Версия для слабовидящих

Разработка систем когнитивного радио за рубежом

Во многих ведущих странах мира проводятся активные исследования возможностей использования так называемых «белых пятен» или пробелов в распределении радиочастот. Системы, которые разрабатываются на основе этих пробелов, называются когнитивным радио (КР или CR).

На ВКР-12 была утверждена рекомендация СОМ 6/1 с определением КР1). Фактически – это радиосистема с программируемыми параметрами или элементами искусственного интеллекта.

По сообщениям аналитического журнала ZDNet, после первых положительных результатов испытаний КР на острове Бьют и в Кембридже, компания British Telecom расширяет зону испытаний в Корнуолле на западе Великобритании. Эти испытания продолжат проводимые в настоящее время совместные испытания технологии LTE компаниями Everything Everywhere и British Telecom. Испытания технологии LTE проводились в диапазоне 800 МГц, а испытания КР будут проводиться в диапазоне 470 – 790 МГц. Цель намеченных исследований – выявить преимущества использования КР.

Генеральный директор регулятора использования радиочастотного спектра (РЧС) Великобритании Ofcom Эд Ричардс в своем докладе, опубликованном в Financial Times, призвал к скоординированной европейской политике в области использования «белых пятен». Он отметил, что распределение спектра испытывает нарастающее давление со стороны смартфонов, планшетов и других беспроводных устройств со значительной пропускной способностью передачи данных. Органы регулирования РЧС уже много лет исследуют возможности использования «белых пятен». Их использование потребует развития сложных технологий динамического поиска свободных участков спектра и предотвращения помех пользователям соседних полос частот. Планируется проверка применимости КР для таких потенциальных приложений, как широкополосный доступ в Интернет в сельских районах, контроль показаний счетчиков и других приборов ЖКХ и другие приложения.

Эд Ричардс подчеркнул, что политика регулирования, а не технологии ограничивают в настоящее время более эффективное использование спектра, основанное на динамических принципах доступа к спектру или использования спектра (Dynamic Spectrum Access, DSA). Необходимы оперативные меры европейских политиков и регуляторов использования РЧС для выработки общего гармонизированного и скоординированного подхода. Это важно для экономии национальных средств на разработку КР за счет масштабов производства радиооборудования и абонентских устройств.

Ofcom оценивает доступную в «белых пятнах» полосу пропускания соизмеримой с используемой в настоящее время 3G, а потенциальную выгоду от использования этого спектра только в Великобритании до £ 320 млн.

Защита телерадиовещательных служб от помех имеет решающее значение для успешного развития DSA. В краткосрочной перспективе для этого планируется использование геолокации и составления базы данных неиспользуемых каналов вещания. Этот подход получил признание и одобрение регулирующих органов  и промышленности Великобритании и США. Подход с использованием DSA рассматривается как долгосрочное решение, которое можно будет в дальнейшем использовать и в других диапазонах частот, – так считает Уильям Уэбб, руководитель развития технологий М2М компании Neul. Подход с использованием динамических баз данных и геолокации может быть объединен с использованием лицензионного совместного доступа (Licensed Shared Access, LSA).

Технологии сканирования или зондирования, скорее всего, дополнят метод геолокации в будущем, а затем и заменят его совсем, – говорит Пауль Митчел, руководитель подразделения компании Microsoft.

Джим Конноли, старший советник регулятора использования РЧС Ирландии ComReg, заявил, что на предстоящем в ближайшее время аукционе будут реализовываться многопользовательские лицензии. Владельцы лицензий будут делиться спектром на основании условий, реализующих DSA или LSA.

Для европейских стран имеют большое значение общие подходы в регулировании использования высвобождаемых полос частот. Этими вопросами, помимо ECC/СEPT и ETSI, занимается Группа по разработке политики в области спектра при Еврокомиссии (RSPG). Позиция RSPG, отраженная в отчетах 2010-11гг, содержит рекомендации по созданию общей платформы исследований и регулирования, а также общей базы данных по когнитивному радио и осуществлению обмена информацией.

Многие из этих положений были подтверждены в ходе ВКР-12 в Женеве. Признав, что не требуется изменений Регламента радиосвязи для таких систем, были сформулированы проблемы, которые требуют решения. В частности, эти системы, используя динамический доступ к спектру, будут иметь сложности при регистрации в Международном справочном регистре частот (МСРЧ), экзаменации затронутых администраций связи и устранении создаваемых помех.

Основной мотив для развития КР наблюдается в связи с потребностью развития и стандартизации сетей межмашинного обмена данными (М2М) или телематических услуг. В опубликованной недавно книге «Технологии, оборудование и развертывание сети для М2М коммуникаций в белых пятнах»2), Уильям Уэбб приводит аргументы в пользу создания нового стандарта для развития этих технологий. Основными приложениями он видит интеллектуальные энергосистемы, умные города, контроль состояния здоровья. Существующие мобильные сети имеют недостатки в виде несплошных зон охвата и неэффективной системы передачи коротких сообщений, а в дальнейшем будут развиваться по пути увеличения скорости передачи данных. Стандартизация необходима, чтобы сделать развертывание больших сетей экономически целесообразным. В таблице приложения 1 приведены технические требования, которые должны быть использованы при стандартизации этой технологии по мнению Уильяма Уэбба.

В США с 2004 года проводится активная работа по стандартизации радиотехнологий, использующих «белые пятна», прежде всего, в Институте инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). Были разработаны стандарты IEEE 802.22.1-2010 (защита лицензированных устройств от помех) и IEEE 802.22-2011 (когнитивные беспроводные региональные сети доступа), продолжается активная работа над проектом IEEE P802.22.2 (практические рекомендации по развертыванию и инсталляции систем 802.22). Активное внедрение технологий будет возможно, если появится спрос на практические их приложения. Поэтому в декабре 2011 года в рамках рабочей группы WG802.22 была сформирована и с 26 марта 2012 года начала работу целевая группа P802.22b разработки приложений.

В качестве целевых приложений рассматриваются региональные интеллектуальные сети, мониторинг безопасности инфраструктуры, мультисервисные услуги (голос, видео и данные), сети национальной и региональной общественной безопасности, охраны границы, аварийные службы широкополосной связи, экологический мониторинг и многое другое.

Еще в сентябре 2010 года Федеральная комиссия по связи США FCC распределила диапазон 700 МГц для нелицензионного применения систем мобильного широкополосного доступа. С этих пор проводятся практические испытания одного из вариантов систем КР – оборудования TVBD, его еще иногда называют «Супер Wi-Fi» или «Wi-Fi на стероидах». Однако организация «Wi-Fi Alliance», осуществляющая сертификацию оборудования Wi-Fi, категорически возражает против использования такой терминологии и заявляет, что Wi-Fi–устройства в настоящее время не используют участки спектра «белых пятен».

В феврале 2012 года Джеймс Дж. Нолан, вице-президент компании InterDigital, заявил, что совместно с компанией Ittiam Systems разработана комплексная система динамического управления использованием радиочастотного спектра DSA. Интеллектуальный сбор информации о малоиспользуемых участках спектра является основой предложенной платформы Ittiam MWLAN.

В сентябре 2011 года FCC утвердила правила использования «белых пятен», а в январе 2012 года компания Spectrum Bridge получила разрешение на применение разработанной базы данных частотных промежутков в ТВ-диапазоне. В качестве первого типа оборудования, которое получило одобрение для использования в нелицензируемой полосе частот, было устройство компании Koos Technical Services. 

В Уилмингтоне была развернута опытная сеть передачи данных в ТВ-диапазоне. В настоящее время она используется для видеонаблюдения в публичных местах, контроля качества воды, городского освещения улиц, контроля уровня воды и предупреждения о наводнении. Позднее планируется использование сети для управления дорожным движением и систем ЖКХ.

Таким образом, и в Великобритании, и в США проводятся активные испытания систем когнитивного радио, использующего «белые пятна» в распределении частот. Проблемные вопросы, которые возникают при разработке концепции их использования, свидетельствуют о том, что их широкомасштабное внедрение – перспектива отдаленного будущего.

Для успешного развития КР требуется согласованная международная политика регулирования использования РЧС такими системами и дальнейшая разработка международных гармонизированных стандартов.

 

                                                                                                                                 Приложение 1

 

№ п/п

Параметр

Требуемое значение

1.

Очень большое количество терминалов

От 100 тыс. до 1 млн устройств на один район, 1 млрд. устройств в составе национальных сетей

2.

Большой срок действия батареи

10-летний ресурс

3.

Мобильность

Некоторые приложения, такие как автомобильные, имеют подвижные терминалы. Может потребоваться международный роуминг

4.

Низкая цена оборудования

Цена одного чипа - менее 2 долл США

5.

Низкие цены на обслуживание

Ежегодные затраты на обслуживание одного терминала - несколько долл. США

6.

Глобальная пригодность

Глобальный роуминг

7.

Применение

Отличная зона покрытия как на улице, так и внутри зданий

8.

Гарантии конфиденциальности

Может требоваться аутентификация и шифрование

 

Задачи вещания

Посылка общих сообщений на все терминалы или программный «аппгрейд»

 

Эффективная передача малых пакетов данных

Типовой размер пакета составляет 50 бит. Минимальные ограничения на превышение трафика

 

Требования к терминалам

Поддержка дешевых терминалов с малоэффективными антеннами и ограниченной мощностью излучения

 

Очень малый уровень внедиапазонных излучений

Минимальные помехи лицензионным пользователям, максимальная спектральная эффективность

 

Устойчивость к помехам от других нелицензионных пользователей

Помехи случайные или редко появляющиеся

 

Снижение влияния неизбежных помех

Например, от удаленных ТВ-передатчиков

 

Снижение излучаемой мощности, когда доступно мало каналов

Малая мощность уменьшает помехи и увеличивает объем доступного спектра

 

Требование обеспечения повсеместного (в том числе внутри помещений) покрытия – это сложновыполнимая задача с учетом ограничения мощности излучения передатчиков. Большей дальности распространения сигнала, по сравнению с мобильной связью GSM, можно добиться при использовании расширения спектра методом прямой последовательности (или прямого последовательного расширения спектра – Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS). Этот метод широко используется в сетях CDMA и Wi-Fi, обеспечивая повышенную дальность при низкой скорости передачи. Другим решением является использование модуляции одной несущей (single-carrier modulation, SCM). В отличие от OFDM-модуляции, используемой в технологии LTE, метод SCM обеспечивает меньше внеполосных помех.

_______________________

1 КР–радиосистема, которая получает знания о своем эксплуатационном или географическом окружающем пространстве, установленном текущем регулировании и своем внутреннем состоянии; которая динамично и автономно подстраивает свои эксплуатационные параметры и протоколы в соответствии с полученными знаниями для достижения предустановленных целей; и которая учится на результатах своих действий.

2 Understanding Weightless. Technology, Equipment, and Network Deployment for M2M Communications in White Space, by William Webb, is published by Cambridge University Press (ISBN 9781107027077).

 

Использованные источники: www.ieee802.org,www.rspg.groups.eu.int, www.itu.int, www.ofcom.org.uk, www.fcc.gov, www.spectrumbridge.com, www.policytracker.com, www.fiercewireless.com, www.telecoms.com, www.totaltele.com, www.cellular-news.com, www.ft.com.