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La tecnología de radio cognitiva optimiza la utilización del espectro en redes inalámbricas

Investigadores financiados con fondos europeos han desarrollado una tecnología inalámbrica inteligente que gestiona eficazmente los recursos del espectro de frecuencias de radio y evita atascos en la transmisión. El nuevo sistema, que también previene ataques egoístas de usuarios secundarios, podría utilizarse en aplicaciones inalámbricas militares y comerciales.
La tecnología de radio cognitiva optimiza la utilización del espectro en redes inalámbricas
La creciente popularidad de las redes inalámbricas ha dejado patente la necesidad de aumentar la eficiencia y la capacidad de la red. Las redes basadas en radio cognitiva han captado cada vez más atención y han sido estudiadas en profundidad como una opción para superar el problema de la carencia de espectro en los sistemas de comunicación inalámbrica de nueva generación.

En el proyecto CORPA, financiado con fondos europeos, los investigadores lograron desarrollar tecnologías de radio cognitiva para optimizar el uso del espectro de radio, es decir, el acceso y reparto de partes no utilizadas del espectro. Aprovechando elementos fundamentales de, entre otros, el diseño de hardware, la teoría de redes, y la optimización y procesamiento de señales, el equipo desveló un diseño de sistema de radio disruptivo que asigna de manera eficiente las bandas no utilizadas a usuarios de espectro secundarios cuando es posible.

Elegir frecuencias no «saturadas»

La idea de repartir las partes sin utilizar del espectro puede resultar bastante obvia y plantear la cuestión de por qué no se ha puesto en práctica hasta el momento. «Aunque el tema de las redes de radio cognitiva ya se ha tratado durante varios años de investigación intensa y se han obtenido algunos resultados interesantes, el diseño de hardware y el desarrollo de sistemas han progresado a un ritmo mucho más lento. Las tecnologías necesarias para el reparto del espectro apenas acaban de madurar», señala el doctor Van Tam Nguyen.

El espectro de radio es un recurso valioso en las comunicaciones inalámbricas. «La asignación actual del espectro estático a la gestión del espectro que lo divide en bandas sujetas a licencia asignadas por zonas geográficas amplias ha dejado de adaptarse a la dinámica de la oferta y la demanda. Este desequilibrio entre oferta y demanda provoca que numerosas bandas asignadas estén infrautilizadas, mientras que otras están saturadas, desperdiciándose así la enorme capacidad del espectro y generando innecesariamente condiciones de escasez», explica el doctor Nguyen.

Las futuras redes inalámbricas necesitarán mayor inteligencia para evitar interferencias, a la vez que optimizan el espectro colaborando con otros sistemas que ocupan las mismas bandas del espectro». Las bandas no sujetas a licencias o el espectro compartido ofrecen mayor flexibilidad y eficiencia en el uso del espectro», concluye el doctor Nguyen.

Tecnología de radio rupturista

Los investigadores de CORPA realizaron un trabajo pionero en materia de tecnologías de radio para satisfacer las necesidades futuras de eficiencia espectral, eficacia energética y rendimiento de aplicaciones. «Un cuello de botella clave en los sistemas de radio cognitiva siempre ha sido y sigue siendo el desarrollo de un transceptor de frecuencias de radio flexible que consuma muy poca energía y pueda convertir la entrada de radio analógica en una salida digital compatible con el procesamiento digital», destaca el doctor Nguyen.

Los investigadores han logrado abordar con éxito esta cuestión clave diseñando una arquitectura de receptor avanzada que facilita la realización de las funciones de frecuencias de radio para sistemas de comunicación militares y comerciales. En comparación con las soluciones más avanzadas, el prototipo de nuevo receptor de radio cognitiva consume electricidad de forma mucho más eficaz y abarca una mayor gama de frecuencias, desde 400 MHz a 6 GHz, por lo que es ideal para su uso en redes 5G.

El sistema también presenta unos bajos niveles de ruido, una distorsión reducida y una relación señal/ruido diez veces mejor que las soluciones actuales. El factor Schreier de calidad, que se emplea a menudo para comparar la conversión de analógico a digital, también es mejor en la gama de frecuencias especificada, alcanzando 149 dB.

Lucha contra las conductas egoístas

Existen muchas funciones de red que pueden verse afectadas por la presencia de malos usuarios. «En lo relativo a la disponibilidad de red, una banda de espectro sin utilizar que puedan emplear usuarios con licencia siempre debe estar a su disposición; no obstante, un comportamiento egoísta puede ponerla en riesgo», comenta el doctor Nguyen.

Es necesario determinar estrategias de control adecuadas para garantizar la equidad en el funcionamiento de la red. Los exploradores han demostrado que los algoritmos de teoría de juegos conductuales convencionales empleados para describir la interacción entre un defensor y un atacante no son óptimos cuando este último tiene capacidad de aprender. En su lugar, el equipo diseñó un nuevo algoritmo que refuerza la supervisión de la red basándose en el denominado fuerte equilibrio de Stackelberg.

El rápido incremento en el tráfico de datos inalámbricos destaca la importancia del uso dinámico intensivo del espectro disponible. Con su nuevo sistema disruptivo, CORPA contribuirá al desarrollo de nuevos servicios inalámbricos de mayor calidad.

Palabras clave

CORPA, espectro, radio cognitiva, red inalámbrica, militar, disponibilidad de red, arquitectura de receptor
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