Modelo de asignación espectral para el uso eficiente de la banda de televisión digital en la ciudad de Bogotá a través de la radio cognitiva
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2019-11-06
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La escases de recursos en el espectro electromagnético necesarios para los sistemas de comunicaciones inalámbricas es un problema que se encuentra en discusión dado la creciente demanda de servicios de acceso al medio inalámbrico como lo son las comunicaciones móviles, conexiones de acceso a internet inalámbrico, aplicaciones de IoT, entre otros. La migración del sistema de TV analógico al sistema digital (conocido como “Digital TV Switchover”) permite la liberación de una cantidad significante de recursos espectrales que pueden ser utilizados en dichos servicios adicionales que se encuentran en auge. De la misma forma, los TVWSs emergen como oportunidades espectrales que pueden ser también exploradas. La radio cognitiva (RC) se presenta como una posible alternativa para el uso eficiente de los recursos disponibles en el espectro de las bandas de TV digital. El objetivo de esta investigación, adicional a describir el estado del arte en el aprovechamiento de los TVWS a través de la RC, es presentar un modelo hibrido basado en los algoritmos de FAHP (Fuzzy Analytical Hierarchical Process) y TOPSIS (Technique for Order Preferences by Similarity to Ideal Solution) para la selección del canal de comunicaciones alternativo en la etapa de decisión de espectro dentro del ciclo cognitivo, con base en las mediciones de ocupación de espectro en las bandas de TV digital desplegadas en la ciudad de Bogotá. A partir de los datos recopilados a través de la medición, se realiza una simulación con el fin de evaluar el algoritmo propuesto. Los resultados demuestran un buen desempeño en términos de un reducido número de Handoff, un bajo retardo acumulado, un alto ancho de banda y throughput, en comparación a un algoritmo de selección de canal aleatorio simple.
Resumen
Spectrum scarcity is an emerging issue in wireless communication systems due to the increasing demand of broadband services like mobile communications, wireless internet access, IoT applications, among others. The migration of analog TV to digital systems (a.k.a. digital TV switchover) has led to the release of a significant spectrum share that can be used to support said additional services. Likewise, TVWS (TV white spaces) emerge as spectral opportunities that can also be explored. Cognitive radio (CR) presents itself as a feasible approach to efficiently use resources and exploit gaps within the TV spectrum. The goal of this research, besides showing the state of the art behind the TVWS usage though the CR methodologies, is to present an hybrid model based on the FAHP (Fuzzy Analytical Hierarchical Process) along with the TOPSIS (Technique for Order Preferences by Similarity to Ideal Solution) techniques used to choose a backup channel in the spectrum decision step of the cognitive cycle based on the spectrum availability measured through a measurement campaign on the digital TV bands deployed in Bogotá city. A simulation is carried out with the gained TV bands real occupation spectrum data along with the proposed algorithm. The results demonstrate a good performance in terms of a reduced number of handoff, low cumulative delay, high bandwidth and throughput, in comparison to a simple channel aleatory selection algorithm.
Palabras clave
Asignación espectral, TOPSIS, FAHP, Radio cognitiva, Televisión digital, TVWS
Materias
Maestría en Ciencias de la Información y las Comunicaciones - Tesis y disertaciones académicas, Televisión digital, Mejoramiento de procesos