Εφαρμογή των γνωστικών ραδιοδικτύων στα Λευκά Φασματικά Κενά Τηλεόρασης

Abstract

Η ψηφιακή μετάβαση, δηλαδή η μετάβαση από την αναλογική στην ψηφιακή τηλεοπτική εκπομπή, έχει ως επακόλουθο την απελευθέρωση διαθέσιμου φάσματος εξαιτίας της μεγαλύτερης φασματικής απόδοσης της ψηφιακής μετάδοσης. Αυτές οι διαθέσιμες ζώνες φάσματος που δημιουργούνται αποκαλούνται Λευκά Φασματικά Κενά Τηλεόρασης (TV White Spaces-TVWS). Η αξιοποίηση και η αποδοτική εκμετάλλευση των παραπάνω έχει προσελκύσει το έντονο ενδιαφέρον της ερευνητικής κοινότητας των ασυρμάτων επικοινωνιών. Στην παρούσα εργασία εξετάζουμε το ενδεχόμενο της χρησιμοποίησης της καινοτόμου τεχνολογίας των γνωστικών ραδιοδικτύων στα Λευκά Φασματικά Κενά Τηλεόρασης. Ωστόσο, βασική προϋπόθεση αποτελεί η προστασία των υφιστάμενων αδειοδοτημένων τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών από ανεπιθύμητες παρεμβολές. Δύο είναι οι κύριες μέθοδοι που έχουν αναπτυχθεί προς αυτή την κατεύθυνση: η μέθοδος της ανίχνευσης (sensing) και η μέθοδος του γεωγραφικού προσδιορισμού με πρόσβαση σε βάση δεδομένων των αντίστοιχων ραδιοδικτύων (geolocation database). Υπολογίζονται αναλυτικά τα επιτρεπόμενα όρια εκπομπής των συσκευών TVWS που χρησιμοποιούν τις παραπάνω μεθόδους. Η μέθοδος του γεωγραφικού προσδιορισμού προκρίνεται για εφαρμογή στο εγγύς μέλλον. Τέλος, παρουσιάζουμε ένα αναλυτικό μοντέλο υπολογισμού της πιθανότητας διακοπής της παρεχόμενης υπηρεσίας (outage probability) στην περίπτωση ύπαρξης πολλαπλών μη αδειοδοτημένων συσκευών γύρω από μία αδειοδοτημένη, και εξετάζουμε τον τρόπο και το βαθμό στον οποίο επηρεάζουν την ποιότητα της υπηρεσίας οι διάφορες παράμετροι του μοντέλου, ενώ ταυτόχρονα το κανάλι υποφέρει από διαλείψεις λόγω του φαινομένου της πολλαπλής διάδοσης ή/και του φαινομένου της σκίασης. Παρουσιάζονται αριθμητικά αποτελέσματα και εξάγονται χρήσιμα συμπεράσματα.

The digital switchover that is, the transition from analogue to digital television broadcasting, results to the releasing of available spectrum due to the higher spectral efficiency of digital transmission. These available portions of spectrum that are produced are called TV White Spaces (-TVWS). The utilization and the efficient operation of the available spectrum have attracted the great interest from the research community of wireless communications. In this Diploma Thesis we examine the possibility of using the innovative technology of cognitive radio networks on the TV White Spaces. However, the key requirement is the protection of the incumbent telecommunication services from the unwanted interference. There are two main methods that have been presented here: the sensing of primary users and the geolocation method that is combined with the employment of a database. The allowed emission limits of TVWS devices that use these methods are calculated analytically. The geolocation method seems to have better results and may be chosen for implementation in the nearest future. Finally, we present an analytical model for the calculation of the outage probability in the case of existence of multiple unlicensed devices around a licensed one. We examine the impact of the various system parameters on the quality of service of the primary, taking into account the channels suffer from multipath fading or/and shadowing. Numerical results are presented and useful conclusions are drawn.