Radio cognitiva interweave

Los acercamientos de overlay descritos anteriormente requieren un conocimiento a priori del mensaje no cognitivo en el transmisor cognitivo, que es generalmente muy difícil de obtener en la práctica (al menos que los transmisores estén en la proximidad cercana). Específicamente, cuando los transmisores cognitivos y primarios están el uno cerca del otro, la relación señal a ruido primaria en el receptor cognitivo es mayor que en el receptor primario. El transmisor cognitivo, por lo tanto, debería ser capaz de decodificar el mensaje no cognitivo en una parte del tiempo que le tomaría al receptor primario hacerlo. Sin embargo, si esto es o no posible dependería de la estrategia de transmisión del codificador no cognitivo; a una relación señal a ruido más alta no permitiría en general la decodificación más rápida del mensaje.

En escenarios generales, la operación concurrente de usuario cognitivo y primario invariablemente provoca la interferencia en el receptor no cognitivo, la cual no es deseada. La solución entonces es tratar de evitar completamente esta interferencia permitiendo al usuario cognitivo transmitir sólo sobre huecos del espectro que surjan en tiempo, espacio y en frecuencia. Esta es la idea central detrás del acercamiento de interweave [1].

Si se observan los modelos de radio cognitiva underlay y overlay implican transmisiones simultáneas no cognitivas y cognitivas. La protección a los usuarios no cognitivos puede ser garantizada limitando, en alguna medida, la interferencia causada por la comunicación cognitiva a los usuarios no cognitivos. Para estos sistemas, la detección de los huecos del espectro no es necesaria, constituyendo la cuestión fundamental sobre la cual está basada los sistemas interweave. En otras palabras, para establecer una comunicación eficiente en una radio cognitiva interweave, el sistema debe ser capaz de comunicarse eficazmente por los agujeros espectrales sin causar ninguna interferencia a los usuarios no cognitivos activos, por lo que el conocimiento de la ocupación de los usuarios no cognitivos en diferentes bandas de frecuencia es requerido. La detección exacta de la presencia de sistemas no cognitivos sobre un amplio ancho de banda es por lo tanto crucial para la operación de la radio cognitiva interweave.

La tarea de detección de los huecos del espectro es difícil, por lo general, debido a la degradación de la señal causada por los efectos del debilitamiento de la señal. Además, las no linealidades a nivel de dispositivo y la interferencia de otra radio no licenciada causan una incertidumbre en la potencia de ruido vista en el receptor cognitivo, lo cual impone limitaciones adicionales en el sensado de los usuarios no cognitivos. También, debido a la naturaleza dinámica de la actividad del usuario no cognitivo, el sensado del espectro requiere de una realización periódica del mismo para actualizar la información de ocupación de las bandas del espectro radioeléctrico [1].

El sensado del usuario no cognitivo en ambientes prácticos es gobernado generalmente por límites en las probabilidades de la pérdida de detección y de falsas alarmas, especificadas ambas en una característica de funcionamiento del receptor.

Múltiples usuarios cognitivos tienen que monitorear la actividad del usuario no cognitivo y después intercambiar con los otros usuarios cognitivos estimaciones de la disponibilidad del espectro para deducir la presencia de los usuarios primarios [1]. Se ha visto limitada la investigación en referencia a los protocolos de diseño convenientes para el intercambio de la información entre los nodos de detección del ambiente dinámico de radio cognitivo.

2.5.3.1 Modelado del enlace de radio cognitivo interweave

Si se asume un solo usuario cognitivo con la presencia de uno o más usuarios primarios se obtiene lo siguiente: Debido a la separación física entre el transmisor cognitivo y el receptor cognitivo, la actividad no cognitiva local del usuario sensado en cualquier terminal de una conexión de radio cognitiva interweave será diferente. La detección, por lo tanto, tendrá que ser realizada en el transmisor cognitivo y en el receptor cognitivo. Como resultado del sensado local en el transmisor cognitivo y en el receptor cognitivo, se reconoce que el ambiente espectral es “distribuido” y “dinámico”.

El término “distribuido” se utiliza para acentuar que la actividad no cognitiva del usuario detectado en la vecindad del transmisor cognitivo difiere de la detectada alrededor del receptor cognitivo. El transmisor cognitivo, por lo tanto, no tiene automáticamente el conocimiento completo de la actividad del usuario no cognitivo en la vecindad del receptor cognitivo. Similarmente, hay una incertidumbre en el receptor cognitivo sobre la actividad

no cognitiva del usuario en el transmisor. Cuanto más grande sea la separación entre el transmisor y el receptor cognitivo, menos puntos en común habrá en sus respectivas regiones de detección.

La actividad de los usuarios no cognitivos es también “dinámica” puesto que diferentes usuarios primarios pueden convertirse en activos e inactivos en diversos segmentos del espectro. Por lo tanto, la actividad del usuario primario obtenida en el transmisor y en el receptor cognitivo cambiará con el tiempo. Esto aumenta la incertidumbre en cualquier terminal de la conexión referente a las oportunidades de comunicación detectadas en el otro extremo [1].

2.6 Conclusiones parciales del capítulo

Las redes de radio cognitiva se pueden diseñar según las condiciones del escenario de la red sobre la cual se implementarían. El diseño se realiza básicamente mediante los modelos de underlay, overlay e interweave. Independientemente que cada uno tenga sus características propias, en su conjunto tienen como finalidad aumentar la eficiencia del espectro introduciendo en el mismo nuevos usuarios y servicios emergentes de la manera más eficaz.

En particular el paradigma underlay pone estrictos límites sobre la interferencia que todos los usuarios cognitivos en un cierto canal de frecuencia pueden causar al usuario primario o al resto de los usuarios primarios que ocupan el mismo canal de frecuencia. Por esta razón, el reto propuesto para este paradigma reside en la estimación de dicha interferencia. En los sistemas overlay, los transmisores de usuarios cognitivos intentan reducir la interferencia a través de técnicas de codificación que faciliten las comunicaciones a todos los usuarios. En este caso, el reto está representado por el conocimiento previo de los mensajes de los usuarios primarios.

El paradigma interweave requiere que los usuarios cognitivos se comuniquen eficientemente mediante uso de los huecos espectrales en tiempo, espacio y frecuencia, cuando éstos no estén siendo utilizados por los usuarios primarios. En este caso, el reto es

representado por la función de sensado, que tiene que ser lo suficientemente sofisticada para detectar la presencia de los usuarios primarios.