Spektraleffektiv och robust framtida radio

Diarienummer: F06-0009
Start- och slutdatum: 080301-131231
Beviljat belopp: 7 618 665 kr
Förvaltande organisation: Linköping University
Forskningsområde: Informations-, kommunikations- och systemteknik

Summary

Målet med detta projekt är att utveckla nya tekniker som möjliggör ett effektivt användande av spektrum och effekt i trådlösa nätverk. Projektet består av två komponenter. Den första berör koordination av trådlösa system (tex., operatörer) som använder samma, olicensierade spektrum. Målen är att förstå vilka fundamentala gränser och möjligheter som finns för att lösa den resurskonflikt kring spektrumanvändning som uppstår i ett sådant scenario, samt att utveckla strategier för hur systemen kan samarbeta. Motivationen för detta arbete är främst det ökade intresset för att använda olicensierat spektrum. Det som gör vår forskning unik är vårt fokus på system som använder multipla antenner, och att vi fokuserar på att lösa resurskonflikter via tekniker som bygger på samarbete mellan systemen. Det andra temat i projektet rör så kallad kognitiv radio. Kognitiv radio är i princip ett koncept som tillåter en blandning av licensierad och olicensierad användning av samma spektrum. Vårt arbete kommer bestå av att utreda fundamentala gränser för sådana system, och av utveckling av algoritmer för spektrumavkänning. Vi kommer också karaktärisera de radiostörningar som är typiska för miljöer där kognitiv radio förekommer, och använda denna kunskap för att konstruera mottagare som är robust mot denna typ av interferens.

Populärvetenskaplig beskrivning

Dagens samhälle förlitar sig mer och mer på infrastruktur för trådlös kommunikation, och detta är en utveckling som kommer fortsätta. I princip är de två grundläggande resurserna i trådlös kommunikation radiospektrum och sändareffekt. Sändareffekten är naturligt begränsad av förordningar, samt av mobila enheters begränsade förmåga att lagra energi i batterier. Spektrum är också en fundamentalt begränsad resurs, eftersom den del av det elektromagnetiska spektrumet som lämpar sig för radiokommunikation är ganska liten. Radiosystem indelas typiskt i licensierat och olicensierat spektrum. I licensierat spektrum har en operatör ensamrätt att sända, och kan således planera sitt nätverk efter detta. Sådant spektrum har blivit mycket dyrt, som kan ses till exempel av spektrumauktioner som genomförts i Europa. Barriären för nya operatörer att börja erbjuda trådlös service i licensierat spektrum anses därför vara mycket stor. I olicensierat spektrum kan vem som helst sända utan någon speciell licens, men man måste uppfylla vissa villkor på sändareffekt. Problemet med de olicensierade frekvensbanden är att de typiskt är överfyllda med radiostörningar eftersom det inte finns någon central mekanism som reglerar hur nära varandra sändare får befinna sig. Målet med detta projekt är att utforska nya, banbrytande ideer för hur radiospektrum kan användas mer effektivt. Två teman står i fokus. Det första gäller hur konkurrerande system i olicensierat spektrum kan fås att självständigt och frivilligt samarbeta, med syfte att undvika att störa varandra. Vi kommer studera detta genom att använda redskap från en gren av matematiken som kallas spelteori. Vi kommer också utveckla praktiska protokoll för hur konkurrerande system kan förhandla med varandra. Det andra temat rör så kallad kognitiv radio. Detta är i princip ett koncept med vilket man blandar licensierad och olicensierad operation i samma frekvensband. Ett sätt att göra detta är dela upp systemen i två grupper: primära system som har licens för att använda systemet, och sekundära användare som tillåts sända bara om de är säkra (till någon viss grad) på att de inte kommer störa det primära systemet. För att detta ska kunna fungera måste ett sekundärt system lyssna av spektrumet i fråga och avgöra om hur långt ifrån en primär basstation, till exempel, som det befinner sig. I projektet kommer vi studera fundamentala problem relaterat till detta, och utveckla specifika algoritmer som möjliggör kognitiv radio.