radio cognitiva

La Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU), define la radio cognitiva (CR) como “una radio o sistema que detecta y está al tanto de su entorno y se puede ajustar de forma dinámica y autónoma de acuerdo con sus parámetros de funcionamiento de radio” (Hernández, Pedraza, Páez, & Rodriguez-Colina, 2015). La solución que plantea la radio cognitiva al uso ineficiente del espectro radioeléctrico no es otra que el acceso dinámico al espectro (DSA), permitiendo la utilización oportunista de las frecuencias disponibles por parte de los usuarios secundarios (SU), sin causar interferencia a los usuarios primarios (PU) (Hernández, Pedraza, et al., 2015; R. López & Montejo Sánchez, 2015). Lo anterior se materializa a través del proceso denominado ciclo cognitivo (Játiva, 2017; Romero, 2015).

Como se estudió en el epígrafe 1.1, la radio cognitiva ha tenido un impacto positivo en la eficiente explotación del espectro de radiofrecuencias. Para que usuarios de CR puedan transmitir en presencia de un sistema primario empleando sus mismos recursos espectrales y a la vez aplicar con efectividad la política de no interferencia, se emplean las llamadas técnicas de acceso oportuno al espectro [46], según las cuales los nodos de radio cognitiva deben sensar continuamente los espectros de banda ancha [11, 15, 47], identificar el uso que el usuario primario da al mismo en términos de ubicación y tiempo [48], y por último calcular las oportunidades de compartir el espectro a través del ajuste de sus parámetros de transmisión [49] sin que exista la posibilidad de afectar al sistema primario (por ejemplo, cuando el sistema primario no está transmitiendo). Sin embargo, este sensado continuo requiere un procesamiento de señal sofisticado y de alto consumo de energía [50], por lo que ha surgido la interrogante de si es posible realizar esta reutilización de frecuencias sin incurrir en estos gastos de tiempo y energía.

La metodología propuesta parte de una campaña de medición llevada a cabo en la banda de TV digital que se tiene actualmente desplegada en la ciudad de Bogotá, Colombia, se hace un estudio inicialmente estadístico para detectar el nivel del uso del espectro en dicha banda y determinar las posibles oportunidades espectrales que se tienen en periodos de tiempo y ubicaciones geográficas específicas, tomando como referencia estudios que han sido llevados a cabo en otros países, cuyos resultados confirman la disponibilidad y la viabilidad de su aprovechamiento a través de la radio cognitiva. Una vez determinado el modelo de uso espectral en la banda de TV, se propone aplicar el algoritmo hibrido FAHP-TOPSIS para ser aplicado en la etapa de selección u asignación espectral, dentro del proceso cognitivo, de la mejor oportunidad a utilizar en medio de un conjunto de alternativas, basados en los resultados satisfactorios de su aplicación en las bandas de GSM y Wi-Fi.

La escasez de recursos espectrales debido a la constante proliferación de nuevas tecnologías ha conllevado a la necesidad de buscar métodos de asignación del espectro que sean dinámicos. La Radio Cognitiva surge para fomentar mejoras en el uso eficiente del espectro de frecuencias y como un modelo para la comunicación entre usuarios no autorizados explotando las bandas espectrales cuando estas no están siendo utilizadas por los UP. Tiene como objetivo el logro de tres tareas fundamentales que conforman el ciclo cognitivo: detectar el espectro radioeléctrico, compartir el espectro y dirigir el canal de control. En el logro de estas tareas emerge el desafío que tienen los algoritmos de redes radio cognitivas de lograr el Rendezvous para el establecimiento de la comunicación entre usuarios cognitivos.

Una manera de catalogar la radio cognitiva es en el tipo de arquitectura, las redes clásicas o centralizadas son identificadas por que tienen en su infraestructura un control central que administra la comunicación entre usuarios como por ejemplo las estaciones bases de redes de telefonía móvil o un punto de acceso en redes inalámbricas de área local WLAN. Por otro lado, las redes CRAHNs o redes distribuidas se diferencian en que no tienen una columna vertebral en su infraestructura, es decir, que un usuario mediante radio cognitiva puede conectarse en una arquitectura ad hoc con otro usuario en ambas bandas del espectro con o sin licencia sin una coordinación central [9].

El espectro radioeléctrico es un bien que cada país tiene regulado ya que es un recurso limitado y el cual está dictado por estándares internacionales (Grigoris Gkionis, 2017). La asignación del espectro se divide en dos grupos principalmente: las bandas de frecuencia licenciadas y las bandas de frecuencia libre. Cuando un rango de frecuencias (bandas) es administrado por una entidad, se afirma que el espectro es licenciado, por tanto, los usuarios que acceden a ésta son licenciados también, un ejemplo son las entidades prestadoras de servicios móviles celulares; los usuarios licenciados serían todos los que se conectan a esta red, también denominados usuarios primarios (PU) (Mangold, 2004) en radio cognitiva. Por otro lado, están las frecuencias libres en las cuales no hay una entidad que administre el acceso a la red como las redes Wi-Fi y Bluethoot. Cuando un usuario no licenciado accede a una banda de frecuencia licenciada se le denomina usuario secundario (SU) (Haykin, 2005).

De acuerdo con las investigaciones publicadas sobre la ocupación espectral, se evidencia que existe un significativo porcentaje del espectro licenciado que no es utilizado de forma eficiente por los PU (I F Akyildiz, Lee, Vuran, & Mohanty, 2008). La presente propuesta de investigación pretende desarrollar un modelo que permita aprovechar dichas SO por parte de los SU, incluso a través de un enfoque de transmisión multicanal, siempre que el número de SO y de SU lo permita. El modelo planteado permite que los SU que requieran un mayor ancho de banda para aplicaciones de tiempo real se les asignen varios canales de frecuencia para su transmisión. Sin embargo, lo anterior solo será posible si el número de SU que requieren el recurso espectral es menor que la cantidad de SO. Para evaluar lo anterior, el modelo propuesto incorporará un criterio de Equidad (Fairness) para garantizar una asignación equitativa de las SO a los SU. De acuerdo con lo anterior el algoritmo propuesto se ha denominado algoritmo de asignación multicanal con equidad para redes de radio cognitiva (MFA-CRN).

Como se ha mencionado, la definición original de una RC dada por Mitola es la de una radio inteligente, sensible al contexto, capaz de aprender y adaptarse a través de la pila de protocolos en diversas condiciones del entorno [22]. Se asume típicamente que la operación de una RC sigue el ciclo cognitivo completo representado en la Figura 2.2. Cualquier RC sigue este ciclo cognitivo, primero reúne las observaciones del mundo exterior a través de diferentes tipos de sensores, lo que es seguido por la orientación y planificación de posibles acciones, la toma de decisiones entre las diferentes opciones y finalmente la realización de las decisiones tomadas. Mientras este "ciclo externo" se procesa, la RC también aprende de los resultados de sus decisiones y de las entradas sensoriales del mundo exterior, manteniendo la actualización de su modelo del mundo, representando así su percepción de cómo afectaría el medio y sus relaciones con otras radios las diferentes acciones emprendidas [23].

Tradicionalmente, el espectro de RF es administrado por las agencias reguladoras mediante la asignación de partes fijas del espectro para usuarios individuales en forma de licencias renovables. Aunque este enfoque regulador asegura comunicaciones libres de interferencia entre terminales de radio, sufre por la utilización ineficiente del espectro. En años recientes, la CR ha recibido considerable atención por parte de la comunidad científica como una tecnología que permite la gestión eficiente del espectro de radiofrecuencia y su éxito depende de que tan eficiente y ágil sea el proceso de acceso dinámico al espectro (Zhao, Tong, & Swami, 2005) como se muestra en la figura 1, donde se observa que el objetivo fundamental de la CR es encontrar oportunidades espectrales para poder acceder a ellos, sin interferir con el usuario dueño de la banda (es decir el PU). Cabe destacar que un agujero de espectro u oportunidad espectral, es definido como un rango de frecuencia concedida a un PU, pero que en un momento determinado y ubicación geográfica específica no está siendo utilizado (Haykin, 2005) y puede ser aprovechado oportunistamente por los SUs.

La metáfora simbólico-computacional le facilitó a la psicología cognitiva un vocabulario teórico para interpretar los datos y una herramienta formal para la simulación de modelos de estudio de los procesos mentales (de Vega, 1998). Sin embargo, durante las dos últimas décadas del siglo XX, muchos psicólogos se aproximaron a una descripción menos computacional y más naturalista de los procesos mentales, debido a las limitaciones del modelo simbólico-computacional para tratar la experiencia subjetiva consciente y las emociones. Hubo avances en los estudios de: los procesos de memoria (Schacter, 1995), de los sesgos de la memoria en situaciones traumáticas y según los estados de ánimo (Brewin, 1996, Bower, 1981, respectivamente), la interacción entre emociones y cognición (Lazarus, 2000; Ortony, Clore & Collins, 1996; Zajonc, 1984). Se investigó la organización de los sistemas centrales para develar las funciones de la conciencia y el estudio del pensamiento (de Vega, 1998)

En esta sección se ofrece una breve descripción de la psicología cognitiva y la neurociencia cognitiva con el propósito de resaltar similitudes y diferencias entre estas áreas del conocimiento; lo que da pie a la presentación de algunas limitaciones que pueden encontrar los científicos cognitivos a la hora de incorporar un enfoque neurocientífico en sus líneas de investigación. Luego en secciones subsiguientes se presentan: a) algunas resistencias y riesgos respecto a la integración del conocimiento procedente de la psicología cognitiva y las neurociencias afines; b) se señala el papel de los modelos cognitivos formales (i.e., modelos formales) como herramienta fundamental para el avance de la neurociencia cognitiva; c) se exponen algunos ejemplos de cómo los modelos formales pueden contribuir con el desarrollo de la neurociencia cognitiva y; d) se presentan algunas recomendaciones para aquellas personas interesadas en aventurarse en el mundo de las neurociencias cognitivas.

Hoy la radio ocupa un espacio por derecho propio. Ya no se plantea competir con la televisión porque supo conquistar un sitio imprescindible en la vida cotidiana: ritmo informativo, "walkman" o escucha en el auto, acompañamiento, diversión, actualidad. Las nuevas tecnologías de la información y la comunicación han abierto también otros canales a través de Internet y hacen posible que un programa emitido en una localidad de nuestro país pueda ser escuchado con calidad y alta fidelidad en otros lugares del mundo. La llamada hermanita mayor de la TV, ya es “abuela” en la era de Twitter y otros cuantos nietos de la comunicación. Pero a esta “nona” no hay quien la jubile pese los nostálgicos que teorizan sobre preciosos tiempos pasados. Ante una historia abultada, el presente muestra menor despliegue artístico pero un notable avance tecnológico y la misma incondicionalidad del oyente.