będą pracować w tym zakresie częstotliwości sieci satelitarne).

Innymi ciałami standaryzacyjnymi, które zajmują się radiem kognitywnym, są ITU (International Telecommunications Union,http://www.itu.int ) czy SDR Forum (http://www.sdrforum.org ).

Prototypy i implementacje

Intensywne prace badawcze prowadzone od kilku lat nad radiem kognitywnym zbiegają się z pojawieniem się pierwszych komercyjnych produktów. Każdy z nich można uznać za pierwszy krok w budowie prawdziwego radia kognitywnego.

Firma Adapt4 (http://www.adapt4.com ) skonstruowała pierwsze (jak sama ogłasza na swojej stronie) radio kognitywne certyfikowane przez FCC. W istocie jest to stacja bazowa oparta na OFDM, w której poszczególne nośne mogą być włączane i wyłączane w zależności od poziomu interferencji w danym kanale. Producent nie podaje bliższych szczegółów technicznych swojego produktu.

Prekursorem komercyjnego wykorzystania SDR w telekomunikacji jest firma Vanu (http://www.vanu.com ). Najważniejszym produktem firmy jest stacja bazowa AnyWave. Jest to moduł SDR zarządzany przez stacje robocze (w tym momencie dostawcą modułów jest HP), które odpowiadają za przetwarzanie sygnałów. Stacja AnyWave pozwala operatorowi na budowanie sieci dostępowych w oparciu o GSM/UMTS. Dzięki modułowej konstrukcji, a także temu, że większość przetwarzania sygnałów oparta jest na oprogramowaniu, wprowadzenie nowego systemu dostępowego nie wymaga dodatkowych inwestycji w sprzęt. AnyWave nie jest radiem kognitywnym w pełnym tego słowa znaczeniu, choć przypuszcza się, iż firma pracuje nad algorytmami inteligentnego doboru systemów dostępowych dla użytkowników (Vanu jest aktywne w grupie IEEE 1900).

Jednym z podwykonawców projektu XG Radio amerykańskiej agencji wojskowej DARPA (projekt badawczy poświęcony radiu kognitywnemu), jest firma Shared Spectrum Company. Jako jedna z pierwszych zauważyła, że dostępne pasmo radiowe jest przez większość czasu nieużywane (wyniki pomiarów dostępne są na stroniehttp://www.sharedspectrum.com/ ). Obecnie firma zajmuje się rozwojem systemów z dynamicznym dostępem do pasma. W październiku 2006 r. zademonstrowano po raz pierwszy, iż współdziałanie takich systemów jest jak najbardziej możliwe. Brak jest niestety wszelkich szczegółów dotyczących tego, co produkuje firma.

XG1 firmy <b>Adapt4</b> to stacja bazowa oparta na OFDM, w której poszczególne nośne mogą być włączane i wyłączane w zależności od poziomu interferencji w danym kanale.

XG1 firmy <b>Adapt4</b> to stacja bazowa oparta na OFDM, w której poszczególne nośne mogą być włączane i wyłączane w zależności od poziomu interferencji w danym kanale.

Najciekawszym jednak projektem jest GnuRadio (http://www.gnu.org/software/gnuradio/ ). Grupa entuzjastów krótkofalarstwa i Software Defined Radio w roku 1998 postanowiła rozwijać kod przetwarzania sygnałów przeznaczonych dla SDR na platformie GNU/Linux. Postanowiono również, że kod ten będzie otwarty dla użytkowników i rozprowadzany na licencji GPL. Projekt rozwinął się do tego stopnia, że John Gilmore (jeden z pierwszych pracowników Sun Microsystems i aktywny działacz na rzecz wolnego oprogramowania) postanowił dofinansować projekt sporą sumą. By SDR z wykorzystaniem Linuxa mógł działać, potrzebny jest również sprzęt. Jest on również rozwijany i nazywa się Universal Software Radio Peripherial (USRP). Jest to uniwersalna głowica radiowa (radio front-end), przetwarzająca sygnał z anteny do postaci cyfrowej. Następnie przez magistralę USB 2.0 sygnał dociera do systemu operacyjnego i poddany jest dalszej obróbce. USRP może odbierać sygnały w zakresie od DC do ponad 2,8 GHz. Kod dla GnuRadio rozwijany jest przez wielu niezależnych programistów. Oczywiście każdy, kto chciałby pomóc w rozwoju projektu, może tego dokonać. Sam projekt GnuRadio nie jest radiem kognitywnym. W chwili obecnej platforma może dekodować jedynie różne standardy radiowe (HDTV, radiostacje FM i AM). Ale to dzięki temu, że kod pozostaje otwarty, perspektywy rozwoju różnych systemów radiowych, jeszcze nie zbudowanych (włączając w to radio kognitywne właśnie), pozostają otwarte i bliższe niż nam się wydaje.

Podsumowanie

Oprócz wyżej wymienionych wdrożeń istnieje wiele niezależnych projektów badawczych. Gros z nich działa na terenie Stanów Zjednoczonych i wspieranych jest przez wspominaną już agencję wojskową DARPA. Radio kognitywne wydaje się mieć największe zastosowanie w armii, gdy oddziały kierowane są na nieznane tereny, na których nie wiadomo, które częstotliwości radiowe są dostępne i w jaki sposób wykorzystywane. Pierwsze prototypy są już gotowe, lecz droga do pełnej "kognitywności" systemów radiowych jest jeszcze długa i wyboista.

<hr>

Więcej na ten temat

    1.http://www.ieeep1900.org/crinfo : zbiór odnośników dotyczących radia kognitywnego (często aktualizowana).

    2.http://www-sop.inria.fr/planete/SoftwareRadio/ : zbiór odnośników dotyczących Software Defined Radio (również często aktualizowana).

    3.http://www.ieee-dyspan.org : strona najważniejszej konferencji naukowej poświęconej radiu kognitywnemu i radiowym systemom z dynamicznym dostępem do pasma.

    4. "Cognitive Radio Technology", red. Bruce A. Fette, wyd. Elsevier 2006, ISBN 978-0-7506-7952-7: najnowsza książka poświęcona przeglądowi zagadnień dotyczących radia kognitywnego.


TOP 200