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Interference Mitigation Techniques to Support Coexistence of Ultra-WideBand Systems

Jörg Vogt Verlag,
Buch
49,00 € Lieferbar in 2-3 Tagen

Kurzbeschreibung

Die Welt der drahtlosen Kommunikation entwickelt sich hin zu immer komplexeren Szenarien, in denen eine Reihe unterschiedlicher, möglicherweise spektral überlappender Funktechnologien gleichzeitig Verwendung finden können. Ultra-Wideband (UWB) ist eine dieser Funktechnologien, die spektrale Überschneidungen mit vielen bestehenden, teilweise konzessionierten Funktechnologien wie beispielsweise WiMax aufweist. So ist im Falle räumlicher Überlappung beider Systeme die Beeinflussung von WiMax-Systemen durch UWB-Systeme eine sehr bedeutsame Frage. Deshalb haben alle Regulierungsbehörden mit Ausnahme der USA eine Beschränkung der Nutzung der lizenzierten Teile der UWB Frequenzbänder beschlossen oder, wenn diese Frequenzbänder verwendet werden dürfen, dies nur mit einer sehr begrenzten Sendeleistung im Vergleich zur FCC-Grenze gestattet. Diese Einschränkungen verschlechtern die Chance auf eine breite Markteinführung für UWB-Systeme. Aus diesem Grunde werden DAA-Techniken (DAA - detection and avoid) vorgeschlagen, um die Sendeleistung der UWBSysteme zu erhöhen und gleichzeitig die Koexistenz mit anderen Funksystemen, z.B. WiMax, zu sichern. Dieser Themenkreis wird in der vorliegenden Dissertation bearbeitet. Dabei werden vor allem zwei Aspekte betrachtet: i) Bewertung möglicher Interferenzen zwischen UWB und WiMax-Systemen und ii) die Entwicklung und Evaluierung von DAA-Techniken.
Die auf Messergebnissen beruhenden Parameter der Indoor-Wireless-Kanäle sind nützlich für die Analyse der UWB-Störungen auf die WiMax-Systeme. Eine SEMCAT-Simulation und zusätzlich ein Echtzeit-Versuchsaufbau mit WiMax- und UWB-Systemen wurden verwendet, um die Anforderungen an UWB-Systeme zu ermitteln, die eine Koexistenz mit WiMax sichern. Es wurde festgestellt, dass die Beeinflussung stark von der Definition der Szenarien und den Parametern des verwendeten Modells abhängt. Es wurde auch gezeigt, dass die UWB-Interferenz stark von der räumlichen Verteilung der UWB-Systeme abhängt. Auf der anderen Seite deuten die experimentellen Ergebnisse darauf hin, dass die Kommunikation der UWB-Systeme durch WiMax-Systeme sehr erschwert werden kann, wenn die räumliche Lage ungünstig ist. Somit kommt der räumlichen Verteilung der beiden Funksysteme eine große Bedeutung zu.
Es wird vorgeschlagen, als Grundlage für DAA-Techniken zur Vermeidung von Interferenz die Messung des WiMax-Uplinks zu nutzen. Für dieses zonen-basierte DAA-Modell wurden theoretische Analysen durchgeführt, Algorithmen entwickelt und deren Implementierung in Simulationen erprobt. Für ein einzelnes UWB-Gerät ist diese Detektion aus mehreren Gründen, z.B. wegen des Hidden-Terminal-Problems, der möglicherweise sehr unterschiedlichen Signalstärke des WiMax-Signals, der sich verändernden Umgebungsbedingungen etc., eine sehr anspruchsvolle Aufgabe. Daher werden kooperative Detektionstechniken vorgeschlagen, bei denen sich mehrere UWB-Geräte an der Detektion beteiligen und/oder die Detektionsergebnisse austauschen. Diese Techniken minimieren zum einen die Unsicherheit der Erkennung des WiMax-Signals und ermöglichen zum anderen die Kontrolle über den Aufwand an Zeit und Energie, den die UWB-Geräte für die Detektion aufbringen müssen. Zusätzlich wird das Konzept eines Cognitive Pilot Channel (CPC) als Alternative zur spektralen Detektion vorgestellt. Dabei beziehen die UWB-Geräte Informationen zu primären Funksystemen über diesen zusätzlichen Informationskanal.
Die Ergebnisse der hier vorgelegten Dissertation wurden von mehreren Regulierungs- und Standardisierungsgremien genutzt, so beispielsweise während der Regulierung von UWB in Europa von CEPT ECC TG3 für die Festlegung der spektralen Maske oder von ETSI RRS WG3 im Rahmen der Standardisierung eines Cognitive Pilot Channel.
Abstract in english
The current trend in the wireless communications world is to move towards a complex and composite radio environments, where a number of co-located, and potentially, spectrally overlapping radio access technologies may present at the same time. Ultra-wideband (UWB) application scenario is one of such example in which UWB system spectrally overlaps with many existing licensed radio technologies (e.g. WiMax). Consequently, the interference from UWB system on WiMax system is a concern due to high impact on the WiMax services if both systems are co-located. Hence, all regulation authorities except USA proposed extra restriction on use of licensed part of UWB frequency bands or even if these are used, they must be used with very limited transmitting power compared to FCC limit. This restriction will reduce the opportunity for UWB systems to exploit the market. Therefore, a technique called detect and avoid (DAA) is proposed to increase the power emission of UWB device in addition to support coexistence with WiMax system and it is the main research topic of the thesis. The thesis is focused on two main research topics: i) possible interference evaluation between UWB and WiMax systems, and ii) design and evaluation of DAA technique.
The parameters of indoor wireless channels are characterized by the measurement results, which are useful for analyzing the UWB interference impact on the WiMax systems. A SEMCAT simulation tool and additionally a real-time experimental setup with WiMax and UWB systems are used to measure the requirements of UWB coexistence. We found that the interference impact strongly depends on the definition of the interference scenario and on the parameters that are used in model. It was shown, that the interference caused by UWB systems strongly depends on the spatial distribution of the UWB devices. On the other hand, the experimental results suggest that UWB devices might not be able to communicate due to the opposite interference coming from WiMax system. Hence, in general the spatial distribution of the radio devices is of extreme importance and has to be handled with special care.
We proposed a framework of DAA interference mitigation techniques based on the uplink WiMax signal detection. The proposed zone based DAA model is evaluated with appropriate algorithm development and theoretical analysis as well as simulation experiments. In DAA technique, the detection of licensed signal is a challenging task by a single UWB device due to several reasons such as hidden terminal problem, very low power signal detection, dynamic environmental conditions, etc. Therefore cooperative detection techniques namely partial and full cooperative technique are proposed, in which several nodes share the spectrum detection tasks and/or share the acquired knowledge of the licensed systems. These techniques minimize the uncertainty of the detection while maintaining the control over the time and amount of energy spent for spectrum sensing by UWB node. Additionally, the cognitive pilot channel (CPC) concept is developed as an alternative of spectrum sensing so that UWB device receives the primary system information via the cognitive pilot channel.
The thesis results have partially been used by several regulation and standardization bodies, particularly by CEPT ECC TG3 for UWB regulation in the definition of spectrum mask. Additional contributions are used by ETSI RRS WG3 for the standardization of the cognitive pilot channel.

Details
Schlagworte

Titel: Interference Mitigation Techniques to Support Coexistence of Ultra-WideBand Systems
Autoren/Herausgeber: Md. Abdur Rahim
Ausgabe: 1. Auflage

ISBN/EAN: 9783938860328

Seitenzahl: 188
Format: 21 x 14,8 cm
Produktform: Taschenbuch/Softcover
Gewicht: 280 g
Sprache: Englisch

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