Kognitiivinen radio : vapaat taajuusspektrialueet nyt ja tulevaisuudessa

Abstract

Radiotaajuuskaista on luonnonvara, joka on taajuusjakotaulukon mukaan käytetty lähes loppuun. Kuitenkin todellisuus on muuta. Vain murto-osia taajuusalueista on aktiivisessa käytössä. Nykyinen taajuusjakopolitiikka on kankea jäänne viime vuosisadalta. Korjaustoimista huolimatta parannukset ovat hitaita ja edellyttävät kansainvälisiä toimia. Opinnäytetyön tavoitteena oli etsiä taajuusaukkoja lähetyssignaalien väleistä sekä pohtia, miten näitä aukkoja voi hyödyntää kognitiivisella radiolla. Aukkojen havaitsemiseksi rakennettiin Lahden ammattikorkeakoulun Tekniikan alan laitokselle mittausympäristö, joka koostui mittarista, 5 metrin kaapelista sekä kolmesta erilaisesta antennista. Mittaukset tehtiin 6. - 17. kesäkuuta 2011. Alan julkaisuiden kanssa samansuuntaisesti ilmeni, että taajuusaukkojen osuus oli noin 95 prosenttia spektristä aktiivisen käytön ollessa vain hieman runsas 5 prosenttia. Kognitiivinen radio on itseään tarkkaileva ja toimintaansa ympäristön ja tilanteen mukaan muokkaava systeemi. Näiden ominaisuuksien avulla radiotaajuuskaistan käytön aktiivisuus lisääntyy. Kognitiivista radiota ja verkkoja, jotka hyödyntävät kognitiivisuutta, ollaan ottamassa käyttöön monien tutkimusten ja kokeilualustojen tulosten valmistuttua. Kognitiiviset järjestelmät pystyvät luotettavasti havainnoimaan spektrin käytön signaalit hyödyntäen löytämänsä taajuusaukot. Aukot muodostuvat, kun taajuudelle nimetty ensisijainen käyttäjä ei juuri sillä hetkellä tarvitse kyseistä taajuusaluetta. Nykypolitiikan mukaan mikään muu taho ei voi käyttää tätä taajuutta. Jos toissijainen käyttö sallittaisiin, niukat taajuusvarat saataisiin tehokkaammin hyödynnettyä. Kokeilu- ja tutkimusprojektien avulla tilanne on viimein korjaantumassa. Ennen täysipainoista kognitiivisten järjestelmien käyttöönottoa pitää vielä kehittää laitteistoja ja tehdä tutkimustyötä niiden parissa. Laitevalmistajat olisivat kyllä jo kiinnostuneita tuotteiden valmistamisesta, mutta standardoinnin puute ja taajuusjakopoliittiset asiat ovat hidastaneet kehitystä. Uudet mobiililaitteet kuluttavat jo ennestään niukkoja taajuusresursseja. Ennen pitkää taajuuskaista on käytetty loppuun ja on pakko alkaa hyödyntää kognitiivisuutta tietoliikennetekniikassa.

The subject of the work is cognitive radio. The purpose was to find out spectrum holes by measuring the radio frequency band. The second purpose was to think about using of the holes by cognitive radio in future. Who will be a user of the holes and how will he get the benefit of the use of cognitive radio. The radio frequency band is a limited natural resource. The procedure of granting transmission licences is very strictly prescribed by the laws. The changes of spectrum resources division easily take from five to fifteen years because of the unwieldy legislation nationally and in the European Union. Cognitive radio is a spectrum-sensing system. The term cognition means “with know”. It is knowledge about how cognitive radio can self-observe and operate according to the situation of the environment and shaping system. By using cognitive radio the radio spectrum bandwidth efficiency is increased. There are long times when the radio frequency bands are not utilised after primary use. Cognitive radio can analyse the radio spectrum and it can detect the spectrum holes and take in use the white and grey space areas of the radio frequency bands. The measurements of the radio frequency band proved an inefficient use of radio spectrum. Nearly five per cent of the radio frequency band is in active use at day time. The primary users could sell or loan the spectrum band after own use. Cognitive radio is a widely studied topic in different international scientific projects. it is also an important area for research in Finland. The universities, IT industry and business support cognitive radio research by providing financial and other resources. The manufacturing of the cognitive radio equipment is waiting for the standard of the 4G mobile phone system. The flexibility of the software interfaces should be improved to make them more suitable for the new radio techniques. Many questions should be resolved before cognitive radio can be adopted widely.