Medidas para crear y validar un REM (Radio Environment Map) de TV White Spaces

Abstract

[ANGLÈS] Due to the great existing demand for wireless broadband and the apparent scarcity that there is in the present spectrum, several measurement campaigns have been carried out in the last few years to know the current occupation of the spectrum and it has been observed that there is a lot of underutilized spectrum. As a result of this, it have come up with several ideas to improve efficiency in the use of the spectrum and to take advantage of parts that may be unused. One of them is the Cognitive Radio (CR) technology, which allows us to do a secondary use of unused spectrum as long as it does not prejudice primary users, changing radio parameters based on the knowledge acquired from the environment. One of the best spectral bands to perform Cognitive Radio Networks (CRN) is the band dedicated to television (470-790 MHz), since it has many spectral holes without being used, called TV White Spaces, due to the evolution of analogue television to digital television. To make the detection of unused parts of the spectrum easier for CRN, the concept of Radio Environment Map (REM) appears, which is an intelligent database which stores up-to-date information of spectral occupation. CR devices, based on their location, can query the REM to know the parts of the spectrum that are free to operate at that moment. Once having seen all the potential offered by a REM for the implementation of Cognitive Radio technology and the opportunities provided by the television spectrum, in this project it has been carried out the construction of a REM of TV White Spaces in the Metropolitan Area of Barcelona (AMB). The REM has been built from nodal points measured previously in the northern part of the AMB and interpolation algorithms. Interpolation algorithms allows us to estimate the value of all those points which have not been measured and are within the scenario implemented in REM. To carry out the estimation have been implemented several interpolation algorithms, including the Kriging interpolation algorithm. A special emphasis on this interpolation algorithm has been done to know and validate the performance offered by this algorithm to create a REM in the spectral band dedicated to television.

[CASTELLÀ] Debido a la gran demanda existente de servicios inalámbricos de banda ancha y la aparente escasez que existe actualmente de espectro, se han llevado a cabo campañas de medidas en los últimos años para conocer la ocupación real del espectro y se ha observado que una gran cantidad se encuentra infrautilizado. A raíz de esto han surgido varias ideas para conseguir una mejor eficiencia en el uso del espectro y para aprovechar las partes que puedan estar inutilizadas. Una de ellas es la tecnología Cognitive Radio (CR), la cual permite hacer un uso secundario del espectro no utilizado siempre y cuando no se perjudique a los usuarios primarios, cambiando los parámetros radio en función del conocimiento que adquiere de su entorno. Una de las mejores bandas espectrales para llevar a cabo las redes Cognitive Radio (CRN) es la banda dedicada a la televisión (470-790 MHz), ya que dispone de muchos huecos espectrales sin utilizar, denominados TV White Spaces, debido a la evolución de la televisión analógica a la televisión digital. Para facilitar la detección de las partes del espectro inutilizadas a las CRN, aparece el concepto de Radio Environment Map (REM), el cual es una base de datos inteligente que almacena información actualizada sobre la ocupación espectral del entorno. Los dispositivos CR, a partir de su localización, pueden consultar el REM para conocer qué partes del espectro están libres para poder operar en ese instante. Visto todo el potencial que ofrece un REM para la implementación de la tecnología Cognitive Radio y las oportunidades que brinda el espectro televisivo, desde este proyecto se ha llevado a cabo la construcción de un REM de TV White Spaces en el Área Metropolitana de Barcelona (AMB). El REM se ha construido a partir de puntos nodales previamente medidos en la zona norte del AMB y algoritmos de interpolación. Los algoritmos de interpolación permiten estimar el valor de todos aquellos puntos que no han sido medidos y se encuentran dentro del escenario implementado en el REM. Para realizar la estimación se han implementado diferentes algoritmos de interpolación, entre ellos el algoritmo de interpolación Kriging. Se ha hecho un énfasis especial en este algoritmo de interpolación para conocer y validar el rendimiento que ofrece la implementación de un REM mediante este algoritmo en la banda espectral dedicada a la televisión.

[CATALÀ] A causa de la gran demanda existent de serveis sense fils de banda ampla i l'aparent escassetat que hi ha actualment d'espectre, s'han dut a terme campanyes de mesures en els últims anys per conèixer l'ocupació real de l'espectre i s'ha observat que una gran quantitat es troba infrautilitzat. Arran d'això han sorgit diverses idees per aconseguir una millor eficiència en l'ús de l'espectre i per aprofitar les parts que puguin estar inutilitzades. Una d'elles és la tecnologia Cognitive Radio (CR), la qual permet fer un ús secundari de l'espectre no utilitzat sempre que no es perjudiqui als usuaris primaris, canviant els paràmetres ràdio en funció del coneixement que adquireix del seu entorn. Una de les millors bandes espectrals per dur a terme les xarxes Cognitive Radio (CRN) és la banda dedicada a la televisió (470-790 MHz), ja que disposa de molts forats espectrals sense utilitzar, denominats TV White Spaces, a causa de l'evolució de la televisió analògica a la televisió digital. Per a facilitar la detecció de les parts de l'espectre inutilitzades a les CRN, apareix el concepte de Radio Environment Map (REM), el qual és una base de dades intel•ligent que emmagatzema informació actualitzada sobre l'ocupació espectral de l'entorn. Els dispositius CR, a partir de la seva localització, poden consultar el REM per conèixer quines parts de l'espectre estan lliures per poder operar en aquest instant. Vist tot el potencial que ofereix un REM per a la implementació de la tecnologia Cognitive Radio i les oportunitats que ofereix l'espectre televisiu, des d'aquest projecte s'ha dut a terme la construcció d'un REM de TV White Spaces a l'Àrea Metropolitana de Barcelona (AMB). El REM s'ha construït a partir de punts nodals prèviament mesurats a la zona nord de l'AMB i algoritmes d'interpolació. Els algoritmes d'interpolació permeten estimar el valor de tots aquells punts que no han estat mesurats i es troben dins de l'escenari implementat en el REM. Per realitzar l'estimació s'han implementat diferents algoritmes d'interpolació, entre ells l'algoritme d'interpolació Kriging. S'ha fet un èmfasi especial en aquest algoritme d'interpolació per conèixer i validar el rendiment que ofereix la implementació d'un REM mitjançant aquest algoritme a la banda espectral dedicada a la televisió.