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COGNITIVE RADIO ON TV BANDS

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COGNITIVE RADIO ON TV BANDS Powered By Docstoc
					COGNITIVE RADIO ON TV BANDS:
A NEW APPROACH TO PROVIDE
WIRELESS CONNECTIVITY FOR
RURAL AREAS

  YING-CHANG LIANG AND ANH TUAN HOANG,
  INSTITUTE FOR INFOCOMM RESEARCH
  HSIAO-HWA CHEN, NATIONAL CHENG KUNG
  UNIVERSITY
  IEEE Wireless Communications • June 2008


  1                        指導教授:郭文興
                             學生:林祺富
ABSTRACT
   IEEE802.22感知無線電可以在鄉村地區提供可靠的
    感知結果

   本文主要是在介紹IEEE802.22用TDD(time
    division duplexing) 來執行

   我們也提出了ATDD來解決TDD所造成的延遲問題




                                  2
目錄
 ABSTRACT
 INTRODUCTION

 RURAL CONNECTIVITY: CHALLENGES
  AND EXISTING
     CHALLENGES OF HIGH COSTS AND LOW
      DEMAND
     EXISTING TECHNOLOGIES

   COGNITIVE RADIO AS AN EMERGING
    TECHNOLOGY
       OPPORTUNISTIC SPECTRUM ACCESS
   IEEE 802.22 — PROVIDING RURAL        3
    WIRELESS BROADBAND
目錄
 COMBINING TV AND DATA SERVICES
  FOR RURAL AREAS
 ADAPTIVE TDD FOR LARGE RURAL

  COVERAGE
     TDD TURN-AROUND TIME
     ADAPTIVE TDD
     THE IMPACT OF ADAPTIVE TDD
     NUMERICAL RESULTS

 CONCLUSIONS
 REFERENCES

                                   4
INTRODUCTION
 [1]統計出來在美國有3百多萬人居住在鄉村
 [2]的研究顯示了發展感知無線電對於鄉村的建設有
  大很的幫助
 [3-7]因為鄉村的範圍面積過大,使用有線的網路技術
  會有地形和牽線困難的問題.所以無線的技術運用在
  鄉村中是很重要的
 [3-4]介紹了cellular和衛星的技術

 [5-7]提到了建立短期的區域網路最大的挑戰是如何
  降低成本
 [8]提到大部分的可使用的頻寬都沒有被善加利用,所
  以感知無線電就顯的格外重要,他也可以降低成本       5
INTRODUCTION
 [9]提到了IEEE802.22(WRAN) 用TDD ,(OFDMA)
  orthogonal frequency division multiple access和使
  用在VHF和UHF(ultra high frequency)這2個頻寬
 要如何確保TV,無線麥克風和(WRAN)系統不會產生
  干擾也是需要研究的地方
 要如何讓鄉村人口可以使用到便宜的服務,並且提供
  的服務要能夠滿足鄉村的需求,是很重要的

   本文主要是在說TDD使用在IEEE802.22上,並且克
    服了TDD turn-around time的問題,大大的增加了無
    線網路覆蓋的面積
                                                    6
RURAL CONNECTIVITY: CHALLENGES
AND EXISTING TECHNOLOGIES
   本文強調的是挑戰如何在鄉村提供服務和發展傳播
    技術的市場

   介紹現有的技術




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CHALLENGES OF HIGH COSTS
AND LOW DEMAND
   鄉村的(ICT) communications technology市場有
    下列3種特性:
     高度的分散和高花費:
      在鄉村發展網路需要高額的費用,主因是範圍太大且缺乏
      傳播的設備
     客戶不集中且需求量不高:
      鄉村的收入不高,網路的需求也不高,這也造成了無法集中
      提供設備
     採用服務的比例不高:鄉村的人沒有這麼快就接受這些新
      的東西
   要能夠發展鄉村的網路,關鍵是要能夠提出夠便宜的
    服務.
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EXISTING TECHNOLOGIES
   Cellular/Wireless Local Loop/Satellite
       (WLL) 的優點就是在於不需要花太多時間架設,而且也比
        傳統的的電纜花費還低

       Cellular所花費的成本也有明顯的減少,可是他仍然還不
        夠便宜

       Satellite 常被使用在鄉村中,他用於分配電視信號和互
        動式的語音或資料.可是他的硬體設備太貴了



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EXISTING TECHNOLOGIES
   Wi-Fi:也就是802.11X,他主要就是把有線的區域網
    路變成無線的傳輸,可以再透過高的建築物安裝定向
    天線可以大大增加覆蓋的距離.比起cellular和
    satellite他更容易設定且成本更低

   WiMAX:也就是802.16,他的優點是傳輸距離夠遠和
    夠快.可是設備昂貴




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EXISTING TECHNOLOGIES
   DakNet — Asynchronous Service Network :他主
    要是由三個東西組成,hub, mobile access point
    (MAP)和InfoKiosk.他不是同步的傳輸
     即時傳播的設備比較昂貴
     雖然他是非同步的可是已經足夠應付鄉村的使用量
     不適合用在發布緊急資訊



   因為鄉村使用網路的頻率不是那麼大, DakNet的服
    務足夠應付,且也比較便宜


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COGNITIVE RADIO AS AN EMERGING
TECHNOLOGY
   我們介紹了如何善加使用頻譜和使用感知無線電

   IEEE802.22感之無線電是如何克服在鄉村使用上的
    問題




                                  12
OPPORTUNISTIC SPECTRUM
ACCESS
   目前大約有75%的頻譜有分配用於各種目的.其中大
    約又有70%很常沒有被使用到.

   因此就有了想要善加利用那些頻譜的想法,和感知無
    線電的產生

   感知無線電有3個功能
     頻譜感知:可以感知外在的使用環境,不會在影響到主要使
      用者的權益
     動態的頻譜管理:可以選擇最有效率的頻譜來使用並且感
      知外在的環境來保護主要使用者
     適當的傳輸:他可以自由的調整參數,讓最需要的使用者能
      夠得到頻譜                        13
IEEE 802.22 — PROVIDING RURAL
WIRELESS BROADBAND
 IEEE802.22(WRAN)系統是以CR為基礎,利用TV頻
  寬來執行,且不會造成干擾
 圖一介紹了一個典型的(WRAN BS)和CPE和TV的
  共存關係
 IEEE802.22有2個優點,不需要特定的頻譜和很大的
  覆蓋範圍
 大部分的研究都是在於如何加強感知或是提供多重
  (WRAN)共存,可是不符合鄉村的需求
 我們提出了使用TDD運用在(WRAN)系統中

 TDD turn-around 時間造成的總留量降低的問題需
  要我們去克服                            14
IEEE 802.22 — PROVIDING RURAL
WIRELESS BROADBAND




                                15
COMBINING TV AND DATA
SERVICES FOR RURAL AREAS
   為了要讓鄉村顧客更容易接受,一開始先提出電話,電
    視,E-MAIL和網路存取等服務功能

   在緊急災難的情況時,電視可以切換成命令和搜救的
    資訊,慢慢的融入鄉村環境中,提高使用率

   MMDS(multichannel multipoint distribution
    service)可以用在電視影像和資料服務,可是他需的頻
    寬太大不適合

   下圖顯示了電視和資料傳輸可以共存                            16
COMBINING TV AND DATA
SERVICES FOR RURAL AREAS




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ADAPTIVE TDD FOR LARGE RURAL
COVERAGE TDD TURN-AROUND TIME
   BS向下傳輸資料給CPE,等到全部的CPE都接收到了,
    再向上傳回資料給BS

   比較近的CPE等待遠的CPE接收到BS資料的時間就
    是延遲的時間

   延遲時間的算法,假設是以802.22最大的傳輸距離
    100KM來算



                                  18
ADAPTIVE TDD FOR LARGE RURAL
COVERAGE TDD TURN-AROUND TIME




                                19
ADAPTIVE TDD
   (ATDD)可以在比較近的CPE增加一些傳輸資料的
    空間可以提早向上傳回資料給BS

   (ATDD)可以降低傳回資料給BS的延遲時間,提高資
    料傳輸的效率




                                 20
ADAPTIVE TDD




               21
THE IMPACT OF ADAPTIVE TDD
   (ATDD)可以讓比較近的CPE提早傳回資料給BS和
    增加OFDMA傳輸空間,也提高了總流量

   一般的TDD,BS可以傳送資料給4個使用者

   使用(ATDD)的時候,使用者可以利用多出來的傳輸空
    間來提早傳輸資料,也可以增加一個新的使用者




                                 22
THE IMPACT OF ADAPTIVE TDD




                             23
NUMERICAL RESULTS
   如果我們固定OFDMA增加的空間,越小的frame就會
    有越高的上傳流量百分比

   我們使用frame的大小是5,10,15(ms),電視頻寬是
    6MHZ,OFDMA技術則是透過計算他的(FFT) 再加
    上長度是1/4和1/8的cyclic prefix所組成

   下圖顯示使用(ATDD)單一的平均流量最大可以增加
    30%最少是5%

   下圖顯示CPE的密集度增加,相對的流量百分比就會
    減少,剛好符合了鄉村的需求                    24
NUMERICAL RESULTS




                    25
CONCLUSIONS
   本文主要是找出適合在鄉村使用的無線網路技術

   比較現有的技術之後提出了IEEE802.22運用了TDD
    和OFDMA的原理來執行

   又再提出了ATDD來解決的TDD的延遲時間的問題




                                   26
REFERENCES

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    Nations, “World Urbanization Prospects: The 2005
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    India Using Fixed Cellular Radio Systems,” IEEE
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REFERENCES
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   [10] IEEE 802.22 Wireless RAN, “Functional Requirements
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   [12] J. Mitola, “Cognitive Radio for Flexible Mobile
    Multimedia Communications,” Proc. IEEE Int’l. Wksp.
    Mobile Multimedia Commun., 1999, pp. 3–10.
   [13] Y.-C. Liang et al., “System Description and Operation
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   [14] Y.-C. Liang et al., “Sensing-Throughput Tradeoff for
    Cognitive Radio Networks,” IEEE Trans. Wireless
    Commun., vol. 7, no. 4, Apr. 2008, pp. 1326–37.              29

				
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