مدیریت نقشه رادیویی مهندسی برای منابع بی سیم

نقشه رادیویی به طور کلی به چگالی طیف توان سیگنال جغرافیایی اشاره دارد ، که از روی هم قرار دادن انتقال بی سیم همزمان ، به عنوان تابعی از مکان ، فرکانس و زمان تشکیل شده است. این شامل اطلاعات غنی و مفیدی در مورد فعالیت های طیفی و کانال های انتشار در شبکه های مدیریت نقشه رادیویی بی سیم است. چنین اطلاعات را می توان نه تنها برای بهبود عملکرد خدمات بی سیم موجود (به عنوان مثال ، تأمین منابع فعال) ، بلکه برنامه های جدید مانند نظارت بر طیف بی سیم را نیز فعال کرد. با این حال ، اجرای عملی نقشه های رادیویی در ارتباطات بی سیم اغلب به دلیل این مشکل است:

ناهمگونی شبکه های بی سیم مدرن و حجم زیادی از داده های بی سیم که باید جمع آوری ، ذخیره و پردازش شوند. در این مقاله ، ما مروری داریم بر تکنیک های پیشرفته ساخت نقشه های رادیویی و همچنین استفاده از آنها برای دستیابی به مدیریت کارآمد و ایمن منابع در شبکه های بی سیم. برخی از چالش های کلیدی تحقیقاتی برای ایجاد انگیزه در تحقیقات آینده برجسته شده است.

مقایسه شبکه رادیویی با شبکه تلویزیونی

زیرساخت های ارتباطی بی سیم مدرن شامل شبکه های بی سیم متراکم و ناهمگن است. تشعشعات فرکانس رادیویی آنها روی هم قرار می گیرند و باعث تغییرات نامنظم قدرت سیگنال می شوند

چگالی طیف (PSD) در مکان ها ، فرکانس ها و زمان های مختلف. یکی از خصوصیات سیستماتیک چنین تنوع PSD در ابعاد مختلف ، استفاده از مدیریت نقشه رادیویی است که حاوی اطلاعات مفید فعالیت های طیفی و کانال های انتشار شبکه های بی سیم در یک منطقه جغرافیایی معین است. برای تمایز از نقشه طیف شناخته شده در شبکه رادیویی شناختی ، ما یک تصویر فوری از نقشه رادیویی در یک باند فرکانسی معین را با یک طیف تلویزیونی مقایسه می کنیم.

به طور خاص ، نقشه طیف تلویزیونی استفاده منطقه ای از گروههای مختلف تلویزیونی دارای مجوز را به طور متوسط در زمان و مکان نشان می دهد. از طرف دیگر ، نقشه رادیویی وضوح مکانی و زمانی بسیار بیشتری از استفاده از طیف را فراهم می کند ، که به شما امکان می دهد تا برای بررسی توزیع دقیق PSD در هر زمان و مکان خاص ، بزرگنمایی کنید. علاوه بر این ، نقشه رادیویی با پایگاه داده طیف تصویر 2 ، که اطلاعات نسبتاً ساکن در مورد محیط رادیو (به عنوان مثال ، موقعیت فرستنده های ثبت شده ، PSD ، برنامه خاموش و مدلهای تعلیق کانال) و داده های اندازه گیری را ثبت می کند ، متفاوت است. در مقایسه ، مدیریت نقشه رادیویی به صورت پویا از اندازه گیری های زمان واقعی ساخته شده و به طور مداوم به روز می شود ، بنابراین قادر به ارائه توصیف دقیق توزیع PSD در ابعاد و مقیاس های مختلف است.

تشخیص طیف در شبکه های رادیویی

یکی دیگر از موضوعات تحقیقاتی مرتبط با مدیریت نقشه رادیویی ، تشخیص طیف در شبکه های رادیویی شناختی است. به طور خاص ، هدف طیف سنجی تشخیص اشغال طیف مجاز در مجاورت است.فرستنده های بدون مجوز برای دسترسی به کانال فرصت طلب. برای به حداکثر رساندن فرصت انتقال ، دستگاههای بدون مجوز اغلب باید از محو شدن کوتاه مدت کانال استفاده کنند و بنابراین برآورد PSD را در مقیاس زمانی کوچک قابل مقایسه با زمان انسجام کانال انجام دهند.

از طرف دیگر ،مدیریت نقشه رادیویی ، PSD را در یک منطقه جغرافیایی بزرگ و پیوسته برآورد می کند ، به جای اینکه طیف را در چندین مکان مجزا از دستگاههای بدون مجوز تشخیص دهد. علاوه بر این ، عمدتا به فعالیت طیفی بلند مدت علاقه دارد ، در حالی که اثر محو شدن کوتاه مدت به طور متوسط ​​در طول برآورد محاسبه می شود. در این حالت ، نقشه رادیویی تنها زمانی به روز می شود که در منبع منبع رادیو تغییرات کافی وجود داشته باشد (مثلاً از محدوده ناهماهنگی سایه های معمولی حرکت کنید) یا PSD را منتقل کنید (به عنوان مثال ، روشن/خاموش یا پرش به کانال دیگر).

ساخت و نگهداری نقشه رادیویی

مدیریت نقشه رادیویی به طور کلی با یک تابع از یک متغیر 3 تایی (x ، f ، t) به قدرت علامت مشخص می شود که با Φ (x، f، t) نشان داده می شود ، جایی که x ∈ R3 نشان دهنده مکان در یک دکارت سه بعدی است سیستم مختصات ، f و t به ترتیب نقطه فرکانس و زمان را نشان می دهند. به طور کلی ، به غیر از برخی اندازه گیری های قدرت مستقیم که توسط چند سنسور توزیع شده در مکان های مشخص برای محدوده های زمانی و فرکانسی انجام شده است ، عملکرد Φ در همه مقادیر متغیر دیگر باید بر اساس آنها برآورد شود. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است.

اولین مرحله از ساخت مدیریت نقشه رادیویی ، جمع آوری داده های اندازه گیری از حسگرهای توزیع شده به مرکز همجوشی داده ها است. سنسورها را می توان دستگاه های حسگر اختصاصی مستقر توسط اپراتور سیستم ، که از نظر مکان سنجی ، دقت و فاصله زمانی کاملاً قابل کنترل هستند ، نام برد. در همین حال ، داده های PSD را می توان از دستگاه های غیر اختصاصی مانند مشترکین تلفن همراه (MS) از طریق جمع آوری منابع جمع آوری کرد که هر چند وقت یکبار به طور داوطلبانه یا در ازای پاداش های پولی به اپراتور سیستم گزارش می دهند. این می تواند به طور موثر هزینه استقرار جمع آوری داده ها را کاهش دهد.

از آنجا که اندازه گیری های سنجش از لحاظ فضایی با هم ارتباط دارند ، مکانهایی که اندازه گیری ها انجام می شوند تأثیر زیادی بر دقت برآورد دارند. برای دستگاه های حسگر اختصاصی ، برای اپراتور سیستم مهم است که استقرار آنها را بهینه کند ، به عنوان مثال ، مکان (مسیرهای) سنسورهای ثابت (تلفن همراه) ، به منظور به حداقل رساندن هزینه و افزونگی در مجموعه اندازه گیری داده. برای دستگاه های غیر اختصاصی ، زیرا اپراتور سیستم هیچ کنترلی بر آنها ندارد (به عنوان مثال ، تحرک دستگاه) ، تعداد زیادی دستگاه سنجش برای اطمینان از دقت برآورد بالا از اندازه گیری ها در مکان های تصادفی مورد نیاز است. به همین ترتیب مدیریت نقشه رادیویی بسیار راحت تر می شود.

مدیریت داده های نقشه های رادیویی

داده های گزارش شده توسط دستگاه های سنجش میتواند اندازه گیری های خام (به عنوان مثال ، سیگنال حوزه زمانی) ، توان دریافتی مجموعه (به عنوان مثال ، کل قدرت دریافتی بر روی باند حس شده) یا برآورد PSD محلی باشد. در حالی که دو روش قبلی به پیچیدگی سخت افزاری کمتر و تاخیر در پردازش نیاز دارند ، روش آخر پهنای باند را برای گزارش به مرکز تلفیقی ذخیره می کند و بار محاسبه و ذخیره داده های دریافتی بزرگ را کاهش می دهد. داده ها قبل از ارسال به مرکز همجوشی کوانتیزه می شوند ، جایی که تعداد سطوح کوانتیزه دقت برآورد را با پیچیدگی بازخورد متعادل می کند. برای مدیریت نقشه رادیویی روش های بسیار زیادی وجود دارد که بهترین های آن ها را ذکر کردیم.

به طور خاص ، یک روش بازخورد یک بیتی را پیشنهاد می کند که در آن هر سنسور قبل از ارسال نتیجه یک بیت به صورت دوره ای به مرکز همجوشی ، قدرت سیگنال حوزه زمانی دریافتی خود را به سادگی با یک آستانه تعیین شده مقایسه می کند که بر اساس آن PSD می تواند تخمین زده شود. به دلیل نویز کوانتیزه و اعوجاج کانال بی سیم ، سیگنال دریافتی توسط مرکز همجوشی به احتمال زیاد تحت تأثیر خطاهای تصادفی قرار می گیرد. علاوه بر این ، داده های گزارش شده توسط سنسورهای غیر اختصاصی ممکن است در قالب ناسازگار باشند یا حتی حاوی گزارشات غلط باشند. بر این اساس ، مرکز همجوشی باید داده های احتمالی بد را قبل از تغذیه برآوردگر نقشه رد کند. این را می توان بر اساس ارتباط بین داده های جمع آوری شده یا انحراف از آمار داده های تاریخی بدست آورد و می بینیم که مدیریت نقشه رادیویی به چه روش است.

برآورد نقشه رادیویی

پس از اینکه مرکز همجوشی داده های سنسور دریافتی را پیش پردازش کرد ، به سادگی فرض می کنیم که ورودی برآورد کننده مدیریت نقشه رادیویی اندازه گیری PSD سنسورهای Ns است که در یک منطقه جغرافیایی واقع شده است.

A با مختصات xi ، i = 1 ، · · · ، Ns. به طور خاص ، اندازه گیری PSD سنسور i-th با φi (f، t) مشخص می شود ، جایی که f ∈ F و t ∈ T محدوده اندازه گیری را در فرکانس و زمان مورد علاقه ما نشان می دهد. هدف برآورد کل تابع Φ (x، f، t) بر روی سایر x ∈ A ، f ∈ F و t ∈ T است. به منظور نمایش ، ما ابتدا متغیر t را نادیده می گیریم و بر تخمین Φ (x ، f) در یک بازه زمانی خاص تمرکز می کنیم ، و در مورد به روز رسانی مدیریت نقشه رادیویی در طول زمان در بخش فرعی بعدی بحث می کنیم. با توجه به رویکردهای بنیادی متفاوت آنها ، آثار موجود در برآورد نقشه های رادیویی را می توان به طور کلی به دو دسته روش های مبتنی بر مدل و بدون مدل تقسیم بندی کرد.

روشهای مبتنی بر مدل: روشهایی که در این دسته قرار می گیرند اغلب مدلهای انتشار سیگنال خاصی را فرض می کنند و PSD سیگنال دریافتی را به عنوان ترکیبی از PSD فرستنده همه فرستنده های بی سیم فعال بیان می کنند. به طور خاص ، عملکرد مدیریت نقشه رادیویی به عنوان مدل شده است.

Φ (x, f) = X Nt w=1 gw (x, f) ψw (f),

سخن آخر

در این مقاله ، ما مروری کلی بر تکنیک های ایجاد و نگهداری موثر مدیریت نقشه رادیویی و برنامه های آن برای دستیابی به مدیریت کارآمد و ایمن منابع در شبکه های بی سیم ارائه می دهیم.

اساساً ، دانش مدیریت نقشه رادیویی فرصت های ارزشمندی در بهبود عملکرد شبکه بی سیم ارائه می دهد. نقشه رادیویی به اپراتورهای سیستم این امکان را می دهد تا عملکرد ارتباطات بی سیم آینده را که در زمان ، فرکانس و مکان خاص رخ می دهد پیش بینی کرده و بین فعالیتهای طیفی طبیعی و غیرطبیعی تمایز قائل شوند. در نتیجه ، نقشه رادیویی کاربردهای گسترده ای در تامین منابع بی سیم ، مدیریت تداخل و امنیت/نظارت بر طیف و سایر موارد دارد. در عمل ، چالش اصلی پیاده سازی نقشه های رادیویی در پیچیدگی زیاد جمع آوری ، ذخیره و پردازش حجم عظیمی از داده های حسگر است. انتظار می رود که روش های کارآمد پردازش داده های بزرگ و روش های تحلیلی نقشه رادیویی را به یک ابزار واقعاً ارزشمند و ضروری برای سیستم های بی سیم آینده تبدیل کند.

سوالات متداول مدیریت نقشه رادیویی مهندسی برای منابع بی سیم

1. نقشه رادیویی چیست؟
   نقشه رادیویی به نقشه ای گفته می شود که با استفاده از سیگنال های رادیویی به دست می آید و نقشه برداران و مهندسان با استفاده از تکنیک هایی آن ها را تحلیل می کنند.
2. کاربرد نقشه رادیویی چیست؟
   از این نقشه  ها برای موقعیت یابی دقیق، آب و هوا، و… استفاده می شود، همچنین از این نقشه ها برای عملیات های نظامی هم استفاده می شود.
3. تفاوت نقشه رادیویی با نقشه های دیگر چیست؟
   این نقشه ها می توانند با استفاده از سیگنال های رادیویی اطلاعات بسیار گسترده تری را به کاربر یا اپراتور نمایش دهند.