APLICACION DE RADIO COGNITIVO PARA TECNICAS DE CODIFICACION Y CONTROL DE ERROR

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y

ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LÓPEZ MATEOS”

INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

“APLICACIÓN DE RADIO COGNITIVO

PARA TÉCNICAS DE

CODIFICACIÓN Y CONTROL DE ERROR”

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

PRESENTA:

JOSÉ VLADIMIR HERRERA SÁNCHEZ

ASESORES:

M. EN C. DAVID VÁZQUEZ ÁLVAREZ

M. EN C. GABRIELA SÁNCHEZ MELÉNDEZ

ING. LUIS GUILLERMO LÓPEZ GONZÁLEZ

A mis padres Ramón y Tere.

Por su infinito amor, su apoyo incondicional y

comprensión que me han alentado en todo el camino para

la culminación de mi carrera profesional, porque siempre

fueron y serán el pilar para alcanzar todos mis objetivos y

cumplir todas mis metas, por sus sacrificios, desvelos y

consejos que sin duda los valoré y ahora han dado frutos.

A mi hermana Montse.

Por su gran cariño, apoyo y confianza, porque creyó en mí

y siempre tuvo las palabras correctas para seguir adelante

y no claudicar a lo largo de esta meta y también a su

nueva familia Toño y Edson “Chiquitín” que siempre me

dieron ánimos para seguir adelante.

A mi tío Tomás.

Que me brindó su apoyo cuando más lo necesite, me ayudo

a levantarme y me alentó para que no desertará en los

tropiezos que enfrenté en los principios de mi carrera.

A mis maestros, asesores de tesis y amigos

M. en C. David Vázquez Álvarez y M. en. C. Gabriela

Sánchez Meléndez.

marcaron una de las etapas más bellas de mi vida, la de

ser estudiante, por que sigan formando excelentes

profesionistas y nunca pierdan el amor por la enseñanza a

las nuevas generaciones.

A mis amigos.

Alejandro (+), Juan, Dulce, Liliana y a todos mis

compañeros de ICE, por la amistad que formamos a lo

largo de este tiempo en la que nos apoyamos mutuamente

para logra nuestra meta esperando que nuestra amistad

perdure por muchos años.

A todos ellos mi respeto y agradecimiento.

GRACIAS.

CAPÍTULO 1. Comunicaciones Móviles e Inalámbricas.

1.1Introducción ………2

1.2Comunicaciones Móviles ………...2

1.3Servicios de Comunicaciones Móviles ………...3

1.3.1 Telefonía Móvil Terrestre ……….3

1.3.2 Telefonía Móvil Vía Satélite ……….8

1.3.3 Redes Móviles Privada ………..8

1.3.4 Radiolocalización GPS ………..9

1.3.5 Internet Móvil ………9

1.4Comunicaciones Inalámbricas ………..10

CAPÍTULO 2. Radio Definido por Software y Radio Cognitivo.

2.2Radio Definido por Software ………...14

2.3La Arquitectura de un Radio Definido por Software ………...15

2.4Características y Beneficios de un Radio Definido por Software ………19

2.5Radio Cognitivo ………...22

2.5.1 Introducción ……….22

2.6¿Qué es el Radio Cognitivo? ………23

2.7Tipos de Radios Cognitivos ……….24

2.8La Arquitectura del Radio Cognitivo ………...28

2.8.1 La Estructura del Motor Cognitivo y el Dominio del Conocimiento ………..30

2.9Las Características y los Beneficios de un Radio Cognitivo ………32

CAPÍTULO 3. Revisión de Técnicas de Codificación y Control de Error.

3.2Técnicas de Control de Error ………39

3.3Códigos de Bloque ...40

3.3.1 Códigos de Bloque Lineal ...41

3.3.2 Códigos de Distancia Mínima (Códigos Hamming) ...43

3.3.3 Códigos Cíclicos ...46

3.3.4 Códigos Bose-Chaudhuri-Hocquenghem (BCH) ...51

3.3.5 Códigos Reed-Solomon (RS) ...52

3.4Códigos Convolucionales ……….52

CAPÍTULO 4. Implementación, Pruebas y Resultados.

4.1.1 Codificador Cíclico (7,4) ………..56

4.1.2 Decodificador Cíclico (7,4) ………..59

4.1.6 Decodificador Hamming (7,4) ……….68

4.1.7 Implementación del Motor Cognitivo para Codificador ………..71

4.1.8 Implementación del Motor Cognitivo para Decodificador ………..72

Conclusiones.

Anexo.

B. Artículos presentados en congresos ……….98

Glosario.

Diseñar un módulo de software utilizando el concepto de Radio Cognitivo para la utilización de Técnicas de Codificación y Control de Error.

Objetivos Específicos

Revisión de los conceptos de comunicaciones móviles e inalámbricas.

Revisión de los conceptos de Radio Definido por Software y Radio Cognitivo. Revisión de diferentes técnicas de codificación y control de error.

Utilizar el lenguaje C++ para implementar diferentes técnicas de codificación y control de error bajo el concepto de Radio Cognitivo.

Justificación

Las comunicaciones móviles han tenido una evolución importante en los últimos años provocando cambios sociales, comerciales y tecnológicos, lo que ha permitido tener el acceso a una amplia gama de medios de comunicación, contenidos y aplicaciones que a su vez han propiciado el desarrollo de nuevas formas y métodos para la transmisión de información de un lugar a otro.

Esto se debe principalmente a los constantes avances de la tecnología en las comunicaciones móviles (generaciones de telefonía celular y transmisión de datos), que ha tenido en los últimos 15 años una increíble evolución, desde que surgió la primera generación (1G), la cual comenzó a finales de los 70´s, caracterizado por usar sistemas analógicos y su uso estrictamente limitado para voz, en los 90´s comenzó a operar la segunda generación (2G) la cual se caracterizó por ser digital lo que permitió brindar servicios digitales enfocados a voz y datos.

En Japón, posteriormente en el 2001 surgió con gran éxito y aceptación la tecnología de tercera generación conocida popularmente como 3G; y que se caracteriza principalmente por la velocidad de la transmisión de datos con acceso inalámbrico a Internet de banda ancha para brindar servicios como videoconferencias, aplicaciones multimedia y televisión, mediante tecnologías como WCDMA, TD-SCDMA, GSM GPRS y CDMA2000.

Actualmente en el desarrollo de la cuarta generación (4G), China se propone como candidato pionero en esta generación, ya que se encuentra haciendo las primeras pruebas de telefonía móvil 4G y se estima que se comercializara hasta el 2010. Dentro de los problemas que se enfrentan por la constante evolución de las comunicaciones móviles es que han surgido un sin número de estándares y técnicas de acceso (GSM, CDMA, TDMA, PDC, WCDMA, TD-SCDMA, GSM-GPRS Y CDMA2000) que han facilitado el uso eficiente de la utilización del espectro pero que necesitan ser soportados por distintas industrias de terminales y de estaciones base.

Para darle una solución a estos problemas, han surgido tecnologías que han empezado a desarrollarse y que están siendo aceptadas y apoyadas por la Industria de la Tecnología de las Comunicaciones prueba de esto es la aplicación del Radio Cognitivo en sistemas de comunicaciones móviles el cual está ayudando a su vez a la evolución del Radio Definido por Software ya que anteriormente la mayoría de estas transmisiones se basaba principalmente en hardware y con muy pocas aplicaciones de software; y que conjuntamente estas dos tecnologías podrían evitar el actual caos en las técnicas de acceso y la falta de flexibilidad de las bandas radioeléctricas no autorizadas, lo que permitirá que existan arquitecturas flexibles y adaptables a sistemas móviles avanzados.

Entre las características del Radio Definido por Software (RDS) se encuentra el uso de dispositivos lógicos programables que ayudan a mejorar el procesamiento de la señal, necesario para la transmisión y recepción de la información, además de que resuelve mucho de los problemas causados por las múltiples interferencias entre usuarios. Algunas de las ventajas que ofrece el RDS es que su software puede ser fácilmente actualizado, el RDS puede detectar las interferencias y satisfacer múltiples necesidades entre las estaciones base y las terminales. Ya que permite la digitalización en radiofrecuencia de las señales, mediante el Muestreo (discretizar en tiempo una señal analógica), Cuantificación (discretizar en amplitud una señal analógica) y Codificación (conversión de una señal analógica a una señal digital representada por un grupo de pulsos digitales con un sistema de código binario) de las señales para su posterior Modulación (conjunto de técnicas para transportar información sobre una onda portadora) que son esenciales para la transmisión y recepción de información lo que permitirá usar una amplia variedad de tecnologías de acceso, y soportar las diferentes redes, lo que propiciará el desarrollo de terminales móviles (3G y 4G) que podrán incorporar múltiples interfases físicos o definidos por software y permitir la conmutación entre diferentes tecnologías de acceso además de facilitar la integración de múltiples arquitecturas de redes de comunicación y su reconfigurabilidad de software de protocolos apoyándose en el uso del Radio Cognitivo.

radio cognitivo nos asegurará que el usuario podrá establecerse en un roaming mundial donde podremos comunicar y transmitir información a pesar de los cambios en la cobertura, conectividad y la carga en el sistema de comunicaciones.

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Capítulo 1

Comunicaciones Móviles e Inalámbricas.

En este capitulo se revisarán los diversos tipos de comunicaciones móviles e inalámbricas existentes, sus características, los estándares que han surgido, y las nuevas tecnologías que se están implementando, lo que reflejará la gran evolución que se ha tenido en los últimos años y las dificultades que se están presentando; además se revisarán los avances que se han tenido en la tecnología inalámbrica que actualmente han traído como consecuencia que se tenga una gran demanda para tener acceso a Internet disponible en cualquier momento.

1.1

Introducción

_________________________________________________________________________

Las comunicaciones han tenido en los últimos 15 años grandes avances tecnológicos lo que ha propiciado grandes cambios sociales y comerciales en la forma de comunicarse y de transmitir información de manera rápida y óptima, ya que su evolución comenzó siendo un servicio analógico para después transformarse a un servicio digital además de que se agregaron otros grandes beneficios para los usuarios (identificador de llamadas, transmisión de datos, mensajes cortos, Internet, videoconferencias, etc.) de tal forma que se tenga una comunicación total, todo esto se han desarrollado de tal forma que se ha convertido en un servicio ampliamente utilizado pero que a su vez a requerido de constantes avances tecnológicos lo que ha originado que se tengan un sin número de estándares y no se tenga actualmente un estándar a nivel mundial para comunicaciones móviles generando constantemente grandes inversiones en cuestión de terminales y estaciones base, sin embargo uno de los grandes beneficios que se han obtenido a pesar de todo lo anterior es que este tipo de comunicaciones actualmente esta disponible para cualquier usuario, lo que ha permitido que tenga el acceso a una amplia gama de medios de comunicación y aplicaciones, lo que ha permitido que el usuario pueda comunicarse rápidamente y eficientemente de forma móvil e inalámbrica.

1.2

Comunicaciones Móviles

_______________________________________________________________

Las comunicaciones siempre han tenido como objetivo primordial transmitir o mover información de un lugar a otro, por lo que sus principales formas en que lleva acabo su comunicación son por cable o por aire, donde a veces estas dos opciones llegan a participar en un mismo proceso comunicativo (radio, TV y telefonía).

Ventajas:

 Movilidad en sus extremos de conexión.  Proporcionan gran ancho de banda.  No se llevan acabo obras civiles.

 Excluye casi por completo la utilización de cables.  Cubre grandes distancias de transmisión.

Desventajas:

 Mayor inmunidad a amenazas externas (ruido o interferencias).  Competencia por el espectro de radiofrecuencias con otras fuentes.

 Dificultad en la transmisión debido a obstáculos (edificios, árboles, etc.) y a la orografía, con respecto al área de cobertura [1].

1.3

Servicios de Comunicaciones Móviles

_________________________________________________________________________

Entre los servicios de comunicaciones móviles más desarrollados son:

1.3.1 Telefonía Móvil Terrestre

En este tipo de servicios, se utilizan estaciones terrestres que se encargan de monitorear la posición de cada terminal encendida, posteriormente pasa el control de una llamada que este en curso a otra estación y esta a su vez envía la llamada a la terminal de destino.

Cada estación tiene un área de cobertura, es decir, es una zona en que las comunicaciones de una terminal a otra se pueden hacer en buenas condiciones. Las zonas de cobertura teóricamente son hexágonos regulares o celdas como se muestra en la Figura 1.1 pero toman muy distintas formas debido a obstáculos en el medio además de que las celdas se pueden empalmar unas con otras, es por eso, que cuando un móvil se llega a localizar cerca de los límites entre dos celdas, el móvil tomara la estación que le ofrezca mayor nivel de señal.

Los primeros sistemas de telefonía móvil terrestre de 1era Generación (1G), la cual comenzó a finales de los setentas y que en México comenzó a principios de los ochentas, se caracterizó por ser analógico, sus terminales eran muy voluminosos, su cobertura se limitaba solo a grandes ciudades y a las principales carreteras y su uso era estrictamente para voz, además de que empezó a operar en la banda de 800-900 MHz, utilizando un ancho de banda limitado a 20 MHz. Cada estación trabajaba con un rango de frecuencias lo que limitaba a un numero máximo de llamadas simultáneas que podía soportar, puesto que a cada llamada se le asignaba un par de frecuencias diferente una para cada sentido de la comunicación, ya que su método de acceso al medio se realizaba por medio de FDMA (Frequency Division Multiple Access / Acceso Múltiple por División de Frecuencia) es decir que divide el ancho de banda disponible entre varios canales donde cada canal se le asigna a los distintos usuarios que ocupan una parte del ancho de banda de la frecuencia total, por lo que era muy ineficiente, insegura e imprecisa.

Entre las tecnologías más sobresalientes de esta generación destacan NMT (Nordic Mobile Telecommunications/Telefonía Móvil Nórdica) y TACS (Total Access Communications System / Sistema de Comunicación de Acceso Total) implantado en Europa, AMPS (Advanced Mobile Phone System/Sistema Telefónico Móvil Avanzado) en USA y NAMTS (Nippon Advanced Mobile Telephone System/Sistema Telefónico Móvil Avanzado Nipón) en Japón, todos estos estándares se sintetizan en la tabla 1.1 [1-3], [7].

NAMTS(Sistema Telefónico Móvil Avanzado Nipón)

AMPS(Sistema Telefónico Móvil Avanzado)

NMT(Telefonía Móvil Nórdica)

TACS(Sistema de Comunicación de Acceso Total)

ESTÁNDARES JAPONESES ESTÁNDARES

NORTEAMERICANOS ESTÁNDARES

EUROPEOS

NAMTS(Sistema Telefónico Móvil Avanzado Nipón)

AMPS(Sistema Telefónico Móvil Avanzado)

NMT(Telefonía Móvil Nórdica)

TACS(Sistema de Comunicación de Acceso Total)

ESTÁNDARES JAPONESES ESTÁNDARES

NORTEAMERICANOS ESTÁNDARES

EUROPEOS

Tabla 1.1.- Estándares de la telefonía móvil de primera generación.

Los sistemas de telefonía móvil terrestre de 2da Generación (2G) comenzaron a operar en los noventas se caracterizaron por ser digitales, el tamaño de sus terminales se hicieron cada vez más pequeños, su espectro de radiofrecuencias opera en bandas de 1850-1970 MHz lo que origino que sus coberturas se extendieran, se comenzó a transmitir datos, se introduce el envío de mensajes SMS (Short Message Service / Servicio de Mensajes Cortos) y la compatibilidad entre los servicios mejora.

Personal) introducidos por NTT DoCoMo que solo se utilizó en Japón, estos estándares se sintetizan de manera más general en la tabla 1.2 [1-3], [7].

PDC(Celular Digital Personal)

CDMA(Acceso Múltiple por División de Código)

TDMA(Acceso Múltiple por División de Tiempo)

GSM(Sistema Global para las Comunicaciones Móviles) ESTÁNDARES JAPONESES ESTÁNDARES NORTEAMERICANOS ESTÁNDARES EUROPEOS

PDC(Celular Digital Personal)

CDMA(Acceso Múltiple por División de Código)

TDMA(Acceso Múltiple por División de Tiempo)

GSM(Sistema Global para las Comunicaciones Móviles) ESTÁNDARES JAPONESES ESTÁNDARES NORTEAMERICANOS ESTÁNDARES EUROPEOS

Tabla 1.2.- Estándares de la telefonía móvil de segunda generación.

A finales de los noventas empezaron a surgir sistemas de telefonía móvil terrestre de Generación 2.5 (2.5G), que servían de puentes entre la segunda generación y la telefonía móvil de tercera Generación UMTS (Universal Mobile Telecommunications System / Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles), que intentó estandarizar las comunicaciones móviles a nivel mundial.

En los sistemas 2.5G surgieron estándares como HSCSD (High Speed Circuit Switched Data Service / Servicio de Datos de Circuito Conmutado de Alta Velocidad) y GPRS (General Packet Radio System / Sistema General de Paquetes por Radio) utilizados en Europa y EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution / Tasa de Datos Mejoradas para la Evolución de GSM) en USA; en México siguen ofreciendo estos servicios mediante las tecnologías GPRS, HSCSD y EDGE por parte de Telcel.

Una de las características principales de los sistemas de telefonía móvil 2.5G fue la velocidad de la información o velocidad de transmisión de datos, que se convirtió en una prioridad en esa generación debido a que se estaban incorporando mejoras y nuevas tecnologías para que posteriormente se evolucionara a la telefonía móvil 3G, ejemplos de estos casos fueron los estándares GPRS que alcanzaron los 115 Kbps, mientras que EDGE los 384 Kbps, una de las características del sistema EDGE es que permitió que los operadores de GSM y TDMA integraran a sus redes este sistema mientras que Japón fue directo a la telefonía móvil de tercera Generación (3G) en el 2001, estos estándares se sintetizan en la tabla 1.3 [1-4], [7].

EDGE(Tasa de Datos Mejoradas para la Evolución de GSM )

GPRS(Sistema General de Paquetes por Radio )

HSCSD(Servicio de Datos de Circuito Conmutado de Alta Velocidad )

ESTÁNDARES NORTEAMERICANOS ESTÁNDARES

EUROPEOS

EDGE(Tasa de Datos Mejoradas para la Evolución de GSM )

GPRS(Sistema General de Paquetes por Radio )

HSCSD(Servicio de Datos de Circuito Conmutado de Alta Velocidad )

ESTÁNDARES NORTEAMERICANOS ESTÁNDARES

EUROPEOS

Posteriormente los sistemas de telefonía móvil terrestre de 3ra Generación (3G) empezaron a operar en el 2001, el primer país en implementar una red comercial 3G a gran escala fue Japón, por NTTDoCoMo, en Europa y parte de Asia operaron en el 2002, los sistemas de telefonía móvil terrestre utilizan CDMA (Code Division Multiple Access / Acceso Múltiple por División de Código ) para compartir el espectro entre usuarios y su ancho de banda es superior a los 5MHz, lo cual permite incrementar las velocidades de descarga de datos y ser superiores a los 3 Mbps e incrementa el desempeño en general de los equipos, otra de las características de la 3G es que permite tener una transmisión de datos con acceso inalámbrico a Internet de banda ancha para brindar servicios como videoconferencias, videollamadas, aplicaciones multimedia y televisión mediante tecnologías como WCDMA (Wideband-Code Division Multiple Access / Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha ) implementados en Europa y Japón, TD-SCDMA (Time Division Synchronus Code Division Multiple Access / Sincronización por División de Tiempo mediante el Acceso Múltiple por División de Código) en China, GSM GPRS (Global System for Mobile CommunicationsGeneral Packet Radio System / Sistema Global para las Comunicaciones Móviles mediante el Sistema General de Paquetes por Radio) y CDMA2000 en América, estos estándares se sintetizan en la tabla 1.4.

En México, a pesar de las constantes evoluciones y de las nuevas y múltiples aplicaciones que han surgido, los proveedores de telefonía celular (Iusacell, Telcel, Telefónica Movistar, Unefon y Nextel) se han visto en la necesidad de actualizarse más rápidamente en cuestión de nuevos equipos y servicios, un ejemplo de esto ha sido la compañía Iusacell que sea caracterizado por ser una de las primeras compañías en ofrecer nuevos servicios y tecnologías en el mercado la cual fue pionera al introducir la tercera generación en el país en el 2004 ofreciendo la tecnología CDMA 2000, mientras que otras compañías como Telcel se acaba de implementar la 3G a principios del 2008 mediante la tecnología GSM GPRS.

TD-SCDMA

(Sincronización por División de Tiempo mediante el Acceso Múltiple por División de Código)

CDMA 2000(Acceso Múltiple por División de Código 2000)

GSM GPRS (Sistema Global para las Comunicaciones Móviles mediante el Sistema General de Paquetes por Radio)

WCDMA(Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha) ESTÁNDARES CHINOS ESTÁNDARES NORTEAMERICANOS ESTÁNDARES EUROPEOS Y JAPONESES TD-SCDMA (Sincronización por División de Tiempo mediante el Acceso Múltiple por División de Código)

CDMA 2000(Acceso Múltiple por División de Código 2000)

GSM GPRS (Sistema Global para las Comunicaciones Móviles mediante el Sistema General de Paquetes por Radio)

WCDMA(Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha) ESTÁNDARES CHINOS ESTÁNDARES NORTEAMERICANOS ESTÁNDARES EUROPEOS Y JAPONESES

Tabla 1.4.- Estándares de la telefonía móvil de tercera generación

•NMT •TACS •AMPS •NAMTS 1G •GSM •CDMA •TDMA •PDC 2G •GPRS •HSCSD •EDGE 2.5G •WCDMA

•CDMA 2000

•GSM GPRS

•TD-SCDMA 3G

Fig. 1.2.- Estándares de la telefonía móvil desde la primera generación hasta la tercera generación.

SERVICIOS ANALÓGICOS

•Servicios de voz •Cobertura limitada •Baja calidad de

servicio (QoS) •Bajo nivel de

estandarización •Baja velocidad de

transmisión •Conmutación de

circuitos

1G

SERVICIOS DIGITALES

•Servicios de voz y SMS •Cobertura extensa •Gran (QoS)

•Fuerte estandarización •Baja velocidad de

transmisión •Conmutación de

circuitos

2G

SERVICIOS MULTIMEDIA

•Servicios de voz y datos •Cobertura extensa •Gran (QoS)

•Fuerte estandarización •Alta velocidad de

transmisión •Conmutación de

paquetes

3G

Fig. 1.3.- Características de la telefonía móvil desde la primera generación hasta la tercera generación.

En los sistemas de telefonía móvil terrestre de 4ta Generación (4G), todavía está por definirse, pero ya se está trabajando en las características que deberá cumplir este tipo de tecnología, mientras tanto China se propone como candidato pionero en esta generación, en Shangai se llevan acabo los primero ensayos en el mundo con tecnología móvil de cuarta generación, completamente desarrollada por investigadores del país, la cual transmite datos hasta 50 veces más rápido que la 3G, se pretende comercializar en el 2010.

Japón también está experimentando con las tecnologías de cuarta generación, estando la empresa de telefonía NTTDoCoMo a la vanguardia, esta empresa ha presentado los primeros móviles de cuarta generación que están desarrollando aunque de momento se trata solo de prototipos.

combinada con otros usos y tecnologías como Wi-Fi (Wíreless-Fidelity / Fidelidad Inalámbrica) y Wi-Max (Worldwide Interoperability for Microwave Access / Interoperabilidad Mundial para Acceso por Microondas) lo que permitirá a la 4G tener una gama de tecnologías y protocolos que permitirán el máximo rendimiento de procesamiento con la red inalámbrica más barata sustituyendo la comunicación o el acceso vía radio de tipo CDMA al uso del RDS (Radio Definido por Software) para su optimización, en la Figura 1.4 se muestran algunas de las características que podría ofrecer la 4G [2], [5-8].

SERVICIOS MULTIMEDIA

• Servicios de voz, audio y video en tiempo real

• Establecer un Roaming Mundial • Gran QoS

• Fuerte estandarización • Máxima velocidad de

transmisión (100Mbps-1Gbps) • Conmutación de paquetes (IP)

4G

Fig. 1.4.- Características de la telefonía móvil de cuarta generación.

1.3.2 Telefonía Móvil Vía Satélite

En este tipo de comunicación las estaciones están en los satélites, que en su mayoría suelen ser de órbita baja, es decir que se localizan a no más de 800km de la Tierra. Su cobertura cubre casi todo el planeta por lo que es una de las principales ventajas que presentan en comparación con la telefonía móvil terrestre, entre las desventajas que tiene este servicio de comunicación son: mayor volumen de la terminal utilizada que se refleja en los precios de las llamadas y sus terminales.

Entre los operadores que ofrecen este servicio a nivel mundial son: Iridium y GlobalStar, el primero esta a punto de comenzar el derribo de sus satélites, debido a las grandes deudas que ha contraído mientras que GlobalStar sus teléfonos se conectan a las redes terrestres si la cobertura de estos se lo permite y sino recurren a los satélites, lo que provoca que su costo sea muy variado y limitado para otras funciones.

Existen otros sistemas que están a punto de operar en los próximos años como son ICO, Skybridge y Teledesic que aparte de prestar servicios de telefonía prestaran servicios como acceso a Internet de alta velocidad y radiobúsqueda.

1.3.3 Redes Móviles Privadas

cerrado. Existen dos modalidades de este servicio. En la primera cada grupo de usuarios utiliza una determinada frecuencia. Y en la segunda el sistema se encarga de asignar las frecuencias libres para los diferentes grupos.

Entre los primeros sistemas se destaca EDACS (Enhanced Digital Access Communications System / Realce al Acceso a Sistema de Comunicación Digital), que es controlado por un equipo fabricado por ERICSSON, muy utilizado por bomberos, equipo de salvamento, policías y ambulancias; es un sistema muy seguro, capaz de establecer comunicación en condiciones muy adversas.

1.3.4 Radiolocalización GPS

La radiolocalización sirve para conocer la posición de un receptor móvil. El sistema más conocido es el GPS (Global Positioning System / Sistema de Posicionamiento Global) que está constituido por una constelación de 24 satélites, divididos en 6 planos orbitales de 4 satélites cada uno. Cada satélite emite una señal con su posición y su hora, codificada con su propio código, lo que permite saber de que satélite se recibe la transmisión, su velocidad le permite pasar por un punto determinado de la tierra dos veces al día. La distribución de los satélites permite averiguar la latitud, longitud, altura y tener una referencia del tiempo donde un receptor es el encargado de recoger las señales de los satélites y procesarlas, entre las aplicaciones más comunes para el GPS son el control de flotas de camiones, taxis, autobuses, navegación marítima y aérea.

1.3.5 Internet Móvil

El servicio de telefonía móvil con acceso a Internet, comenzó con la aparición de WAP (Wireless Application Protocol / Protocolo de Aplicaciones Inalámbricas) ideada por las compañías Nokia, Ericsson, Motorola y Phone, que permitió acceder a diversos contenidos y servicios de Internet desde un móvil a través de conexiones inalámbricas, además puede funcionar sobre tecnologías móviles de segunda y tercera generación, los teléfonos WAP cuentan con un navegador especial (micro-browser o micro-navegador) y un gateway conectado a Internet, que interpreta páginas escritas en una versión reducida de HTML, denominada WML diseñado para pantallas pequeñas, el único inconveniente es que los gráficos se reducen al mínimo.

Entre las aplicaciones más importantes de los teléfonos WAP son el acceso a noticias, pago de compras, e-mail y avisos, etc. lo que convirtió a los móviles en agendas personales, laptops y demás dispositivos de mano.

1.4

Comunicaciones Inalámbricas

_________________________________________________________________________

Este tipo de comunicación se caracteriza porque no utiliza un medio físico de propagación alguno, por lo que utiliza la modulación de ondas de radiofrecuencia de baja potencia mediante una banda específica de uso libre, para transmitir entre dispositivos, los cuales se propagan por el espacio sin necesidad de un medio físico que comunique cada uno de los extremos de la transmisión, cabe aclarar que los dispositivos físicos sólo están presentes en los emisores y receptores de la señal, por ejemplo: Laptops, PDAs (Personal Digital Assistant / Asistente Digital Personal), teléfonos celulares, etc. Este tipo de comunicaciones que normalmente no tienen una regulación (comunicaciones de corta distancia), u ondas de radiofrecuencia de alta potencia que requieren normalmente de un permiso para poder transmitir a una frecuencia específica (comunicaciones de larga distancia), lo que permite tener la posibilidad de conectar varios dispositivos entre sí o conectar a una red sin necesidad de cables, entre las aplicaciones básicas de las comunicaciones inalámbricas son:

Dar movilidad a los usuarios de telefonía fija para que puedan efectuar sus llamadas.

Conectar dispositivos entre si.

La idea de establecer una nueva generación de dispositivos inalámbricos tiene la finalidad de establecer capacidades para realizar llamadas de voz con cobertura mundial, obtener y cargar información desde Internet, hacer posible la transferencia de datos por medio de protocolos IP, hacer posible la transmisión en línea de voz, video y audio.

Para poder realizar esto, los principales fabricantes de infraestructura y dispositivos de comunicación inalámbrica han desarrollado consorcios que buscan lograr los sistemas operativos y aplicaciones de software, además de que propiciará el desarrollo de futuros dispositivos inalámbricos y su uso en el soporte de las comunicaciones, entre las principales redes inalámbricas o protocolos destacan:

El estándar DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications / Telecomunicaciones Inalámbricas Mejoradas Digitalmente), implementado en Europa y que fue uno de los primeros estándares para los teléfonos inalámbricos digitales y fueron utilizados para transferencias inalámbricas de datos, donde su radio de operación era de 25 hasta 100mts, posteriormente se trabajo en terminales duales DECT-GSM, lo que permito utilizar las redes de telefonía fija en caso de que se estuviera cerca de las bases que controlan la parte DECT, y las redes de telefonía móvil GSM en el resto de las circunstancias.

comunicaciones para normalizar el modo en que los dispositivos inalámbricos, se pueden utilizar para acceder a correo electrónico, grupo de noticias y otros.

i-mode (Mobile Internet Service / Servicio de Internet Móvil) es un conjunto de tecnologías y protocolos diseñados para poder navegar a través de minipáginas diseñadas específicamente para dispositivos móviles como celulares o PDAs el cual está diseñado

para ser empleado con los móviles de última generación. Se utiliza para mostrar las páginas

un lenguaje muy parecido al HTML normal pero modificado para los teléfonos móviles.

Wi-Fi (Wíreless-Fidelity / Fidelidad Inalámbrica) o red de área local inalámbrica (WLAN / Wíreless Lan-Red Inalámbrica), es un conjunto de estándares para redes inalámbricas, el cual es utilizado en redes locales inalámbricas pero actualmente también es utilizado para acceder a Internet, lo que permite acceder a redes privadas de empresas. Fue diseñada para ambientes inalámbricos internos y con capacidad sin línea de vista de muy pocos metros.

Wi-Max (Worldwide Interoperability for Microwave Access / Interoperabilidad Mundial para Acceso por Microondas) es un estándar de transmisión inalámbrica de datos, que proporciona accesos concurrentes en áreas de hasta 48 Km. de radio y a velocidades de hasta 70 Mbps, utilizando tecnología que no requiere visión directa con las estaciones base. Wi-Max es un concepto parecido a Wi-Fi, pero con mayor cobertura y conectividad de banda ancha, fue diseñado como una solución de última milla en redes metropolitanas (MAN) para prestar servicios a nivel comercial.

Bluetooth (Bluetooth / Diente Azul), es utilizado para la conexión de dispositivos, se trata de una iniciativa completamente privada, en la que están involucradas empresas, como Ericsson, Toshiba, IBM, Motorola, Qualcomm, Lucent, Compaq, utilizando la banda de los 2.4 GHz que permite enlazar dispositivos vía radio situados a distancias de entre 10cm y 10mts, permitiendo que los ordenadores, laptops, cadenas de música, y otros dispositivos puedan conectarse entre sí a través de estas terminales.

En el desarrollo de dispositivos de acceso inalámbrico con el protocolo WAP y la tecnología Bluetooth también tiene fines como disminuir la interferencia entre los receptores y hacerlos compatibles en una sola plataforma para el intercambio de archivos y la comunicación.

Sin embargo, también existen ventajas y desventajas en la comunicación inalámbrica como son:

Ventajas:

 Movilidad para conectarse y comunicarse vía Internet.  Gran capacidad y cobertura de red.

Desventajas:

 El desarrollo de esta tecnología es mucho más lenta en comparación con los sistemas de telefonía móvil.

 Problemas en la propagación de múltiples destinos, es decir que cuando se transmite información de un lugar a otro, la señal se separa y empieza a rebotar en objetos (árboles, autos, edificios, etc.) en su camino.

 Existe interferencia de usuarios múltiples, es decir los usuarios interfieren unos con otros.

En un futuro las aplicaciones aumentarán con la transmisión de audio y video en tiempo real especialmente para los servicios médicos, televisión móvil, conferencias y video musical donde será necesario ampliar el ancho de banda, para que los equipos tengan una mayor calidad, eficiencia y fidelidad [10-14].

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Capítulo 2

Radio Definido por Software y Radio Cognitivo.

En este capitulo se definirá el concepto de Radio Definido por Software, la importancia que tiene en las comunicaciones móviles e inalámbricas, sus características, la arquitectura y la definición de cada uno de los elementos que la componen, las aplicaciones que se establecerán para una cuarta generación en sistemas de telefonía móvil y finalmente las características a una evolución hacia el establecimiento de un Radio Cognitivo.

2.1

Introducción

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Dentro de los problemas que se enfrenta por la constante evolución de las comunicaciones móviles, es el surgimiento de un sin número de estándares (GSM, CDMA, TDMA, PDC, WCDMA, TD-SCDMA, GSM-GPRS y CDMA200) y técnicas de acceso al medio (FDMA, CDMA, WCDMA), que han facilitado el uso eficiente de la utilización del espectro pero que necesitan ser soportados por distintas industrias de terminales y de estaciones base. Además de que se ha generado una gran demanda en la conectividad inalámbrica de Internet pero con múltiples servicios, por ejemplo la integración de servicios para ofrecer una perfecta cobertura global y un control sobre la calidad de servicio (QoS), todo esto mediante protocolos o estándares (WAP, i-mode, Wi-Fi, Wi-Max, Bluetooth) que propiciarán el desarrollo de futuros dispositivos inalámbricos y utilizarlos en el soporte de las comunicaciones.

Para darle una solución a estos problemas, han surgido tecnologías que han empezado a desarrollarse y que están siendo aceptadas y apoyadas por la industria de la tecnología de las comunicaciones prueba de esto es el Radio Definido por Software (RDS). Ya que anteriormente la mayoría de estas transmisiones se basaba principalmente en hardware y con muy pocas aplicaciones de software; el cual tendrá aplicaciones en sistemas de comunicaciones móviles para que posteriormente el RDS evolucione al establecimiento de un Radio Cognitivo, estas dos tecnologías podrían evitar el actual caos en las técnicas de acceso y la falta de flexibilidad de las bandas radioeléctricas no autorizadas, lo que permitirá que existan arquitecturas flexibles y adaptables a sistemas móviles avanzados.

2.2

Radio Definido por Software

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La radio es un sistema de comunicación inalámbrica el cual emplea la transmisión de información por medio de ondas radioeléctricas propagadas por el espacio, donde el propósito de un radio es propiciar movilidad y la creación de redes para facilitar la comunicación; anteriormente la mayoría de estas transmisiones se basaban en hardware y con muy pocas aplicaciones de software.

decir, una misma pieza de hardware puede realizar diferentes funciones en diferente tiempo [15-16].

Esta clase de radio acepta información de tráfico programable y de control con el fin de soportar cualquier rango de frecuencias e interactuar en el medio mediante aplicaciones de software es decir su funcionalidad permite que se actualice o se reconfigure mediante software esto debido a la gran variedad de diferentes tipos de enlace de radio que están en servicio, las diferentes frecuencias de funcionamiento, las diferentes técnicas de modulación para imprimir información sobre las ondas de radio y los diferentes formatos de codificación de la información o protocolos.

El RDS mejorará las técnicas de modulación, la detección y corrección de errores, los procesos de código, funciones de seguridad en comunicaciones y requerimientos en la forma de onda, todo lo anterior podrá ser fácilmente programable ya sea para transmitir y recibir una amplia gama de frecuencias utilizando una variedad de formatos de transmisión utilizados en todo el mundo, el control sobre la radiofrecuencia lo que deriva la flexibilidad a través de software y el cual podrá aplicarse a equipos tales como las estaciones base de los sistemas de telefonía móvil debido a que se incluyen en ellas grandes infraestructuras fijas además también existen otras áreas de máximo interés como es el caso en las aplicaciones militares y de defensa.

El Radio Definido por Software propiciará la creación de una revolución en las comunicaciones inalámbricas basadas en tecnologías de radio reconfigurable y hacer frente a muchas de las problemáticas que enfrenta la industria inalámbrica tales como la incompatibilidad en los estándares de telefonía móvil y las diferencias en los servicios que ofrecen los diferentes operadores que compiten en el mercado por lo que se debe de considerar la integración de múltiples arquitecturas de comunicaciones además de que no solo se debe tomar en cuenta el nivel de hardware sino también la parte del software que establecerá los pasos a seguir para realizar una comunicación eficiente [15-16], [18].

2.3

La Arquitectura de un Radio Definido por Software

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Anteriormente los equipos receptores y transceptores de radiocomunicaciones estaban constituidos por múltiples componentes electrónicos, los cuales a su vez formaban parte de circuitos sintonizadores, etapas de frecuencia intermedia, amplificadores, filtros, osciladores, etc., es decir estaban constituidos por hardware, pero se pensó en introducir la posibilidad de controlar los equipos de radio desde una computadora, añadiéndole al equipo de radio puertos de comunicación o interfaces para la conexión a la PC.

se reconfigure por sí mismo basándose en el sistema con el que interactúa y las funciones que este soporte. Debe tener la capacidad por medio de su software de hacer correcciones en su modulación, en la detección y corrección de errores, en los procesos de código, establecer un control en el acceso a la radiofrecuencia todas estas capacidades se deriva de la flexibilidad a través de su software al usar una plataforma estática del hardware [19-20].

Para todo lo antes mencionado el RDS usa dispositivos digitales programables para mejorar el procesamiento de la señal necesarios para transmitir y recibir información en banda base a radiofrecuencias, el procesado digital se realiza mediante software utilizando herramientas como:

Procesadores Digitales de Señales / Digital Signal Processors (DSP´s).

Arreglos de Compuertas de Campo Programables / Field Programable Gate Array (FPGA´s).

Aplicación de Circuitos Integrados Específicos / Application Specific Integrated Circuits (ASIC´s).

Todos basados en software para proveer de funcionalidad del procesamiento de la señal requerido, el RDS definirá el esquema de modulación a emplear (AM, FM, PM, SSB) [19], [21].

Una arquitectura básica de un RDS se muestra en la Figura 2.1. (7) Unidad de proces a miento E/S (UES) (1) Unidad de enlace INFRAESTRUCTURA COMUM (2) Unidad de radio frecuen cia (URF) (3) Unidad de frecuen cia Interme dia (UFI) (4) Unidad A/D y D/A (CAD/ CDA) (6) Unidad de control de trans misión (UCT) (8) Unidad de procesa miento de tempori zación de extremo a extremo (UPT) (5) Unidad de banda base (UBB)

SOFTWARE SOFTWARE SOFTWARE SOFTWARE SOFTWARE SOFTWARE SOFTWARE SOFTWARE

T RA NS M IS O R RE C E P T O R (7) Unidad de proces a miento E/S (UES) (1) Unidad de enlace INFRAESTRUCTURA COMUM (2) Unidad de radio frecuen cia (URF) (3) Unidad de frecuen cia Interme dia (UFI) (4) Unidad A/D y D/A (CAD/ CDA) (6) Unidad de control de trans misión (UCT) (8) Unidad de procesa miento de tempori zación de extremo a extremo (UPT) (5) Unidad de banda base (UBB)

SOFTWARE SOFTWARE SOFTWARE SOFTWARE SOFTWARE SOFTWARE SOFTWARE SOFTWARE

T RA NS M IS O R RE C E P T O R

Fig. 2.1.- Arquitectura básica propuesta de un radio definido por software.

UNIDAD DE ANTENA.- Es el elemento que realiza la adaptación desde el medio en que se generan las ondas al medio en el que se propagan, y viceversa por lo que se requiere de una antena omnidireccional, de baja pérdida y de banda ancha, debido a que pueden ser usadas por una variedad de sistemas de comunicaciones inalámbricas.

emisión y recepción es máxima, lo que permite aumentar la capacidad del sistema mediante una reutilización más densa de las frecuencias disponibles esto lo hace mediante tecnologías de procesamiento de señales basada en arreglos de antenas haciendo posible seleccionar el funcionamiento del RDS de acuerdo a la aplicación y realiza la selección óptima del algoritmo de procesamiento, lo que propiciara una ganancia para minimizar interferencias, multicaminos y ruido.

El software de antena es capaz de realizar acceso múltiple por división de espacio (SDMA), en el cual la antena configura el haz en la dirección de los usuarios elegidos. El acceso múltiple se consigue cambiando la dirección del haz de la antena, o por cancelación de interferencia, en donde el software de antena configura la dirección hacia el usuario deseado o bien asigna nulos en la dirección de interferencias o de usuarios no deseados.

UNIDAD DE PROCESAMIENTO DE LA SEÑAL DE RF (URF).- Es conocida como la etapa frontal de radiofrecuencia (RF), en el lado de la transmisión (URF), las señales vienen de la unidad de frecuencia intermedia (UFI) o de la unidad de banda base y son convertidas a una banda de frecuencia más elevada, estas señales de RF son amplificadas y transmitidas a la unidad de antena es decir se produce una amplificación de la señal entregada por las etapas anteriores hasta el nivel de potencia suficiente para su transmisión por el medio físico.

En la recepción, las señales recibidas por la unidad de antena se amplifican a un nivel constante que es conveniente para el procesamiento de la señal y son convertidas directamente hacia abajo a una banda de frecuencia intermedia FI o bien a banda base es decir su función es convertir la señal de radio recibida, transfiriéndola a frecuencias muy inferiores. El procesamiento de la señal de esta etapa se hace con un circuito analógico (filtros de banda seleccionables en el paso de la antena), además de que la señal se recibe con una gran atenuación, su nivel debe de incrementarse miles de veces y sin agregar ruido, antes de poder procesarla en los circuitos siguientes.

Por lo que la linealidad o eficiencia del amplificador de RF y el método de conversión a bandas de frecuencia más bajas en el receptor son puntos de análisis principales debido a las altas frecuencias empleadas.

UNIDAD DE PROCESAMIENTO DE SEÑAL DE FRECUENCIA INTERMEDIA (UFI).- Es conocida como la unidad (UFI) donde en el transmisor las señales de la unidad de conversión analógica a digital y digital a analógica (CAD/CDA) son convertidas hacia arriba a señales de banda de FI, amplificadas y transferidas a la URF es decir se procesa la señal a una frecuencia inferior y después es convertida a un valor final para su posterior amplificación en la aplicación de la antena.

frecuencia recibida a valores más manejables para la unidad CAD/CDA o unidad de banda base.

Cuando las señales de varios sistemas son recibidas en el receptor se debe generar las frecuencias apropiadas para convertir la frecuencia intermedia en frecuencias de trabajo, donde la banda de frecuencia requerida se debe seleccionar usando un filtro analógico para su amplificación en la etapa de frecuencia intermedia.

UNIDAD DE CONVERSIÓN A/D Y D/A (CAD/CDA).- En una primera etapa la señal digital de la unidad de banda base es convertida a una señal analógica usando un CDA, y transferida a una unidad de banda de frecuencia superior (UFI o URF), donde el procesamiento de la señal es realizado en un software usando DSP´s, FPGA´s o ASIC´s y esto se lleva internamente en los convertidores A/D, para convertirlas posteriormente a señales de audio equivalentes para su posterior amplificación y conducirlas a la salida de la antena.

En el receptor las señales de la UFI o de la URF se amplifican a un nivel adecuado para el CAD. Es decir, se incluyen convertidores analógico-digitales (CAD), que digitaliza las señales que se encuentran presentes en las entradas de la tarjeta, lo que posteriormente generara un flujo continuo de bits que representaran digitalmente las señales analógicas de entrada. La señal estabilizada es entonces muestreada por un CAD y enseguida convertida a una señal digital.

UNIDAD DE PROCESAMIENTO DE LA SEÑAL DE BANDA BASE (UBB).- En esta unidad los datos se modulan digitalmente y se transfieren a la unidad CAD/CDA del transmisor. Los datos transmitidos se recuperan a través del uso de la señal muestreada de la unidad CAD/CDA y usando el procesamiento de señal digital en el receptor. En la UBB del transmisor, los bloques referidos a la trama, codificación mapeo/modulación y el filtro de transmisor son los bloques clave. Ya que esta parte contiene toda la información presente en la señal original, por lo que debe mantenerse en la señal convertida, en un ancho de banda determinado y reducido.

Por otra parte, en la UBB del receptor los bloques como el filtro receptor, código y sincronización de símbolo, tasa de conversión de muestreo (remuestreo), demapeo/demodulación y bloque de decodificación son claves en esta sección. Además, en ésta sección se encuentra el bloque de compensación de atenuación (ecualización) y el bloque de eliminación de interferencia para eliminar las señales no deseadas y reducir el ruido. En la mayoría de los casos, la UBB está configurada por varia unidades DSPH (hardware de procesamiento de señales digitales) tales como DSP, FPGA o ASIC. La configuración de las BBUs puede ser modificada cambiando el DSPS (software de procesamiento de señales digitales).

En el caso del receptor, los datos detectados de la UBB son verificados de acuerdo al formato de datos detectados del protocolo de transmisión de la capa MAC. Si el número de errores de bits en los datos detectados es grande, se requiere entonces una retransmisión.

Además de éste control de transmisión, esta unidad maneja también tareas de codificación. En la mayoría de los casos, la UCT se puede configurar a través de una serie de DSPHs, y todos los bloques componentes podrían también ser descritos usando DSPS. A través de la modificación de DSPS, la UCT puede configurar el protocolo de transmisión a conveniencia del usuario.

UNIDAD DE PROCESAMIENTO DE ENTRADA/SALIDA (UES).- En la estación móvil, todos los datos de información vienen de un equipo portátil, de una terminal PDA (asistente digital personal) o de una computadora personal, y todos los datos recibidos regresan a éstas terminales o computadoras. Las unidades de entrada/salida y de sincronización tienen el propósito de realizar conexiones flexiblemente con las terminales externas.

UNIDAD DE PROCESAMIENTO DE TEMPORIZACIÓN EXTREMO A EXTREMO (UPT).- Controla el retraso de transmisión entre el transmisor y el receptor. En la mayoría de los RDS, se usan varios programas de software, los cuales describen todos los componentes de telecomunicaciones dentro de los lenguajes usados por el DSPS, y estos lenguajes se usan para configurar los componentes sobre la unidad DSPH. Este software puede fácilmente modificarse para adaptar los requerimientos de un sistema particular [19-20].

Como se ha visto, cada elemento de procesamiento en un RDS tiene su propio conjunto de módulos de software para su aplicación lo que origina que se tenga en todos los módulos la capacidad de procesamiento de la señal para que sea aplicable al RDS mediante un control sobre la información y su funcionalidad. La ventaja de un RDS es que se le puede atribuir a su sistema cambios entorno a su software de aplicación sin ningún tipo de cambio, sustitución o modificación en el hardware.

El RDS dará una solución a la incompatibilidad entre los estándares de telefonía móvil y las técnicas de acceso al medio, pero ha surgido un nuevo concepto o evolución del RDS, se trata del radio cognitivo el cuál se convertirá en una referencia para desarrollar futuras aplicaciones que se podrían establecer para una cuarta generación de comunicaciones móviles.

2.4

Características y beneficios de un Radio Definido por Software

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relevantes que definirán los sistemas 4G son la movilidad global (Roaming Mundial), la portabilidad del servicio y las mejoras en la gestión de los recursos de forma integrada para asegurar la Calidad de Servicio (QoS) que el usuario demande.

El Radio Definido por Software (RDS) tiene como propósito integrar una cobertura global libre de irregularidades a través de cualquier región geográfica, establecer interfaces con diferentes sistemas y estándares que proveen de servicios completos y libres de irregularidades.

Es decir tener un “Teléfono Móvil Multimodo”, que sea fácil de gestionar, que sea capaz de ofrecer flujos de datos de diferentes niveles de calidad, que se tenga una QoS necesaria para soportar adecuadamente los diferentes tipos de aplicaciones; ya que la utilización de una reconfigurabilidad deberá permitir incrementar la habilidad de la terminal para alcanzar la calidad de servicio requerida, el RDS tiene que comunicarse, manejar cambios dentro del sistema de redes emitidos en los protocolos usando arquitecturas del radio software en el cual el radio se reconfigure a sí mismo basándose en el sistema en el que esté interactuando y las funciones que soporte, propiciando a que los estándares celulares converjan globalmente [17-18].

El uso de tecnologías reconfigurables y procesos de descarga de software, permite plantear el desarrollo de terminales 4G los cuales ofrecerán configuraciones optimizadas para aplicaciones concretas dependiendo de la interfaz del aire que se este utilizando lo que a su vez propiciara el desarrollo de nuevas arquitecturas para las estaciones base y la red de soporte de las comunicaciones. La flexibilidad en la arquitectura le permite a países proveedores de servicios mejorar la infraestructura y comercializar servicios nuevos rápidamente, sin olvidar que el usuario debe tener la habilidad de seleccionar al proveedor de la red y así como también los servicios que necesite. Entre los factores más importantes que propician a que se acepte la implementación del RDS son:

 Reconfigurabilidad.- El RDS permite la existencia simultánea de múltiples módulos de software, empleando diferentes estándares en el mismo sistema lo que permite la configuración dinámica únicamente a través de la selección apropiada del módulo de software para poder funcionar todo esto es posible tanto en los equipos portátiles como en la infraestructura de los equipos.

 Conectividad Ubicua.- La capacidad que tiene el usuario para acceder transparentemente a cualquier servicio, en cualquier lugar y en cualquier momento, lo que permite fácilmente la realización del roaming mundial, lo que hace esta tecnología es facilitar la realización de sistemas de radio de arquitectura abierta.

 Multifuncionalidad.- La capacidad de reconfiguración del RDS para que pueda soportar una variedad casi infinita de capacidades de servicio de un sistema (Bluetooth, WLAN, WPAN, etc.).

geográficas del mundo, lo que ha influenciado el crecimiento del concepto de radio definido por software.

 Compactación y eficiencia de uso de potencia.- La propuesta del RDS ofrece diseños compactos, lo que permite un manejo eficiente de la potencia, especialmente cuando el número de sistemas se incrementa.

 Facilidad de manufactura.- La digitalización de la señal antes de entrar en la cadena del receptor puede resultar en un diseño que incorpore significativamente pocas partes, lo que da como consecuencia un inventario reducido para el fabricante.

 Facilidad de actualización.- Durante el transcurso de la implementación, los servicios requieren actualizarse o en su caso deben introducirse nuevos servicios. Tales cambios deben realizarse sin la interrupción o la desestabilización de la operación de la infraestructura actual [18], [24].

El reto principal del RDS es brindarle al usuario un teléfono móvil que utilice cualquier servicio en cualquier región del mundo, lo cual es posible sólo reconfigurando el aparato receptor para cualquier estándar de telefonía móvil usado en la región respectiva, haciendo un uso dinámico de descarga de software para cubrir el estándar necesitado de la interfaz de aire, es decir una actualización por aire para la implementación rápida de programas mejorados del software y las características nuevas que vayan surgiendo, con la habilidad para cambiar un sinnúmero de parámetros del sistema en tiempo real [22].

El RDS propicia un eficaz mecanismo para el diseño y la aplicación de dispositivos que se pueden mejorar mediante la actualización de programas, entre las grandes ventajas y aplicaciones tecnológicas destacan:

Ventajas:

 Intercambio transparente de datos, en tiempo real y sin rupturas.

 Calidad en la transferencia de datos como de procesos ejecutándose en diferentes plataformas.

 Ejecución y monitoreo coordinado en tiempo real de los datos o servicios de aplicación y la adaptación de los mismos

 Gestión de eventos y errores.

 Dispositivos de comunicaciones de seguridad pública que puedan comunicarse con cualquier número de organismos distintos de los específicos de las bandas asignadas a cada uno.

 Teléfonos celulares que puedan usar cualquier variedad de redes, bandas de frecuencia y aplicaciones [22-23].

desarrollo de la 4G de comunicaciones móviles, debido a las grandes capacidades y servicios que se pretenden ofrecer al usuario, un esquema donde se presenta la evolución y la implementación del RDS en las comunicaciones móviles e inalámbricas se ve en la Figura 2.2 [15], [24].

2G

1G

•Teléfono móvil

•Tecnología analógica

•Macro células

3G

•Voz digital, envío de mensajes y servicio de datos

•Bucle inalámbrico fijo, servicio LAN inalámbrico

•Celular digital y PCS

•Macro, micro y pico células

4G

•Gran realce en los servicios de comunicación de datos

•Banda angosta y servicios Multimedia de banda ancha

•Espectro superior para aplicaciones de banda ancha

•Macro, micro y pico células

RDS Y LA EVOLUCIÓN DE LAS REDES INALÁMBRICAS

•Gran mejoramiento en la tasa de bits Multimedia

Capa

cid

ade

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s

1980 1990 2000 2010 2020

Radio Definido por Software

Fig. 2.2.- El RDS y su evolución en las comunicaciones móviles e inalámbricas.

2.5

Radio Cognitivo

_______________________________________________________________

2.5.1 Introducción

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todas estas características se logran basándose en la observación de varios factores internos y externos del radio, tales como el espectro de radiofrecuencia, el comportamiento del usuario y el estado de la red, con el fin de comunicarnos eficaz y eficientemente, el radio cognitivo asegura que el usuario podrá establecerse en un roaming mundial donde podremos comunicar y transmitir información a pesar de los cambios en la cobertura, conectividad y la carga en el sistema de comunicaciones [25], [27].

2.6

¿Qué es el Radio Cognitivo?

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Definimos un radio cognitivo como un dispositivo inteligente de comunicación que se da cuenta tanto de su ambiente como de las necesidades aplicativas y se puede reconfigurar para optimizar la calidad de servicio. Después de esta definición, proveemos una solución del nodo de radio cognitivo con una capa inteligente de conciencia, razonando y aprendiendo lo necesario para optimizar su función bajo situaciones dinámicas e imprevisibles. Esa capa inteligente está realizada por un sistema de software llamado motor cognitivo. El motor cognitivo puede ser aplicado para diferentes plataformas de radio reconfigurable por su interconexión general de radio. El motor cognitivo implanta un doble ciclo de cognición como su centro de aprendizaje. El ciclo cognitivo integra la detección, el reconocimiento del ambiente por parte del radio, el razonamiento basado en casos, la creación de soluciones y su mejor solución. El conocimiento del radio esta definido y conocido mediante la implementación de una base de datos para soportar y reforzar lo aprendido a través del ciclo cognitivo.

Será apropiado para aplicaciones diversas, en las cuales la solución del radio cognitivo se enfatizará en sistemas con una arquitectura de plataformas independientes y el motor cognitivo tiene una base de algoritmos de estructura accesible y modular, lo cual puede ser fácilmente reconfigurado para el objetivo del problema. Basado en esta estructura general del nodo de radio cognitivo, un funcionamiento completamente público y seguro del nodo de radio cognitivo (RCPS) es proveer un prototipo de interoperabilidad pública universal para una comunicación segura.

La investigación del radio cognitivo es multidisciplinaria, combinando comunicaciones inalámbricas, ingeniería de radio, mecanismos de aprendizaje, regulación del espectro de radiofrecuencias, la aplicación de servicios, y muchos otros aspectos. La tecnología del radio cognitivo involucra tres campos principales, el dominio de operación, el dominio del radio y el dominio del usuario:

 El dominio del usuario.- Define ambos desde las preferencias de acceso al servicio y los requisitos de ejecución de ambos es decir el proveedor del servicio y el usuario final. Principalmente incluye objetivos como la disponibilidad de acceso, el tipo de servicio y la Calidad de Servicio (QoS). El radio cognitivo necesita interpretar tales objetivos, encontrarlos y adaptarlos a su operación.

 El dominio del radio.- Consiste principalmente en el ambiente y la plataforma del radio. Lo correspondiente a la parte externa y a su autoconocimiento, están combinados para proveer los mecanismos de razonamiento en dos formas: Ya sea proveer de los objetivos en caso de que algunas capacidades de la radio sean utilizadas bajo la observación de las condiciones del ambiente o si no de las restricciones o las limitaciones de los recursos del radio.

El radio cognitivo (RC) dará soporte al sistema de redes de forma eficiente en el espectro de radiofrecuencia, dónde los dispositivos dinámicamente se adapten a sus ambientes operativos, mejorando la eficiencia en el uso de ancho de banda debido a su habilidad para aprender y adaptarse al conocimiento local y global acerca del ambiente del espectro, además sientan su ambiente local, los cambios de ruta, las observaciones de cambios con otros radios cognitivos y eventualmente las acciones sobre este conocimiento compartido para dar soporte a la adaptación [28-30].

2.7

Tipos de Radios Cognitivos

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Existen tres tipos de radios cognitivos (RCs) que en particular pueden adaptar su tecnología de comunicaciones y consecuentemente deben poder observar e interactuar con una variedad de redes existentes de radio. Esto significa que los RCs deberán poder intercambiar frecuentemente información entre ellos en términos de la implementación así como también con los sistemas inalámbricos existentes.

A. Radio IEEE802.22