Cognitive Radio

Der Begriff Cognitive Radio (CR) wurde von Joseph Mitola geprägt und lässt sich auf "cognition", zu Deutsch "Erkennung" oder "Kognition", zurückführen. Dieser Begriff bezieht sich auf den mentalen Prozess der bei Wissenserwerb, Verständins, Denken, Wissen, Erinnern, Urteilen und Problemelösen eine zentrale Rolle spielt. Aus dieser Definition geht hervor, dass CR ein sich selbst bewusstes, intelligentes Kommunikationssystem ist. Es kann autonom die zu nutzende Bandbreite des Spektrums festlegen in dem es Frequenzen und Frequenzbänder durch Beobachtung derer Nutzung effizient zuteilt. CR hat möglicherweise signifikante Auswirkungen in technischen als auch regulatorischen Bereichen und könnte die drahtlose Kommunikation von Grund auf ändern.

CR, mit Software Definded Radio (SDR) als technischer Voraussetzung, ist eine Technologie die das Potential besitzt die spektrale Effizienz in drahtlosen Kommunikationssystemen merklich zu erhöhen. Dies geschieht durch äußerst fortschrittliche Funksysteme, die diese spektralen Möglichkeiten selbständig ausmachen und nutzen. Unlizenzierte CR Teilnehmer passen ihre Funkparameter der Netzwerkumgebung an und fügen sich, den spektralen Gegebenheiten entsprechend, ein. Für die Rekonfigurierbarkeit, die sich aus der Anpassungsfähigkeit auf diverse Funk- und Kanalparameter ergibt, benötigt CR Software Defined Radio. Andere, in diesem Rahmen, als kognitiv zu bezeichnende Aufgaben benötigen die Implementation von Signalverarbeitungs- und machine-learning-Lösungen in ein CR System.

Abb 1: A Cognitive Radio (CR) Cycle

Drei der kognitiven Aufgaben eines CR sind:

Analyse des Funkgeschehens. Dies beinhaltet Abschätzen der Interferenzwahrscheinlichkeit der Funkumgebung und dem Finden von freien Lücken im Spektrum.
Kanal Identifikation mit Channel State Information (CSI) und Vorhersage der Kanalkapazität für die Übertragung.
Sendeleistungseinstellung und dynamisches Spektrummanagement.

Die ersten beiden Punkte werden im Empänger ausgeführt, der dritte im Sender. Daraus ergibt sich ein kognitiver Kreislauf durch die Interaktion mit verschiedenen Frequenzen. Der grundlegende Aufbau dieses Kreislaufs ist in Abb. 1 zu sehen.

Die folgenden Funktionalitäten eine CR dienen dee effizienteren und flexibleren Nutzung des zur Verfügung stehenden Spektrums:

Frequency agility
Dynamic frequency selection
Adaptive modulation
Transmit power control
Location awareness
Negotiated use

Auch wenn einige rechtliche und gesetzliche Probleme erst noch gelöst werden müssen um eine breite Anwendung dieser Ansätze zu ermöglichen, ist CR dennoch ein lohnender Forschungsgegenstand. Im Falle von CR ist Primary Source Detection (sensing) eine der wichtigsten Komponenten, die darauf abzielt herauszufinden ob es Primärnutzer im betrachteten und anvisierten Spektrum gibt. Hoch verlässliches sensing wird für CR benötigt und soll durch effiziente Algorithmen kombiniert mit Kooperation der Knoten im CR Netz gewährleistet werden.