Ampliación y mejora de un Mapa de Entorno Radioeléctrico de apoyo a la utilización de espacios blancos de TV para desarrollo de sistemas celulares en escenarios de interiores

Abstract

Every day the number of wireless devices that the society uses increases, that is why telecom companies asked for more radio spectrum to provide better quality of service to their users. As all nature resources, the radio spectrum is a limited medium and it is practically all assigned. Last studies on the radio spectrum conclude that is not making good use of it, it is being wasted, so it is necessary to find a solution to make a more optimal use of it. One possible solution that has been studied in last years is to take advantage of the not used bands or the bands partially unoccupied. That “holes” in the spectrum are called white spaces. So a new idea based on providing a technology that allows to a secondary user to use the radio spectrum not used by the primary user of the band appears. That technology is called Cognitive Radio (CR). The spectrum band in which this project focuses is the television band, whose spectral holes are known as Television White Spaces (TVWS). This band is between 470 and 790 MHz and is one of the best candidates for use in the field of mobile communications because it is located in a low frequency band, below the mobile communication band, so it has good propagation characteristics. To deploy CR technology in a given area is necessary a knowledge of the spectrum in that area. So appears the need to create a database that includes all spectral information to determine the occupation in this area. For this reason, an intelligent database known as Radio Environment Map (REM) is made, where all the information of the spectrum is saved to deploy the CR technology. The main idea for this project is to create a REM in the D4 building at the “Campus Nord” in Barcelona. The aim was to carry out a measurement campaign in the entire TV band on the first floor of the building. This campaign aims to study all TV channels occupancy to characterize the spectral map on this first floor and then build a REM. Moreover, a graphic interface has been updated to display the new data from the REM and then observe the spectrum occupancy by estimating the powers received, using the Kriging algorithm, in different places of the building where the project has been developed.

Cada día aumenta el número de dispositivos inalámbricos que la sociedad utiliza, por ello las compañías de telecomunicaciones se ven obligadas a solicitar un mayor espectro radioeléctrico para poder prestar un servicio de calidad a sus usuarios. Como todo recurso de la naturaleza, el espectro radioeléctrico es un medio limitado y actualmente se encuentra prácticamente todo asignado. En los últimos años se han realizado diversos estudios sobre el espectro radioeléctrico que concluyen que no se está haciendo un buen uso de él, se está desaprovechando, por lo que se crea la necesidad de encontrar soluciones que permitan hacer un uso óptimo de él. Una de las posibles soluciones que han sido estudiadas a lo largo de estos últimos años es aprovechar aquellas bandas que actualmente están en desuso o parcialmente desocupadas. Estos “huecos” en el espectro son conocidos como vacíos espectrales, o white spaces en inglés. En este punto aparece una nueva idea la cual consiste en desplegar una tecnología que permita a un usuario secundario hacer uso del espectro radioeléctrico de manera temporal y sin interferir al usuario primario de la banda. Dicha tecnología es conocida como Cognitive Radio (CR). La banda espectral en la cual se ha centrado este proyecto es la banda de televisión, cuyos huecos espectrales son conocidos como Television White Spaces (TVWS). Esta banda está comprendida entre los 470 y 790 MHz y es una de las mejores candidatas a ser utilizadas en el ámbito de las comunicaciones móviles ya que al tratarse de una banda situada en la parte de frecuencias baja, por debajo de la banda de las comunicaciones móviles, tiene unas características de propagación muy buenas. Para poder desplegar la tecnología de CR en una zona determinada es necesario un conocimiento amplio del espectro en dicha zona. Es aquí donde surge la necesidad de crear una base de datos que incluya la información espectral y determinar posteriormente la ocupación de esta. Por este motivo, se crea una base de datos inteligente conocida como Radio Environment Map (REM), donde se guarda toda la información del espectro donde se desplegará la tecnología CR. La idea de este proyecto es crear un REM en el edificio D4 del Campus Nord de Barcelona. El objetivo de este estudio ha sido llevar a cabo una campaña de medidas de toda la banda de televisión en la primera planta de dicho edificio. En esta campaña se pretende estudiar todos aquellos canales ocupados de la banda de televisión a fin de caracterizar el mapa espectral en la primera planta del edificio D4 y con ello construir el REM. También se ha actualizado un interfaz gráfico que ya se disponía para poder visualizar los nuevos datos del REM y así observar la ocupación espectral mediante la estimación de las potencias recibidas, haciendo uso del algoritmo de Kriging, en los distintos puntos del edificio donde se ha realizado este proyecto.

Cada dia augmenta el nombre de dispositius sense fils que la societat utilitza, per això les companyies de telecomunicacions es veuen obligades a demanar més espectre radioelèctric per poder donar un servei de qualitat als seus usuaris. Com tot recurs de la naturalesa, l’espectre radioelèctric és un bé limitat i actualment es troba pràcticament tot assignat. En el darrers anys s’han realitzat diversos estudis sobre l’espectre radioelèctric que conclouen que no s’està fent un bon ús d’ell, s’està desaprofitant, per la qual cosa apareix la necessitat de trobar solucions que permetin fer-ne un ús òptim. Una de les possibles solucions que han estat estudiades al llarg d’aquests últims anys és aprofitar aquelles bandes que actualment es troben en desús o parcialment desocupades. Aquests “forats” a l’espectre són coneguts com a buits espectrals, o white spaces en anglès. En aquest punt apareix una nova idea que consisteix en desplegar una tecnologia capaç de permetre que un usuari secundari faci ús de l’espectre radioelèctric de manera temporal i sense interferir a l’usuari primari de la banda. Aquesta tecnologia és coneguda com a Cognitive Radio (CR). La banda espectral en la qual s’ha centrat aquest projecte és la banda de televisió, el “forats” buits espectrals en aquests cas són coneguts com a Television White Spaces (TVWS). Aquesta banda està compresa entre els 470 i 790 MHz i és una de les millors candidates a ser utilitzades en l’àmbit de les comunicacions mòbils, ja que es tracta d’una banda situada a la part de freqüències baixa, per sota de la banda de les comunicacions mòbils, i té unes característiques de propagació molt bones. Per poder desplegar la tecnologia CR en una zona determinada és necessari un coneixement ampli de l’espectre per a aquesta. És en aquest punt on sorgeix la necessitat de crear una base de dades que inclogui la informació espectral de la zona a estudiar per a poder determinar la seva ocupació. Amb aquest motiu, es crea una base de dades intel•ligent coneguda com a Radio Environment Map (REM), on s’emmagatzema tota la informació de l’espectre on s’implantarà aquesta tecnologia de CR. La idea d’aquest projecte és crear un REM a l’edifici D4 del Campus Nord de Barcelona. L’objectiu per tant, es dur a terme una campanya de mesures de tota la banda de televisió a la primera planta d’aquest edifici. En aquesta campanya es pretén estudiar tots aquells canals ocupats de la banda de televisió per tal de caracteritzar el mapa espectral d’aquesta primera planta de l’edifici D4 i amb això construir el REM. També s’ha actualitzat la interfície gràfica de què es disposava per tal de poder visualitzar les noves dades del REM i així observar l’ocupació espectral mitjançant l’estimació de les potencies rebudes, fent ús de l’algoritme de Kriging, en els diferents punts de l’edifici on s’ha realitzat aquest projecte.