Jaringan kognitif merupakan jaringan nirkabel yang terdiri daribeberapa jenis pengguna: sering pengguna primer (utama licenseholderspektrum band) dan pengguna sekunder (kognitifradio)

Dalam beberapa tahun terakhir, perkembangan cerdas, adaptifperangkat nirkabel yang disebut radio kognitif, bersama-sama denganpengenalan lisensi spektrum sekunder, telah menyebabkanparadigma baru dalam komunikasi: jaringan kognitif.Jaringan kognitif merupakan jaringan nirkabel yang terdiri daribeberapa jenis pengguna: sering pengguna primer (utama licenseholderspektrum band) dan pengguna sekunder (kognitifradio). Para pengguna kognitif menggunakan kemampuan kognitif mereka untukberkomunikasi tanpa merugikan pengguna utama. Studi tentangJaringan kognitif relatif baru dan banyak pertanyaan yang belumharus dijawab. Dalam artikel ini kita menyoroti beberapa baru-baru iniinformasi batas teoritis, model, dan desain ini menjanjikanjaringan.Jaringan kognitif diprakarsai oleh kurangnya jelas spektrumdi bawah kebijakan manajemen spektrum saat ini. ituhak untuk menggunakan spektrum nirkabel di Amerika Serikat dikendalikanoleh Federal Communications Commission (FCC).Sebagian besar frekuensi band berguna untuk komunikasi nirkabeltelah dilisensi oleh FCC. Namun, FCC memilikiditetapkan sebagai band tanpa izin beberapa, terutama industriilmiah dan medis (ISM) band, dimana yang sangatperangkat WiFi populer mengirimkan. Band ini mengisi dengan cepat,dan, meskipun popularitas mereka, sebagian besar nirkabelspektrum sebenarnya berlisensi, Saat ini, lisensi utama pemegang diperoleh dari FCC hak eksklusif untuk mengirimkanlebih band spektral mereka. Karena sebagian besar band telahberlisensi, dan band tanpa izin juga cepat mengisi, ituakan muncul bahwa krisis spektral mendekati. Ini, bagaimanapun,jauh dari kasus ini. Pengukuran terbaru menunjukkan bahwasebanyak 90% dari waktu, sebagian besar dari berlisensiband tetap tidak terpakai. Sebagai band berlisensi sulit untuk merebut kembalidan melepaskan, FCC sedang mempertimbangkan dinamis dan sekunderspektrum lisensi sebagai alternatif untuk mengurangi jumlahspektrum yang tidak terpakai. Band lisensi untuk pengguna utama bisa, di bawahkondisi dinegosiasikan tertentu, dibagi dengan pengguna non primertanpa memiliki lisensi utama melepaskan lisensi sendiri.Apakah pengguna utama akan bersedia untuk berbagi merekaspektrum akan tergantung pada sejumlah faktor, termasukberdampak pada komunikasi mereka sendiri. Penerapan kognitifjaringan, bagaimanapun, tidak terbatashanya memperbaiki spektrum saat inilisensi. aplikasi lainberlimpah di spektrum bersama,seperti band ISM (di mana berbedaperangkat harus hidup berdampingantanpa menghambat satu sama lain),jaringan sensor (di mana sensor mungkin perlu untuk beroperasi dispektrum dengan perangkat daya yang lebih tinggi), dan saat ini layanan tersebutsebagai jaringan seluler (di mana operator mungkin ingin menawarkanberbagai tingkat layanan untuk berbagai jenis pengguna). semuakemungkinan ini memotivasi studi jaringan kognitif.Radio-wireless kognitif perangkat dengan hardware reconfigurabledan perangkat lunak (termasuk parameter transmisi dan protokol) -mampu memberikan apa perangkat sekunder iniakan membutuhkan: kemampuan untuk cerdas merasakan dan beradaptasi dengan merekalingkungan spektral. Dengan hati-hati merasakan pengguna utama 'Kehadiran dan beradaptasi transmisi mereka sendiri untuk menjaminkualitas kinerja tertentu untuk pengguna utama, kognitif iniperangkat secara dramatis dapat meningkatkan efisiensi spektrum.Seiring dengan fleksibilitas yang baru ditemukan ini datang tantanganmemahami batas-batas dan merancang protokol dan transmisiskema untuk sepenuhnya memanfaatkan kemampuan ini kognitif. dimemesan untuk merancang protokol praktis dan efisien, teoritisBatas harus dipahami dengan baik PENDAHULUAN DAN PENDAHULUANDalam artikel ini, kami menguraikan beberapa hasil baru pada fundamentalInformasi teoritis dan teori komunikasi batasjaringan kognitif. Jaringan kognitif umum memanfaatkan kognisipada subset dari node-nya (pengguna). Kognisi dapat mengambil berbagaibentuk pembelajaran dan beradaptasi dengan lingkungan. kitafokus pada kognisi dalam bentuk node memiliki informasi tambahan,atau informasi side, tentang lingkungan nirkabel diyang mereka mengirimkan. Misalnya, mereka dapat merasakan kehadirannode utama dengan mendengarkan beacon atau mungkin dapatdecode pesan utama mendengar tertentu. Kami kemudian mendiskusikanpertanyaan: a) Bagaimana node yang paling efisien mengeksploitasitersedia Informasi samping? dan b) Bagaimana pengguna kognitifmempengaruhi pengguna utama dalam hal gangguan; bagaimana seharusnyasalah satu parameter jaringan desain untuk memastikan efisien sekunderkomunikasi sambil menjamin kinerja utama?JARINGAN KECIL: AchievableRATE DAN KAPASITAS DAERAHSalah satu kontribusi utama teori informasi adalah karakterisasibatas dasar komunikasi. komunikasi Achannel dimodelkan sebagai satu set probabilitas bersyaratfungsi kerapatan yang berkaitan dengan input dan output dari saluran.Mengingat karakterisasi probabilistik ini saluran, fundamentalBatas komunikasi dapat dinyatakan dalam halsejumlah metrik, yang kapasitas adalah salah satu yang palingdikenal dan kuat. Kapasitas didefinisikan sebagai supremum atassemua suku (dinyatakan dalam bit / menggunakan channel) yang komunikasi yang handalmungkin terjadi Di bawah rata-ratakendala daya input E [| X | 2] P, kapasitas terkenal,ketika h adalah tetap dan dikenal konstan, diberikan olehC = (1/2) log2 (1 + | h | 2P) = (1/2) log2 (1 + SINR): = C (SINR),di mana SINR adalah sinyal yang diterima interferensi ditambah noiseratio, dan C (x): = (1/2) log2 (1 + x). Kami akan menganggap salurangain (s) h adalah tetap dan diketahui semua pemancar yang relevan danpenerima untuk sisa bagian ini. Di sisi lain, ketikasaluran mengalami fading cepat, kita berbicara tentang saluran ergodicKapasitas yang diberikan oleh C = (1/2) Eh [log 2 (1 + | h | 2P)]. Jikachannel mengalami fading lambat, kapasitas outage akanmetrik yang tepat untuk mempertimbangkaSementara kapasitas pusat banyak informasi studi teori,sering menantang untuk menentukan. Batas batin, atauHarga dicapai, serta batas luar kapasitas mungkinlebih mudah tersedia. Hal ini terutama berlaku dalam saluran diyang beberapa pemancar dan beberapa penerima inginberkomunikasi secara bersamaan. Memang, informasi multiuserTeori teori atau jaringan informasi adalah bidang yang menantang dengansejumlah pertanyaan terbuka. Sebagai contoh, salah satu pusat,dan sederhana saluran multiuser adalah informasi teorigangguan saluran. Saluran ini terdiri dari dua independenpemancar yang ingin berkomunikasi pesan independendua penerima independen. Meskipun kapasitas salurandaerah yang dikenal dalam kasus-kasus tertentu, daerah kapasitas umum,meskipun kemajuan yang menjanjikan baru-baru ini [1], [2], masih menjadi misteri.Daerah kapasitas dan daerah tingkat dicapai ekstensi alamidari pengertian kapasitas dan tingkat dicapai lebih tinggidimensi. Pada inti dari ini terletak informasi teori masyarakatkurangnya pemahaman tentang bagaimana untuk menangani gangguandan mendengar, informasi yang tidak diinginkan.Sementara kapasitas pusat banyak informasi studi teori,sering menantang untuk menentukan. Batas batin, atauHarga dicapai, serta batas luar kapasitas mungkinlebih mudah tersedia. Hal ini terutama berlaku dalam saluran diyang beberapa pemancar dan beberapa penerima inginberkomunikasi secara bersamaan. Memang, informasi multiuserTeori teori atau jaringan informasi adalah bidang yang menantang dengansejumlah pertanyaan terbuka. Sebagai contoh, salah satu pusat,dan sederhana saluran multiuser adalah informasi teorigangguan saluran. Saluran ini terdiri dari dua independenpemancar yang ingin berkomunikasi pesan independendua penerima independen. Meskipun kapasitas salurandaerah yang dikenal dalam kasus-kasus tertentu, daerah kapasitas umum,meskipun kemajuan yang menjanjikan baru-baru ini [1], [2], masih menjadi misteri.Daerah kapasitas dan daerah tingkat dicapai ekstensi alamidari pengertian kapasitas dan tingkat dicapai lebih tinggidimensi. Pada inti dari ini terletak informasi teori masyarakatkurangnya pemahaman tentang bagaimana untuk menangani gangguandan mendengar, informasi yang tidak diinginkan.RATE dicapai dan DAERAH KAPASITASPertama-tama kita melihat jaringan sederhana di mana primer tunggalpemancar-penerima (PTX, PRX) pasangan dan kognitif tunggalpemancar-penerima (STX, S Rx) pasangan ingin berbagi nirkabelchannel, seperti yang ditunjukkan di sebelah kiri Gambar 1. Karena sekunderpengguna radio kognitif, pertanyaan alami untuk bertanya adalah: bagaimanaitu memanfaatkan fleksibilitas sendiri untuk meningkatkan tingkat komunikasi?Jawaban intuitif adalah, tentu saja, bahwa itu tergantung pada apa yangpemancar kognitif tahu tentang lingkungan nirkabel, yaitu,apa sisi informasi tambahan pemancar kognitif ataupenerima harus mengeksploitasi. Kami akan menjelaskan empat contoh kognisipada node sekunder, empat transmisi yang sesuai mungkinstrategi, dan masing-masing daerah tingkat ilustrasi merekayang menyampaikan kesimpulan umum: semakin besar informasi sidedan kemampuan kognitif (termasuk perhitungan), yangbesar daerah tingkat dicapai. Untuk sisa bagian ini,kita mengasumsikan bahwa output pada primer dan kognitifmasing-masing penerima, Yp dan Yc, terkait dengan masukan dipemancar primer dan kognitif Xp dan Xc, masing-masing, sepertiYp = Xp + h21Xc + Np, Np ~ N (0, 1)Yc = h12Xp + Xc + Nc, Nc ~ N (0, 1).Berikut H12, H21 adalah koefisien memudar kuasi-statis diasumsikandiketahui semua pemancar dan penerima. Tingkat yang dicapai olehpasangan Tx-Rx primer dan kognitif adalah R1, R2 dan masing-masing,diukur dalam (bit / menggunakan channel).SPEKTRAL-GAP PENGISIAN(PUTIH-SPACE PENGISIAN) PENDEKATANIntuitif pendekatan pertama dengan lisensi spektrum sekunder adalahskenario di mana radio kognitif merasakan spasial, temporal,atau void spektral dan menyesuaikan transmisi mereka untuk mengisispasi putih merasakan. Pendekatan ini juga telah disebutinterferensi menghindari paradigma [3]. Kognisi dalam pengaturan inimenunjukkan kemampuan untuk secara akurat mendeteksi keberadaan lainnyaperangkat nirkabel; informasi sisi kognitif adalah pengetahuankesenjangan spasial, temporal, dan spektral kognitif tertentuPasangan Tx-Rx akan mengalami. Radio kognitif bisa menyesuaikan merekatransmisi untuk mengisi spektral (atau spasial / sementara) batal, karenadiilustrasikan pada Gambar 2. Jika diterapkan dengan benar, ini sederhana danSkema intuitif drastis dapat meningkatkan efisiensi spektrumdari saat ini berlisensi band. Strategi mengisi white-space inisering dianggap sebagai motivasi utama untuk pengenalandan pengembangan radio kognitif.Untuk menentukan batas atas pada komunikasi mungkin,kita menganggap bahwa pengetahuan tentang kesenjangan spektral sempurna:ketika komunikasi utama hadir perangkat kognitifdapat tepat menentukan itu, seketika. Artinya, dalamSistem realistis pemancar sekunder akan menghabiskan

Pengguna utama (putih) dan pengguna sekunder (abu-abu) ingin mengirimkan lebih dari saluran yang sama. Garis hitam menunjukkan diinginkantransmisi, garis putus-putus menunjukkan gangguan. Daerah Tingkat dicapai di bawah empat asumsi kognitif yang berbeda danSkema transmisi ditampilkan di sebelah kanan. (a) - (d) dalam rangka meningkatkan kemampuan kognitif