MSc. Ebert San Romn Castillo

Temario

Evolucin en los Transceptores InalmbricosLa Radio Definida por Software (SDR)La Radio CognitivaAplicaciones de la Radio cognitiva

Trafico mediante Comunicaciones Inalmbricas

Evolucin de las comunicaciones Inalmbricas

Enfocada en la eficiencia espectral bits / sec / Hz

Tendencias de las comunicaciones Mviles

2020

2010

2000

Mobility

High data rate

High mobility

System roaming

Seamless connections to broadband networks

5G

4G

3G

2G

Advanced wireless access

622M

156M

50M

2M

10k

Data rate

HAPS

Millimeter-wave

LAN

Intelligent Transport Systems

4G cellular

Wireless LAN

3G cellular

GSM

static

pedestrian

vehicle

Incremento en el numero de estndares inalmbricosSDR permitir incluir mayor cantidad de estndares inalmbricos.

Escasez del Espectro electromagntico

El Espectro Electromagntico se ha vuelto muy costosoTras la licitacin de Pro Inversin de la banda de 4G cuyos resultados fueron anunciados el 22 de julio del 2013, 2 empresas se comprometieron a pagar un total de US$257,7 millones por los dos bloques de bandas disponibles. Este monto supera en ms de dos veces el precio base de que estableci la agencia promotora de las inversiones para la licitacin, fijada en US$63,4 millones por cada banda.

Telefnica Mviles se hizo de la banda 1.710 1.770 Megahertz (MHZ)tras ofrecer US$152,2 millones. En segundo lugar quedaron Amrica Mviles (Claro Per), que ofreci US$103 millones, y Americatel, que puj con US$105,5 millones.

1948: C. E. Shannon: Teora de la Informacin 1950s/1960s Teora de Codificacin del canal 1970s/1980s Codificadores Convolucionales, Codificacin concadenadaInicios de 1990s Se crearon los "Turbo codigosFinales de 1990s: Sistemas MIMO: Mltiples Antenas ~ Capacidad Mltiple de Transmisin

ProblemasExisten miles de estndares en las comunicaciones terrestres. Los estndares de telefona mvil cambian frecuentemente cada ciertos aos.Las estaciones Satelitales terrenas, no pueden recepcionar las comunicaciones de los satlites que han sido lanzados desde la dcada de los 70.El espectro electromagntico se ha vuelto un recurso valiosoCada frecuencia posee una AdjudicacinPermitir el uso de nuevas tecnologas como Ultra Wide Band (UWB)?

La SolucinLos sistemas de Radio Flexible permitirn la comunicacin entre estndares o migrar a nuevos estndares. Mtodos de reconfiguracin de radios por software.Sistemas inteligentes que pueden comunicarse con diferentes protocolos en diferentes instantesSoftware-Defined Radio

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Software-Defined RadioSDR ForumSon radios que proporcionan control va software de una variedad de tcnicas de modulacin, con un funcionamiento en banda ancha o banda angosta, adems posee funciones de seguridad de comunicaciones, requisitos de forma de onda con las normas actuales y en desarrollo esto a travs de una amplia gama de frecuencias.www.sdrforum.org

Arquitectura SDR

Software Defined RadioSoftware o Lgica Programable Hardware de RF

Diagrama de Bloques de SDR

Diagrama de Bloques de SDR

Diagrama de Bloques de Software Radio

Arquitectura Ideal SDR*

Arquitectura Ideal SDR

AMP

1

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LNA

IMGFILTER

MXR

IFFILTER

ADC

DAC

FPGA

RFFILTER

MXR

IFFILTER

12-16 BITS60-125MSPS

12-16 BITS200-1000MSPS

DSP+GPP

IF to 250MHz

MEM

MEM

MMI

DUPLEXERORT/R SW

CLK

DDSSYNTH

CLK

LO

LO

CLK

CLK

CLK

CLK

LO

LO

FREQ STD

CLK

CLK

ADC

CLK

12 BIT / 250MSPS

MXR

IFFILTER

La SDR es una herramienta til para poner en prctica la radio cognitiva

Tecnologas inmersas en los sistemas SDR futurosAntenasGeneradoresConversores analogo - digitales(ADCs, DACs)Procesadores digitales de sealesAmplificadoresBaterasMotores cognitivosHerramientas de diseo

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Definicin de la ITU delSistema de Radio Cognitiva Es un sistema de radio que utiliza tecnologas que permiten al sistema obtener el conocimiento de su entorno operativo y geogrfico, que cuenta con polticas pre-establecidas y conoce su estado interno; y puede ajustar dinmicamente y autnomamente sus parmetros y protocolos en funcin de su conocimiento obtenido con el fin de lograr los objetivos predefinidos, y para aprender de los resultados obtenidos.

Definicin del Rec. ITU-R SM.2152, 2009

Caractersticas de la Radio CognitivaPermite la reutilizacin del espectro en espacios en blanco

Permite el acceso dinmico al espectro Permite la transmisin eficiente

Puede hacer que la transmisin inalmbrica sea de forma arbitrariamente robusta

Situacin actual del Espectro Electromagntico*Spectrum measurement across the 928 948 MHz band (Worcester, MA, USA)

Escaneo del Espectro electromagnetico

Ejemplo de la reutilizacin del espectro PU Usuario PrimarioSU Usuario Secundario

Problemas de la deteccin del Espectro Electromagntico

Funcionamiento de la radio cognitiva

Sensado del Espectro

Adaptacin

AprendizajeEnablesEnablesDrives

Como se vuelve inteligente la Radio cognitivaMitola, Cognitive Radio for Flexible Mobile Multimedia Communications, IEEE Mobile Multimedia Conference, 1999, pp3-10

Radio CognitivaA menudo significa asignacin del espectro dinmico, por ejemplo, la reutilizacin de espectro asignado a los usuarios/aplicaciones incumbentes

De dnde viene la informacin la Radio Cognitiva? - Deteccin del espectro - Sealizacin especfica - Banco de datos

El motor cognitivo VTConcepto Agente inteligente" que gestiona las tareas de la cognicin en un radio cognitiva. Es la entidad independiente que supervisa las operaciones cognitivas Caractersticas Ideales : - Inteligencia (decisiones exacta) - Confiabilidad (decisiones coherente) - Conciencia (decisiones informadas) - Adaptabilidad (decisiones de dependencia a la actual situacin ) - Eficiencia (decisiones optimizadas) - Excelente calidad de servicio (buenas decisiones)

Parmetros Cognitivos Parmetros de Transmisin (Manipulables)Potencia de TransmisinModulacinTasa de codificacinTasa de SmbolosLongitud de la TramaParmetros Ambientales (Sintonizables)SNRPerdidas del espacioTiempo de vida de la BateraEsparcimiento temporalModelo de Radio GeneralCada proceso en la radio es programable y controlable

Arquitectura PropuestaEl estndar 802.22 proporciona la capacidad de reutilizacin de frecuencias para mbitos geogrficos diferentes.*

La Radio Cognitiva requiere Inteligencia y Alerta Conoce su ubicacinConoce el servicio que estn disponibles en la zona, el puede identificar espectro vacios por donde comunicarse eficientemente. Conoce a los otros usuarios de las zonasAprende y reconoce los patrones de uso de los usuarios.Utiliza Un modelo Basado en un razonamiento acerca de las necesidades del usuario, contenido local, contexto del medioambiente

Tecnologa MIMO y Antenas InteligentesT1R1,R4T2T3R3R3,T4InterferingSignal PlacedIn NullTransmitter forms Beam Toward Intended RecipientReceiver forms Null Toward Interference Sources

Ejemplo de Aplicacin

Ejemplo de Aplicacin

Ejemplo de Aplicacin

Cmo se diferencia software radio de otras radios?mbito aplicacionesRadio Convencional - Soporta un nmero fijo de sistemas - Reconfigurabilidad se decidi en el momento de la concepcin - Puede admitir varios servicios, pero son elegidos en el momento del diseoSoftware Radio - Soporta dinamicamente mltiples sistemas, protocolos e interfaces - Posee Interfaces con diversos sistemas - Proporcionar una amplia gama de servicios con calidad de servicio variableRadio Cognitiva - Puede crear nuevas formas de onda por si solo - Puede negociar con nuevas interfaces - Ajusta las operaciones para cumplir con la calidad de servicio requerida por una aplicacin para el ambiente de la seal

Cmo se diferencia software radio de otras radios?mbito RadiofrecuenciaRadio Convencional

- Diseo de RF Tradicional- Diseo de Banda Base Tradicional Software Radio - Radio convencional + Arquitectura de Software - Reconfigurabilidad - Proporcionar mtodos de actualizaciones simplesRadio Cognitiva - SDR + Inteligencia - Conciencia - Aprendizaje mediante Observaciones

Cmo se diferencia software radio de otras radios?Forma de ActualizacinRadio Convencional

- No se puede hacer "a prueba del futuro" - Normalmente las radios no son actualizablesSoftware Radio

- idealmente las radios por software podran ser "a prueba de futuro" -Diferentes mecanismos de actualizacin externa por aire (OTA)

Radio Cognitiva - Mecanismos de actualizacin SDR - Actualizaciones internas - ActualizacionesCooperativas

Un game es un modelo (representacin matemtica) de un proceso de toma de decisin interactiva.Su propsito es crear un marco formal, que captura la informacin relevante del proceso de tal manera que sea adecuado para el anlisis.Identificacin del tipo de game en las radios cognitivas proporcionara informacin detallada sobre su rendimiento.

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Evolucin de la Radio Cognitiva

Situaciones de emergenciaSDR facilitara la interoperabilidad entre radios11 September 2001Hurricane Katrina

Evolucin de dispositivos celularesSDR facilitara la actualizacion de dispositivos movileshttp://shanmg.wordpress.com/3g-4g/

All Spectrum May Be Assigned, ButMost Spectrum Is Unused!XG is Developing the Technology and System Concepts to Dynamically Access Available SpectrumGoal: Demonstrate Factor of 10 Increase in Spectrum Access

Referencias para interesadosETSI Reconfigurable Radio Systems Status and Future Directions on Software Defined Radio and Cognitive Radio Standards, Markus Mueck, Antti Piipponen, George Dimitrakopoulos, Kostas Tsagkaris, Fernando Casadevall, Panagiotis Demestichas, Jordi Prez-Romero, Oriol Sallent, Gianmarco Baldini, Stanislav Filin, Hiroshi Harada, Merouane Debbah, Thomas Haustein, Jebns Gebert, Benoist Deschamps, Paul Bender, Michael Street, Kari Kalliojrvi, Sithamparanathan Kandeepan, Jaswinder Lota, Aawatif Hayar, IEEE Communications Magazine, September, 2010ETSI TR 102 802: Reconfigurable Radio Systems (RRS); Cognitive Radio System Concept, 2009ETSI TR 102 680: "Reconfigurable Radio Systems (RRS); SDR Reference Architecture for Mobile Device", 2009ETSI TR 102 681: " Reconfigurable Radio Systems (RRS)); Radio Base Station (RBS) Software Defined Radio (SDR) status, implementations and costs aspects, including future possibilities ", 2009ETSI TR 102 682: "Reconfigurable Radio Systems (RRS); Functional Architecture for Management and Control of Reconfigurable Radio Systems", 2009

Referencias para interesadosETSI TR 102 683: Reconfigurable Radio Systems (RRS); Cognitive Pilot Channel (CPC), 2009ETSI TR 102 745: Reconfigurable Radio Systems (RRS); User Requirements for Public Safety, 2009ETSI TR 102 733: Reconfigurable Radio Systems (RRS); System Aspects for Public Safety, 2009ETSI TR 102 799: Operation methods and principles for spectrum access systems and quality control of used spectrum for PMSE technologies and the guarantee of a high sound production quality on selected frequencies utilising cognitive interference mitigation techniques, 2010.Draft ETSI TR 103 067 Feasibility study on for Radio Frequency (RF) performances for Cognitive Radio Systems operating in UHF TV band WSDraft ETSI TS 102 946 System requirements for Operation in UHF TV Band White Spaces System requirements for Operation in UHF TV Band WSDraft ETSI TR 102 947 Use Cases for building and exploitation of Radio Environment Maps for intra-operator scenarios

Referencias para interesadosDraft ETSI TS 102 968 System requirements for Reconfigurable Radio Systems operating in IMT-Bands and GSM-Bands for intra-operator scenariosDraft ETSI TR 102 967 Use Cases for Dynamic Declaration of ConformityDraft ETSI TS 102 908 Coexistence Architecture for Cognitive Radio Networks on UHF White Space Frequency BandsDraft ETSI TR 102 684 Feasibility Study on Control Channels for Cognitive Radio Systems Draft ETSI TS 102 969 Radio Reconfiguration related Requirements for Mobile

MSc. Ebert San Romn Castillo

*** GSM, D-AMPS, PDC, PHS IS-95 CDMA 2 . 3 IMT-2000 3GPP2 cdma2000 / 3GPP W-CDMA . 2 3 , . 2010 IMT-2000 (Beyond IMT-2000) 4 Mbps , , , . 4 IMT-2000 (Reconfigurable Network and Terminal) . HIPERLAN/2 54Mbps , '', '' LAN. , 3 IMT2000 Global standard handset base station SDR .

*Software defined radios move the transition between hardware and software to as close to the antenna as possible. SDRs perform signal processing steps, often implemented in dedicated hardware, with general purpose hardware. Using software enables rapidly programmable radio functions. SDRs can assume any configuration available in memory are capable of performing on-the-fly transceiver optimization to enhance performance.

***Mechanisms for flexible pooling of radio spectrum using a new class of protocols formal radio etiquette

The radio learns.

As we learn important etiquettes and plug them into an SDR, along with enough smarts to choose the proper etiquette for the proper circumstances.

The degree of sophistication is practical where the radio architecture provides sufficient resources to support the protocols.**An extension of SDR employs model based reasoning about user needs, local content and environmental contextThink of it as a PDA with a radio that is so smart that it solves simple stuff on its own round peg - round hole;

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