Modelo de muestreo comprimido multiespectral para radio cognitiva

Compressed sensing multiespectral model for cognitive radio networks

La radio cognitiva es una de las técnicas más prometedoras para optimizar el uso del espectro. Sin embargo, la gran cantidad de información espectral que es necesario analizar para identificar y asignar porciones espectrales hace que se incrementen los tiempos de asignación de canal debido al previo procesamiento de los datos y, por lo tanto, no sea posible ofrecer servicio a todos los dispositivos que lo requieran. El muestreo comprimido, por su parte, es una técnica que permite la reconstrucción de señales dispersas o compresibles usando un número menor de muestras que las requeridas por el criterio de Nyquist. En este trabajo se presenta un nuevo modelo que usa muestreo comprimido multiespectral para el sensado del espectro radioeléctrico en radio cognitiva, que mejora los tiempos de sensado y asignación de canal al disminuir el tamaño de los datos necesarios para reconstruir la información espectral de potencia a distintas bandas. Este modelo se basa en arquitecturas que usan muestreo comprimido para analizar imágenes multiespectrales. Se propone la operación de un gestor espectral centralizado que mediante patrones binarios selecciona o descarta los datos de potencia de diferentes radios definidos por software ubicados en diferentes posiciones geográficas. El gestor espectral, con base en las muestras tomadas y aplicando las técnicas de muestreo comprimido multiespectral, reconstruye un cubo de datos con la información de potencia transmitida y frecuencia de operación de todos los usuarios. Los resultados muestran que es posible esta reconstrucción utilizando solo 50% de las muestras generadas por todos los dispositivos, y que la información se puede almacenar usando solo 6,25% del total de datos originales.

INTRODUCCIÓN

En los sistemas de radio de nueva generación, el uso eficiente del espectro es una necesidad imperativa. El fenómeno de masificación de datos de los servicios de acceso inalámbrico móvil que es característico hoy en día tiende a aumentar de manera vertiginosa, y va en contra vía con el uso del espectro concentrado en unas bandas de comunicaciones muy específicas, principalmente en las bandas de telefonía móvil celular GSM, UMTS y LTE, las bandas de 850 MHz, 900 MHz, 1900 MHz, 2700 MHz y las ISM. Gran parte de estas bandas espectrales se encuentran densamente usadas y contaminadas por interferencia, al contrario de algunas bandas de UHF que son subutilizadas, lo que en muchos casos perjudica el buen desempeño y explotación del espectro electromagnético 1-2.

La radio cognitiva (RC) ha surgido en los últimos años como una innovadora alternativa para reutilizar las porciones del espectro que en determinado tiempo no están siendo usadas por los usuarios licenciados. A los usuarios licenciados normalmente se les denomina usuarios primarios (UP), y a los usuarios no licenciados que aprovechan las porciones no usadas de espectro se les denomina usuarios secundarios (US) 3.