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Enabling location and environment awareness in cognitive radios (Cont.)

Enabling location and environment awareness in cognitive radios (Cont.). Computer Communication 31 (2008) 1114-1125. 指導教授 : 郭文興 學生 : 　　 張哲瑋　　　 　　　　 林庭陽. 前情提要. 位置與環境感測概念 自然界的位置與環境感測 無線系統的位置與環境感測 計畫的架構 感測介面 射頻感測器 (radiosensing sensors) 射頻視覺感測器 (radiovision sensors)

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Presentation Transcript

  1. Enabling location and environment awareness in cognitive radios (Cont.) Computer Communication 31 (2008) 1114-1125 指導教授: 郭文興 學生:　　 張哲瑋　　　 　　　　 林庭陽

  2. 前情提要 • 位置與環境感測概念 • 自然界的位置與環境感測 • 無線系統的位置與環境感測 • 計畫的架構 • 感測介面 • 射頻感測器(radiosensing sensors) • 射頻視覺感測器(radiovision sensors) • 射頻聽覺感測器(radiohearing sensors) • 位置感測引擎 • 位置感測方法

  3. 目錄 • 前情提要 • 位置感測引擎 • 位置感測核心 • 位置感知演算法適應性 • 環境感測引擎 • 地形學資訊 • 目標認識與追蹤 • 傳輸特性 • 氣象學資訊 • 設計考量 • 實現方案 • 研究個案：適應範圍的準確性 • 結論與展望 • 心得結論

  4. 位置感測核心(Location awareness core ) • 位置感測核心的基本構成要素: • 無縫定位和互用性(interoperability) • 安全和保密性 • 統計學習和追蹤[ 4 ] • 流動性管理[ 4 ] • 位置偵測的應用

  5. 位置感測核心(Location awareness core )-無縫定位和互用性 • 無縫的定位之定義 : • 不管頻道環境如何變化，系統仍然可以在一定的水準上保持位置的正確性 。 • 達到無縫定位的主要兩種方法: • 基於信號波形的方法 (ex:European SPACE project [ 26 ] ) • 基於環境感測的方法 (ex:RSS based location estimation algorithm for unknown channel environment [ 27 ] )

  6. 位置感測核心(Location awareness core )-無縫定位和互用性 • 互用性的定義(IEEE ): • 不同的系統間有交換資訊和使用被交換的資訊 的能力[ 28 ] 。 • 互用性的主要問題可分為兩類: • cognitive radio-cognitive radio interoperability • cognitive radio-legacy radio interoperability

  7. 位置感測核心(Location awareness core )-安全和保密性 • 可能的威脅: • 未經授權的跟蹤使用者 • 對手攻擊(adversarial attacks) • Internet engineering task force (IETF) 在有線網路的安全和保密性做了不少努力，其可能可以應用在智慧型射頻中。

  8. 位置感測核心(Location awareness core )–位置識別(Location-aware)的應用

  9. 位置識別演算法的適應 • 範圍準確性(range accuracy )是位置識別的應用的最重要的性能參數之一。 • 自主位置識別的應用(如LBS) 可能需要不同等級的準確性 。 • 當移動式的智慧型射頻移動時, 頻道環境可以能改變，而且我們知道環境的改變成影響範圍準確性 [ 16 ]

  10. 環境感測引擎(Environment awareness engine) • 模擬蝙輻和人的環境感測行為，而有以下問題: • 需要從環境中獲取什麼資訊? • 怎麼獲取這些資訊? • 智慧型射頻和網路如何利用這些獲得的環境知訊?

  11. 環境感測引擎(Environment awareness engine)

  12. 環境感測引擎(Environment awareness engine)-地形資訊(Topographical information) • 地形資訊大致包含: • 地勢起伏 • 植被 • 人造建築 • 地區的歷史和文化資訊

  13. 環境感測引擎(Environment awareness engine)-物體辨識和追蹤(Object recognition and tracking ) • 相對較小和可移動的人造物體，如: • 載運工具(車輛、飛行器…等) • 家俱 • 辦公室器具

  14. 環境感測引擎(Environment awareness engine)-頻道的傳播特徵(Propagation Channel Characteristic) • 頻道環境的特性主要用兩組統計資料描述︰ • 大規模 • 小規模 • 統計數據獲得的方式: • 傳播頻道建模過程(propagation channel modeling process) [31] • 利用智慧型射頻獲得[15]

  15. 環境感測引擎(Environment awareness engine)-氣象的資訊(Meteorological information) • 包括現在或未來的氣象參數，如: • 雨 • 雪 • 溫度 • 濕度 • 壓力

  16. 設計考量 • 實現方案 • 研究個案：適應範圍的準確性 • 發射器的適應範圍準確性 • 接收器的適應範圍準確性 • 主要錯誤來源

  17. 實現方案(1/5) • 智慧型射頻可透過學習與周圍環境互動： • 共同合作 • 獨自 • 混合 • 環境感測亦可使用相同方法實現。

  18. 實現方案(2/5) 圖5.共同合作位置感測概念模型

  19. 實現方案(3/5) • 兩個智慧型射頻協議範圍參數以完成認知範圍協定的正確性。 • 協定包含三個階段： • 範圍參數設定 • 雙向TOA範圍 • 時間戳記報告 圖6.認知範圍協定

  20. 實現方案(4/5) • 實現獨自位置感測的方式： • 主動方式 • 被動方式 圖7.獨自位置感測概念模型，(a)主動；(b)被動。

  21. 共同合作： 絕對、相對範圍與定位資訊。 獨自感測技術只提供相對範圍資訊。 閉迴路回授架構複雜度高。 獨自感測技術： 只提供相對範圍資訊。 閉迴路回授架構複雜度低。 實現方案(5/5)

  22. 研究個案：適應範圍的準確性 • 利用Cramer-Rao lower bound (CRLB)作為發送端最佳化標準。 • 理想的智慧型射頻具有動態的特性。 • 可利用的頻譜參數： • 載波頻率 • 符合的頻寬 • 傳輸能力層級 • 兩智慧型射頻間的隨機參數稱為X-channel

  23. 發射器的適應範圍準確性(1/2) • 發送器傳輸步驟： • 發送範圍準確性給位置感測引擎。 • 由CRLB決定傳輸參數與符合範圍正確性。 • 兩智慧型射頻透過範圍協定開始交握。

  24. (1) 發射器的適應範圍準確性(2/2) ：外加白高斯雜訊 ：訊號波的速率(如：聲音或光) ：觀察符號的長度 ：符號雜訊比率(SNR) ：通道路徑係數 ：傳輸訊號的絕對頻寬

  25. 接收器的適應範圍準確性 • 實現CRLB的方式： • 最大後驗法(MAP)估計使用： • 直視性(LOS) • 非直視性(NLOS) • 最大概似法(ML)估計使用： • 直視性(LOS)

  26. 主要錯誤來源 • 主要的錯誤來源為參數值與效能的影響： • 動態頻譜的影響 • 收發器損傷的影響 • 環境的影響 • 干擾的影響

  27. 動態頻譜的影響 • 隨機頻寬對基本TOA適應範圍準確性。 • 可用頻譜為載波頻率。 • 使用指向性天線與多天線系統。

  28. 收發器損傷的影響 • 收發器的參數會影響效能與適應範圍的準確性。 • 任意的傳輸能量等級參數會影響 。 • 增加 值可改善範圍正確性的外加複雜成本。

  29. 環境的影響 • 影響環境的參數為 。 • 代表傳輸訊號在通道失真的影響。

  30. 干擾的影響 • 內部干擾： • 物件導向 • 裝置導向 • 外部干擾： • 碼間干擾 • 框間干擾

  31. 結論與展望 • 此篇文章提出了： • 位置與環境感測圓概念模型 • 位置感測引擎 • 環境感測引擎概念 • 智慧型射頻元件的詳細描述 • 設計考量與實現方案 • 適應範圍準確性基本方法

  32. Thank You!

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