OFDM-basierte Overlay-Systeme (OOS) zur dynamischen und effizienten Nutzung des Spektrums
Final Report Abstract
Im Forschungsvorhaben OOS wurden einige wichtige Aspekte OFDM-basierter Overlay- Systeme untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse sind von wesentlicher Bedeutung für die Realisierbarkeit von Overlay-Systemen sowie deren Koexistenz mit bereits existierenden Hauptsystemen. Ein zentrales Thema im Kontext von Overlay-Systemen ist die Unterdrückung von Interferenzen von Hauptsystemen auf das Overlay-System, die die Leistungsfähigkeit des OFDM-Systems erheblich beeinträchtigen. Als Beispiel hierfür wird pulsförmige Interferenz im L-Band betrachtet. Ein üblicher Ansatz zur Unterdrückung pulsförmiger Störer ist die Pulsauslöschung, mit der die von Interferenz betroffenen Abtastwerte im Zeitbereich zu Null gesetzt werden. In OFDM-basierten Systemen hat Pulsauslöschung den Nachteil, dass das Löschen weniger Abtastwerte im Zeitbereich zu Inter-Carrier Interferenz führt. Daher wurde die Kompensation des Einflusses der Pulsauslöschung basierend auf einer Rekonstruktion der Inter-Carrier Interferenz vorgeschlagen. Die dafür erforderliche Form der Unterträgerspektren wird aus einem Rechteckfensters mit Einkerbungen abgeleitet, das das Löschen bestimmter Signalanteile bei der Pulsauslöschung repräsentiert. Für die ebenfalls erforderliche Schätzung von gesendeten Datensymbolen und Kanalkoeffizienten wird eine iterative Empfängerstruktur vorgeschlagen. Anhand von Simulationen in einem Szenario mit starker Interferenz wurde gezeigt, dass sich der Einfluss der Interferenz fast vollständig und der Einfluss der Pulsauslöschung auf den durch Auslöschung bestimmter Signalanteile entstehenden SNR-Verlust reduzieren lässt. Ein weiterer wesentlicher Schwerpunkt von OOS bestand in der Untersuchung verschiedener Aspekte der Detektion, die entscheidend für eine funktionierende Koexistenz zwischen lizensiertem System und Overlay-System sowie für eine effiziente Nutzung der Ressourcen ist. Dazu wurde ein Ansatz zur verteilten Detektion von lizensierten Systemen für Overlay-Systeme, die im Ad-Hoc-Mode betrieben werden, entwickelt. Anhand eines Modells aus der Graphentheorie wurden theoretische Grenzen für die minimal notwendige Knotendichte hergeleitet, die eine geforderte mittlere Gesamtentdeckungswahrscheinlichkeit innerhalb des Netzwerks sicherstellen. Dabei wurde sowohl ein unendlich ausgedehntes Systemgebiet als auch ein begrenztes Systemgebiet mit den resultierenden Randeffekten betrachtet. Darauf aufbauend wurde ein dezentraler Ansatz zu Signalisierung der Einzeldetektionsergebnisse einer Station an ihre Nachbarstationen entworfen, um eine dezentrale Implementierung des verteilten Detektionsansatzes zu ermöglichen. Unter Annahme eines Multiband-Szenarios wurde weiterhin ein Verfahren entwickelt, das auf e- ziente Weise das Teilband mit den meisten zur Verfügung stehenden Ressourcen für das Overlay-System sucht. Dazu wurde die Problemstellung als Lernproblem interpretiert, als Markov-Entscheidungsprozess modelliert und die entsprechenden Lernalgorithmen modifiziert. Es wurde gezeigt, dass bei Anwendung dieses Lernansatzes dem Overlay-System im Mittel mehr Ressourcen zur Verfügung stehen als bei zufälliger Wahl eines Teilbands.
Publications
- “Detection of Spectral Resources in Cognitive Radios Using Reinforcement Learning,” Proceedings of IEEE 3rd International Symposium on New Frontiers in Dynamic Spectrum Access Networks, DySPAN 2008, Chicago, IL, USA, 14-17 October, 2008
Ulrich Berthold, Fangwen Fu, Mihaela van der Schaar, Friedrich K. Jondral
- “Distributed Detection in OFDM based Ad Hoc Overlay Systems,” Proceedings of IEEE Vehicular Technology Conference VTC2008- Spring, Singapore, May 11-14, 2008
Ulrich Berthold, Friedrich K. Jondral
- “Interference Mitigation for Broadband L-DACS,” in 27th Digital Avionics Systems Conference (DASC), St. Paul, MN, USA, October 2008, pp. 2.B.2-1 - 2.B.2-12
M. Schnell, S. Brandes, S. Gligorevic, M. Walter, C. Rihacek, M. Sajatovic, B. Haindl
- “Mitigation of Pulsed Interference in OFDM Based Systems,” in 13th International OFDM Workshop (InOWo ’08), Hamburg, Germany, August 2008, pp. 193–197
S. Brandes and M. Schnell
- “Compensation of the Impact of Interference Mitigation by Pulse Blanking in OFDM Systems,” submitted to IEEE Global Communications Conference (Globecom ’09), November 2009
S. Brandes, U. Epple, M. Schnell
- “Dynamic Spectrum Access Using OFDM-based Overlay Systems,” Dissertation, Universität Karlsruhe, Februar 2009
Ulrich Berthold
- “Interference Mitigation for the Future Aeronautical Communication System in the L-Band,” 7th International Workshop on Multi-Carrier Systems & Solutions (MC-SS 2009), May 2009
S. Brandes and M. Schnell
- “Physical Layer Speci?cation of the L-band Digital Aeronautical Communications System (L-DACS1),” 2009 Integrated Communications Navigation and Surveillance (ICNS) Conference, Arlington, VA, USA, May 2009
S. Brandes, U. Epple, S. Gligorevic, M. Schnell, B. Haindl, M. Sajatovic
