Wie Unternehmen ihre Funkspektren besser nutzen können

Wie funktioniert Cognitive Radio?

Ein solches Verfahren wurde als erstes von Joseph Mitola vorgestellt. Man könne die Technik auch als „Smart Software Defined Radio“ bezeichnen, da sie intelligent genug sei, um Übertragung und Empfang abhängig von den Gegebenheiten im Funkspektrum zu verändern, so die Studie.

CR greift auf das Funkspektrum dynamisch zu, um den besten verfügbaren Kanal zu nutzen. Im Allgemeinen ermittelt CR dabei zunächst den Teil des verfügbaren Spektrums und versucht dann, daraus den bestgeeignetsten Kanal auszuwählen.

Zudem erstellt CR auch einen sinnvollen Ablaufplan für den Zugriff auf das Spektrum und die gemeinsame Nutzung mit anderen Systemen. Will beispielsweise ein primärer Nutzer den Kanalerneut verwenden, so ist dieser vom CR für diesen Zweck frei zu geben.

Die Suche nach vorhandenen Lücken, auch White Spaces oder Spectrum Holes genannt, gehört somit zu den Kernaufgaben eines CR. Die dafür notwendigen Sensoren beziehungsweise Detektoren überprüfen auch, ob es schon Interferenzen gibt.

Die Lücken treten in vier Freiheitsgraden auf: So gibt es neben Zeit- und Frequenzlücken durch Signaldämpfung / Abschattung hervorgerufene räumliche White Spaces und in CDMA-Systemen ungenutzte Codes. Eine Schwierigkeit stellen dabei falsch-positiv White-Space-Entscheidung dar, die zu dem so genannten Hidden-Terminal-Probleme (auch: Hidden-Node-Problem) führen.

Hindernisse und echte Probleme

Ein CR-System muss diese und weitere Eigenschaften der Frequenzlücken schließlich bewerten. Dann lässt sich die Datenrate, der Sendemodus und die Bandbreite der Übertragung festlegen. Danach wird das am besten geeignete Frequenzband ausgewählt.

Darüber hinaus sollte CR das Spektrum auf dynamische Weise nutzen; nur so ist Mobility möglich. Denn Mobilität des Frequenzbereichs bedeutet eine Änderung der Betriebsfrequenz im laufenden Betrieb, etwa wenn ein CR-System die Kanaleigenschaften nicht für den vorgesehen Zweck geeignet hält.

Änderungen der Betriebsfrequenz ziehen Veränderungen in den Netzwerkschichten nach sich. Somit müssen alle Netzwerkprotokolle von einem Betriebsmodus in einen anderen umgeschaltet werden.

Außerdem ist die Möglichkeit des Spectrum Sharing zu berücksichtigen. Notwendig ist quasi eine Art Medienzugriffssteuerung.

Es gibt zwei Herausforderungen, die ein Cognitive-Radio-System nicht zufriedenstellend lösen kann: Hidden Terminals und Interferenzen mit dem eigenen Kommunikationskanal. Das Hidden Terminal Problem lässt weitgehend verhindern, indem die Empfindlichkeit der Sensoren erhöht wird. Doch das Problem eines Informationskanals lässt sich nach Einschätzung der Studien-Autoren noch nicht zufriedenstellend lösen.

Die Studie

Wer mehr über Lücken im Funknetz und Cognitive Radio erfahren will, kann die Studie beim Fraunhofer ESK im PDF-Format bestellen. Sie kostet als Single User Edition 49 Euro.

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