Электронная лекция USNC-URSI: Когнитивное радио: Стимулирование использования спектра в будущем

• Лекция проводится под эгидой Национального комитета радиоведущих США.  

• Ведущий - профессор Джеймс Сина Джей Симпсон из университета штата Юта.  

• Докладчик - профессор Свен Билен, известный специалист по когнитивному радио.  

• Когнитивное радио позволяет передавать и принимать сигналы в зависимости от условий.  

• Технология быстро развивается и используется в различных областях, включая GPS.  

• Профессор Билен является экспертом в этой области и имеет множество научных интересов.  

• Профессор Билен имеет опыт в разработке программно-определяемых радиосистем.  

• Он создал несколько радиосистем и работал с испытательным стендом НАСА.  

• Подход профессора основан на системном мышлении и проектировании.  

• Профессор считает, что инновации происходят на стыке различных дисциплин.  

• Он фокусируется на системном уровне, объединяя различные элементы для создания инновационных решений.  

• Когнитивное радио помогает решать проблемы, связанные с множеством стандартов связи.  

• Существует множество стандартов связи, таких как Bluetooth, Wi-Fi и 5G.  

• Эти стандарты меняются каждые несколько лет, требуя массовой замены оборудования.  

• Компании стремятся внедрять новые формы сигналов в существующее оборудование.  

• Пространство спектра является ценным ресурсом, и каждая частота кому-то принадлежит.  

• Проводится аукционы спектра, но это приводит к проблемам с использованием частот.  

• Когнитивное радио помогает справляться с этими проблемами, создавая свободное пространство в спектре.  

• Диаграмма спектра от компании NTI показывает распределение частот от 3 кГц до 300 ГГц.  

• Существуют различные группы, такие как беспроводное вещание, государственные службы и ISM-диапазоны.  

• Массовое внедрение различных коммуникационных протоколов создает помехи друг другу.  

• Концепция когнитивного радио была предложена Маттолой в конце 1990-х.  

• Радиоприемник должен воспринимать окружающую среду и адаптировать свои характеристики.  

• Маттола назвал этот процесс когнитивным циклом, а радио - когнитивным радио.  

• Когнитивное радио - это адаптивная, многомерно ориентированная автономная радиосистема.  

• Оно учится на собственном опыте и принимает решения на основе потребностей пользователя.  

• Пример: радиоприемник адаптируется к окружающей среде, как человек, говорящий на разных языках.  

• Концепция когнитивного радио существует как теоретическая и практическая.  

• Практические реализации ограничены современными технологиями и ресурсами.  

• Когнитивное радио с распознаванием спектра может работать только с частотным спектром.  

• Когнитивное радио основано на цикле действия восприятия.  

• Приемник собирает информацию, передатчик управляет сигналом, а обратная связь измеряет влияние на среду.  

• Когнитивное радио должно адаптироваться к радиосреде и взаимодействовать с другими когнитивными радиостанциями.  

• Дерегулирование спектра открывает экономические возможности и расширяет доступ.  

• Программно-определяемые радиотехнологии необходимы для когнитивного радио.  

• Программно-определяемое радио позволяет гибко управлять радиочастотным спектром.  

• Программно-определяемое радио использует гибкий радиочастотный интерфейс.  

• Оно позволяет выполнять выборку спектра, канализацию и преобразование частоты.  

• Программное обеспечение управляет всеми аспектами радиосистемы, включая передачу данных.  

• Программно-определяемые радиосистемы распространены и доступны.  

• Они используются в различных областях, включая военные и любительские радио.  

• Программно-определяемые радиосистемы продолжают развиваться и улучшаться.  

• Программно-определяемое радио заменяет аппаратное радио.  

• Включает FM-радио в телефонах и автомобилях.  

• Позволяет использовать различные методы модуляции и модернизировать систему.  

• Включает аналого-цифровое преобразование и прямое аналого-цифровое преобразование.  

• Позволяет использовать радиочастотный спектр без аппаратных компонентов.  

• Теоретическая концепция, но стимулирует перенос функций в программное обеспечение.  

• Когнитивное радио использует программное обеспечение для связи.  

• Включает интуицию и интеллект для улучшения радиосвязи.  

• Позволяет использовать спектр, который не используется или используется частично.  

• Спектр делится на активно используемые, средне используемые и почти не используемые участки.  

• Концепция whitespace TV и whitespace com позволяет использовать эти участки.  

• Использование спектра для вторичного пользователя и устранение помех.  

• Когнитивное радио знает параметры радио и может использовать спектр.  

• Включает лицензированные и нелицензированные диапазоны.  

• Взаимодействие когнитивных радиоприемников для эффективного использования спектра.  

• Спектральное зондирование и осознанность.  

• Динамический доступ к спектру и управление помехами.  

• Важность безопасности и конфиденциальности в когнитивном радио.  

• Широкополосное зондирование на основе Найквиста и компрессионное широкополосное зондирование.  

• Выбор метода зависит от отношения сигнал/шум и вычислительной сложности.  

• Влияние на энергопотребление и стоимость когнитивных радиоприемников.  

• Ошибки могут возникать при различных выборках, таких как частота или время.  

• Установление пороговых значений помогает определить занятость канала.  

• Машинное обучение помогает предсказывать занятость каналов на основе данных.  

• Обнаружение неиспользуемого спектра и управление им без помех.  

• Возможность переключения между различными частотными диапазонами.  

• Проблемы с переходом между сотовой связью и Wi-Fi.  

• Распределение частотных диапазонов и временных интервалов.  

• Использование передовых методов обработки сигналов для уменьшения помех.  

• Установление уровней мощности и пространственная фильтрация для улучшения связи.  

• Борьба с вредоносными атаками и подслушиванием.  

• Фальсификация данных спектрального зондирования.  

• Проблемы с несанкционированным использованием лицензированных диапазонов.  

• Когнитивные радиостанции сотрудничают для повышения точности и надежности.  

• Компромисс между сотрудничеством и конкуренцией.  

• Концепция гетерогенных сетей HetNet для эффективного взаимодействия различных стандартов.  

• Использование блокчейнов для распределения спектра.  

• Спектр имеет ограниченный срок действия и требует немедленного использования.  

• Концепция специальной монеты для аренды спектра и использование блокчейна для обеспечения безопасности.  

• Концепция интеллектуального анализа данных в когнитивном радио.  

• Использование радиочастотного спектра как источника информации.  

• Применение других источников данных, таких как визуальные данные и твиты, для принятия решений.  

• Демонстрация когнитивной спутниковой связи на МКС.  

• Использование сигнала DVB и программного обеспечения с открытым исходным кодом.  

• Применение машинного обучения для улучшения миссий в различных режимах.  

• Необходимость дальнейших исследований в распределении ресурсов, борьбе с вмешательством и обеспечении безопасности.  

• Применение машинного обучения и искусственного интеллекта для повышения энергоэффективности и качества обслуживания.  

• Важность межуровневой оптимизации и совместной коммуникации.  

• Применение машинного обучения в когнитивных радиоприемниках.  

• Использование машинного обучения для определения доступных частот и выявления аномалий.  

• Возможность использования машинного обучения для предсказания скачкообразных изменений частоты.  

• Вопрос о совместимости передатчиков и приемников от разных производителей.  

• Пример с Bluetooth и необходимость стандартов для совместимости.  

• Возможность использования различных схем модуляции для обеспечения совместимости.  

• Регулирование должно исходить от самой отрасли или правительств.  

• Политика и правовые рамки способствуют внедрению инноваций.  

• Пример: выделение 100 МГц спектра в диапазоне 2,4-2,5 ГГц создало экономическую ценность в триллионы долларов.  

• Освобожденный телевизионный спектр позволяет внедрять инновации.  

• Использование этого пространства с умом принесет дополнительные триллионы долларов прибыли.  

• Задержка в спутниковой связи может быть заметной.  

• Возможность смягчения задержки зависит от типа данных и обстоятельств.  

• Пример: задержка при передаче новостей через спутник.  

• Прогнозирование данных может сократить задержку.  

• Космические аппараты должны принимать решения о том, какие данные отправлять.  

• Когнитивные системы играют ключевую роль в этом процессе.  

• Лекция будет доступна на YouTube и сайте RC.  

• Призыв к слушателям писать для получения дополнительной информации.  

• Лектор благодарит за приглашение и надеется, что лекция будет познавательной для слушателей.