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Modelo de detección de espectro para redes móviles de radio cognitiva mediante el uso de técnicas de Inteligencia artificial

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2025-11-25

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Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas

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Amaya Bogoya, Daniel Santiago; Martín Fernández, Jaime Alejandro (2025). Modelo de detección de espectro para redes móviles de radio cognitiva mediante el uso de técnicas de Inteligencia artificial. Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas. https://hdl.handle.net/11349/100961

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Resumen

Traditional fixed-allocation models for the radio spectrum have become a source of inefficiency for wireless networks, where congested bands coexist with others that are barely used. Conventional detection methods, based on energy thresholds, are insufficient for today's dynamic and noisy environments, severely limiting resource optimization. In response to this problem, this work develops and validates a spectral detection model that applies artificial intelligence to achieve greater accuracy. For this purpose, an experimental system with Software-Defined Radio (SDR) was implemented to capture a dataset in a controlled environment. With this information, two classification models, Logistic Regression and Random Forest, were trained and compared to determine their ability to correctly identify channel availability. The results obtained demonstrate the effectiveness of this approach. The Random Forest model exhibited exceptional performance, achieving a 98% detection probability with a false alarm probability of only 2%. It is crucial to highlight that this reliability was maintained even in low signal-to-noise ratio scenarios, a known weakness of energy detectors. This research concludes that artificial intelligence offers a robust and practical solution for dynamic spectrum management, establishing a validated foundation for the design of future communication networks, which will necessarily be more efficient and adaptive.

Descripción

Los modelos tradicionales de asignación fija para el espectro radioeléctrico se han convertido en una fuente de ineficiencia para las redes inalámbricas, donde bandas congestionadas coexisten con otras apenas utilizadas. Los métodos de detección convencionales, basados en umbrales de energía, son insuficientes para los entornos dinámicos y ruidosos de hoy, limitando severamente la optimización del recurso. En respuesta a esta problemática, este trabajo desarrolla y valida un modelo de detección espectral que aplica la inteligencia artificial para lograr una mayor precisión. Para este propósito, se implementó un sistema experimental con un Radio Definido por Software (SDR) para capturar un conjunto de datos en un entorno controlado. Con esta información, se entrenaron y compararon dos modelos de clasificación, Regresión Logística y Bosque Aleatorio, para determinar su capacidad de identificar correctamente la disponibilidad de los canales. Los resultados obtenidos demuestran la eficacia de este enfoque. El modelo de Bosque Aleatorio exhibió un rendimiento excepcional, alcanzando una probabilidad de detección del 98 % con una probabilidad de falsa alarma de solo el 2 %. Es crucial destacar que esta fiabilidad se mantuvo incluso en escenarios de baja relación señal-ruido, un punto débil conocido de los detectores de energía. Esta investigación concluye que la inteligencia artificial ofrece una solución robusta y práctica para la gestión dinámica del espectro, sentando una base validada para el diseño de redes de comunicación futuras, que serán necesariamente más eficientes y adaptativas.

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