20 November 2019

PhD Thesis Defense: Nuevo Método de Detección Espectral para Sistemas Multiportadora basado en la Radio Cognitiva

In the context of this PhD Thesis defense, Miguel Ángel Rojas Hernández presents his work realized  at CTTC.

Abstract (in Spanish):

En la actualidad, la creciente demanda de bandas de frecuencias libres para nuevas tecnologías inalámbricas emergentes y las políticas de asignación fija de frecuencias en el uso del espectro radioeléctrico han dado como resultado una saturación del espectro de radio frecuencia.

Desde este punto de vista, podría pensarse que el radio espectro está completamente ocupado y no hay más bandas de frecuencia para nuevos sistemas de comunicación inalámbricos. Sin embargo, las mediciones de ocupación del espectro revelan que el espectro de radio licenciado presenta una utilización muy baja en ciertas bandas de frecuencia. La radio cognitiva (RC) es una tecnología que ha sido propuesta como una posible solución para mejorar el acceso al espectro de radio e incrementar su eficiencia de utilización.

La tecnología RC tiene principalmente tres funciones: detección, análisis y decisión del espectro. Para que la tecnología RC tenga éxito tiene que realizar la detección de las señales del usuario primario en una forma confiable aun cuando estas señales estén en un escenario de baja relación señal a ruido (SNR: Signal to Noise Ratio) y asegurarse de no provocar interferencia a los usuarios primarios.

Esta tesis doctoral presenta el diseño de una nueva técnica de detección del espectro de radio, llamada Estimación Espectral Candidata (CASE: CAndidate Spectral Estimation), cuyo objetivo es presentar una posible solución a la necesidad de una detección confiable y rápida de las señales de usuario primario para los sistemas basados en la Radio Cognitiva. Este detector propuesto se basa en el esquema de banco de filtros para la detección espectral y se incluye como la cuarta alternativa en las técnicas de detección espectral dentro de la  categoría de detección del transmisor. El detector CASE  es capaz de detectar e identificar a usuarios primarios con características espectrales específicas.

Adicionalmente, este trabajo de tesis proporciona un estudio que muestra el potencial de esta nueva técnica de estimación espectral en escenarios RC. Como ejemplos de posibles aplicaciones, consideramos el detector (CASE) para la detección de señales de Televisión Digital, (DVB-T: Digital Video Broadcasting-Terrestrial) y señales de multiportadora para banco de filtros.  Se presentan resultados de simulaciones numéricas, realizadas en MATLAB,  para evaluar el comportamiento del detector propuesto. Las simulaciones se llevaron a cabo bajo diferentes escenarios utilizando principalmente niveles de señales con alto y bajo SNR. Se utilizó un Escenario con alto SNR para demostrar el potencial del detector CASE en la estimación del nivel de potencia y la localización en frecuencia de la señal del usuario primario en presencia de una señal interferente y de ruido blanco.

Finalmente, se presenta una comparación entre las técnicas de detección espectral como el detector  de energía y de características ciclo-estacionarias para evaluar el rendimiento de esta nueva técnica de detección diseñada especialmente para su aplicación en la Radio Cognitiva. Presentamos, 1) la robustez del detector CASE a señales interferentes y ruido blanco en escenarios con alto SNR, 2) la capacidad del detector CASE para identificar al usuario primario en escenario con niveles de bajo SNR y señales interferentes.


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