Ràdio cognitiva: diferència entre les revisions

La '''ràdio [[cognició|cognitiva]]''' és un [[paradigma]] de lales [[comunicació|comunicacions]] inalàmbricasense fils en la que els diferents dispositius emisorsemissors i receptors d'ones de radioràdio cambiencanvien els seus paràmetres de transmissió o recepció per a comunicar-se eficientment sense interferir amb altres usuaris (amb o sense licènciallicència). Aquesta alteració dels paràmetres es basa en el monitoratge actiu de moltíssims factors, com l'estat actual de l'[[espectre radioelèctric]], de la [[xarxa informàtica|xarxa]], dels hàbits horaris de l'usuari, de la ubicació geogràfica...

== HistoriaHistòria ==

La idea de la ràdio [[cognició|cognitiva]] es va presentar per primer cop oficialment en un article escrit per en Joseph Mitola III i Gerald Q. Maguire, Jr en 1999.<ref>[http://ieeexplore.ieee.org/iel5/98/17080/00788210.pdf?tp=&arnumber=788210&isnumber=17080 IEEE Xplore - Login<!-- Bot generated title -->]</ref> Va ser una gran proposta al camp de les telecomuncacions inalàmbriquessense fils que Mitola va descriure més tard com:

<blockquote>El punt en el que els assistents personals digitals ([[PDA]]s) inalàmbricssense fils i les xarxes relacionades són, computacionalment, prou intel·ligents respecte als recursos de ràdio i a les corresponents comunicacions dipositiu a dispositiu com per a detectar les necessitats per a la comunicació de l'usuari i, en funció del context, proporcionar els recursos de ràdio i els serveis inalàmbrics més apropiats per a cada cas.</blockquote>

Es considerava com un objectiu ideal al que les plataformes [[ràdio definida per software|ràdio definides per software]] haurien d'evolucionar: un sistema "[[capsa negra]]" inalàmbricsense fils completament reconfigurable que canvia automàticament les seves variables de comunicació com a resposta a les necessitats actuals de l'usuari i de la [[xarxa de telecomunicacions|xarxa]].

Entitats reguladores de diferents països (incloent la Federal Communications Commission, als Estats Units, o Ofcom al Regne Unit) han observat que la major part de espectre radioelèctric es troba desaprofitat.<ref>[http://www.spectrum.ieee.org/mar04/3811 IEEE Spectrum: The End of Spectrum Scarcity<!-- Bot generated title -->]</ref> Per exemple, les bandes asignadesassignades a les xarxes cel·lulars es troben colapsadescol·lapsades a la majoría de llocs del món, però les freqüències asignadesassignades a radioafeccionats o a la missatgeria instantània no. Estudis independents realitzats a diferents paísospaïsos confirmen aquesta observació<ref>[http://ieeexplore.ieee.org/iel5/9626/30419/01399240.pdf?tp=&arnumber=1399240&isnumber=30419 IEEE Xplore - Login<!-- Bot generated title -->]</ref><ref name=autogenerated1>[http://ieeexplore.ieee.org/iel5/35/28504/01273768.pdf?tp=&arnumber=1273768&isnumber=28504 IEEE Xplore - Login<!-- Bot generated title -->]</ref> i han arribat a la conclusió que la utilització de l'espectre depèn del temps i de l'espai.

Una assignació fixa de les bandes freqüencials impedeix que freqüències pràcticament sense utilitzar (les assignades a serveis específicisespecífics) puguin ser aprofitades per usuaris ocasionals (sense autorització), encara que aquest aprofitament no produís cap interferència a l'usuari legítim d'aquella banda freqüencial gairebé desocupada.

DependentDepenent de raons històriques i dels paràmetres a l'hora de decidir els cambiscanvis a la transmissió i la recepció, trobem diferents tipus de radiosràdios [[cognició|cognitives]]. Els dos principals són:

* '''RadioRàdio cognitiva completa''' ("[[Mitola radio]]"): En la que qualsevol paràmetre possible observable des d'un node inalàmbricsense fils és tingurtingut en compte.

* '''RadiosRàdio cognitivescognitiva detectoresdetectora d'espectre''': Només es té en compte l'estat de l'[[espectre radioelèctric]] a l'hora de prendre les decissionsdecisions.

A més, depenent de les parts de l'espectre utilitzades podem distinguirdistingir:

* '''Radio cognitiva de Banda amb licència''': En aquest cas s'utilitzen bandes amb i sense licència.llicència, com la banda [[U-NII]] o lales [[banda_ISM|ISM]]. El IEEE 802.22 està desenvolupant un estandardestàndard que permetrà emprar canals inutilitzadsinutilitzats de televisió en zones rurals.<ref>[http://ieee802.org/22/ IEEE 802.22]</ref>

* '''RadioRàdio cognitiva de Banda sense licènciallicència''': només pot utilitzar parts sense licènciallicència (no reservades) de l'espectre. Un sistema així està especificarespecificat en elles recomanacions del [[IEEE 802.15|IEEE 802.15.2]],<ref>[http://ieee802.org/15/pub/TG2.html IEEE 802.15.2]</ref> que parla de la coexistència de dispositius [[IEEE 802.11Wi-Fi]] i [[Bluetooth]].

Encara quaque la ràdio [[cognició|cognitiva]] es va idear com una extensió de les [[radio definida per software|radiosràdios definides per software]] (FullRàdio CognitiveCognitiva Radiocompleta), la major part del treball d'investigació actualment es centra en les "SpectrumRàdios Sensingcognitives Cognitivedetectores Radiosd'espectre", particularment a les bandes de [[TV]]. El principal problema d'aquestes radiosràdios esés disenyardissenyar aparells de detecció d'espectre d'alta qualitat o algoritmes per intercambiarintercanviar dades sobre l'estat de l'espectre entre nodes. S'ha demostrat <ref>http://www.eecs.berkeley.edu/wireless/posters/WFW05_cognitive.pdf</ref> que un simple detector d'energia no pot garantir la correcta detecció dels senyals, pel que calen técniquestècniques més sofisticades de detecció de espectre, i un intercambiintercanvi regular de dades entre els nodes. Incrementar el nombre de nodes detectors cooperant entre ells, fa disminuir la probabilitat de falses deteccions.<ref>[http://ieeexplore.ieee.org/iel5/4234/30631/01413630.pdf?tp=&arnumber=1413630&isnumber=30631 IEEE Xplore - Login<!-- Bot generated title -->]</ref>

Omplir les bandes de freqüència buides utilitzant [[OFDMA]] es una bona opció. Timo A. Weiss i Fiedrich K. Jondral de la universitat de Karlsruhe han proposarproposat un sistema d'[[Spectrum Pooling]]<ref name=autogenerated1 /> en el que les bandes lliures detectades s'omplen inmediatamentimmediatament amb subcanals [[OFDMA]].

Les funcions principals de les radiosràdios cognitives són:<ref>[http://www.ece.gatech.edu/research/labs/bwn/radio.pdf doi:10.1016/j.comnet.2006.05.001<!-- Bot generated title -->]</ref>

* '''Detecció d'espectre''': Un requeriment molt important per a les radiosràdios cognitives esés el de detectar l'espectre desaprofitat i utilitzar-lo sense provocar interferenciesinterferències negatives ambsobre altres usuariscomunicacions. La millor manera per a trobar 'forats' a l'espectre és detectant als usuaris principals. Les técniquestècniques per a detectar l'espectre es poden dividir en tres categories:

** ''Detecció de transmissions'': Les radiosràdios cognitives han de tenir la capacitat de determinar si hi ha un senyal d'algun usuari utilitzant una part concreta delde l'espectre.

** ''Detecció cooperativa'': Diferents usuaris de radioràdio cognitiva intercanvien informació sobre la detecció d'usuaris principals.

** ''Detecció basada en interferénciesinterferències''.

* '''Administració de l'espectre''': Utilitzar l'ample de banda espectral que encaixi millor amb ella qualitat de servei ([[QoS]]) requeritrequerida per l'usuari d'entre tots els amples de banda disponibles. L'administració d'espectre consta de dues parts diferenciades: l'"anàlisi d'espectre" i la "decisió d'espectre".

** ''Decisió d'espectre'': Comparar les característiques de cada una de les bandes amb lesels requeridesrequeriments perde QoS de l'usuari i valorar quina és la millor opció.

* '''Mobilitat espectral''': El procés amb el que una radioràdio cognitiva cambiacanvia la seva freqüència d'operació. Les radiosràdios cognitives estan ideades per a cambiarcanviar de banda constantment, a altres de millors, d'una forma imperceptible per a l'usuari.

* '''Compartir l'espectre''': Trobar un mètode esquemàtic de distribució espectral que sigui equitatiu i just entre tots els usuaris de radio cognitiva esés un dels majors reptes. EsSemblant semblant a elsals problemes genéricsgenèrics d'accés al medi ([[Capa_d'enllaç_de_dades|MAC]]) en els sistemes d'avui dia.

=== RadioRàdio cognitiva (CR) i Antenes intel·ligents (IA) ===

Les [[Antena Intel·ligent|Antenes intel·ligents]] fan servir una tecnologia de diversitat espacial per a cancelarcancel·lar interferències, però es necessiten variesdiverses antenes cooperant. Per altra banda, les radiosràdios cognitives permeten als terminals detectar si una part de l'espectre està sent utilitzada o no, i compartir l'espectre entre usuaris veïns.

Aquesta taula compara diferents punts entre aquestes dues alternatives de futur per a les comunicacions inalàmbriquessense fils: RadioRàdio cognitiva i Antenes intel·ligents.

! Processament d'interferenciesinterferències

| Les cancelacancel·la amb una pre/post codificacióncodificació espacial

| Tecnologia intel·ligent de formacioformació de raigs i codificació espacial

! TécniquesTècniques aplicades

| Software de radiosràdios cognitives

| Petites cel·les Cel·lulars

! TecnologíaTecnologia competitiva

| [[Banda Ultra-Ample]] per la utilització de d'altes freqüències

En conclusió podem dir que les radiosràdios cognitives i les antenes intel·ligents ténentenen diferents objectius. Les primeres busquen formes efectives per a fer servir tot l'ample de banda possible entre tots els usuaris, mentre que les segones busquen la forma d'aprofitar millor l'ample de banda que fem servir actualment, mitjançant codificacions i algorismes per a eliminar interferències.

== EnlacesEnllaços externosexterns ==

* Joseph Mitola III, [http://www.it.kth.se/~jmitola/Mitola_Dissertation8_Integrated.pdf Cognitive Radio: An Integrated Agent Architecture for Software Defined Radio], Royal Institute of Technology (KTH) Stockholm, Sweden, 8 May, 2000, ISSN 1403 - 5286. - Defensa de tesistesi doctoral en la qual es defineix per primer cop l'arquitectraarquitectura de la radioràdio cognitiva.

* [http://www.fcc.gov/oet/cognitiveradio/ Cognitive Radio Technologies Proceeding of Federal Communications Commission] - Reglamentació de la ComisióComissió Federal sobre Comunicacions de USA sobre la radioràdio cognitiva.

* [http://www.adapt4.com/ Smart radios, cognitive radios, software-defined radios (SDR) the Adapt4 XG1] - ProveidoresProveidors líders en tecnologíatecnologia de radioràdio cognitiva.