Rádios Cognitivos

1. Universidade Federal do Rio de Janeiro Engenharia de Computação e Informação Redes de Computadores II – Professores Luis Henrique e Otto Pedro Smith Coutinho RádiosCognitivos

2. Roteiro • Motivação • Definição • Proposta • CompartilhamentoDinâmico do Espectro • OFDM • Vetor de Alocação • Desafios • Conclusão • Perguntas • Referências

3. Motivação • Licenciamento do Espectro Eletromagnético • Escassez

4. Motivação (cont.) • Uso do Espectro • Ineficiente

5. Definição • Rádio Definido por Software (SDR – Software Defined Radio) • Adaptável ao meio • Rádio Cognitivo Completo • Joseph Mitola (DARPA) • Capacidades Cognitivas • Sensoriamento, localização geográfica, inteligência artificial • Linguagem para troca de informações

6. Definição (cont.) • Rádio Cognitivo de Sensoriamento de Espectro • Informações • Uso do espectro de radiofrequência • Compartilhamento do Espectro • Seleção Dinâmica de Frequência • Controle de Potência de Transmissão

7. Proposta • Mesmafaixa de frequências • SistemaLicenciado • UsuáriosPrimários • Semalterações • Custo • Aceitação • SistemaNãoLicenciado • UsuáriosSecundários • Acessooportunístico • Sub-bandasnãoutilizadas

8. CompartilhamentoDinâmico do Espectro • Spectrum Pooling • SensoriamentoColaborativo • Aproximadamente 99.9% de confiabilidade • Detecçãoperiódica • Pressuspostos • Silênciodurantedetecção • Semlinha de visada (line of sight) • CamadaFísica x Camada MAC • Microssegundos x milissegundos • Boosting Protocol

9. OFDM • Multiplexação por Divisão de Frequências Ortogonais (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

10. OFDM (cont.) • Ortogonalidade

11. OFDM (cont.) • Amplamente utilizada • IEEE 802.11a, g, n, HIPERLAN/2 • Características • Modulação em subportadoras • Transmissão em paralelo • Grande número • Baixa taxa • Vantagens • Menorinterferênciaintersímbolo • Apropriadaparacompartilhamento de espectro • Sub-bandaslicenciadas • No. inteiro de subportadoras OFDM

12. Vetor de Alocação • Utilização das frequências • Binário • OR (“ou”) lógico • Basta um usuário licenciado em uma sub-banda

13. Desafios • Modelagem estatística dos usuários • Surgimento • Tráfego • Handoff • Teoria semelhante • Interpool Handoff • Histerese • Qualidade de Serviço (QoS) • Escalonamento de Recursos • Particularidades • Fortes flutuações

14. Conclusão • RádiosCognitivos • TecnologiaPromissora • Novosserviços • Maiseficiência • Maiorestaxas • Menorinterferência • Necessidade • Escassez do Espectro • Futuro • RádioCognitivoCompleto • Implementaçãofactível

16. Perguntas • 1 – Qual a principal motivação para a pesquisa a curto prazo na área de Rádios Cognitivos? • A escassez do espectro eletromagnético, devido ao licenciamento de faixas de frequências a serviços que nem sempre fazem uso eficiente dessas frequências.

17. Perguntas (cont.) • 2 – Por que o espectro eletromagnético do ar é ineficientemente utilizado? • Porque faixas de frequência são alocadas de maneira fixa pelos órgãos competentes a serviços que nem sempre são largamente utilizados. Essas faixas podem ser sub-utilizadas tanto no espaço (pequenas áreas) como no tempo (curtos períodos) e poderiam ser cedidas temporariamente a outros serviços.

18. Perguntas (cont.) • 3 – Qual a principal funcionalidade a ser implementada a curto prazo na área de Rádios Cognitivos? • Compartilhamento Dinâmico do Espectro, que permitirá a reutilização de faixas de radiofrequência licenciadas sem alteração dos dispositivos do sistema licenciado.

19. Perguntas (cont.) • 4 – Por que deseja-se, no Compartilhamento do Espectro, que os dispositivos primários não necessitem sofrer alterações? • Porque a necessidade de alteração de dispositivos já em uso distribuídos no mercado teria diversas implicações negativas, como elevados custos e baixas taxas de aprovação pelos usuários.

20. Perguntas (cont.) • 5 – Qual a técnica modulação que apresenta vantagens e facilidades ao Compartilhamento do Espectro? Por quê? • OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), por usar diversas sub-portadoras para modulação permite que essas sejam escolhidas de acordo com a utilização atual do sistema licenciado compartilhado, facilitando a flexibilidade do sistema secundário.

21. Referências • [1] J. Mitola III e G.Q. Maguire Jr., Cognitive Radio: Making Software Radios More Personal, IEEE Personal Communications, vol. 6, no. 4, Ago. 1999, pp. 13-18. • [2] Weiss, T.A. e Jondral, F.K.,Karlsruhe Univ., Alemanha; Spectrum pooling: an innovative strategy for the enhancement of spectrum efficiency, IEEE Communications Magazine, vol 42, no.4, Mar 2004, pp. 8-14. • [3] Cabric, D.; Mishra, S.M.; Brodersen, R.W., "Implementation issues in spectrum sensing for cognitive radios," Signals, Systems and Computers, 2004. Conference Record of the Thirty-Eighth Asilomar Conference on , vol.1, pp. 772-776 Vol.1, 7-10 Nov. 2004. • [4] Hillenbrand, J.; Weiss, T.A.; Jondral, F.K., "Calculation of detection and false alarm probabilities in spectrum pooling systems," Communications Letters, IEEE , vol.9, no.4, pp. 349- 351, Abril 2005. • [5] J. Mitola III, Cognitive Radio: An Integrated Agent Architecture for Software Defined Radio, Tese de PhD, Royal Institute of Technology (KTH), Suécia, 8 de Maio, 2000 [Tese de PhD do pai do RádioCognitivo]. • [6] J. Mitola III, Cognitive Radio for Flexible Mobile Multimedia Communications, in Proc. 6th IEEE International Workshop on Mobile Multimedia Communications (MOMUC’99), San Diego, CA, 15- 17 Nov. 1999, pp. 3-10. • [7] Akyildiz, I. F., Lee, W., Vuran, M. C. e Mohanty, S. 2006. NeXt generation/dynamic spectrum access/cognitive radio wireless networks: a survey. Comput. Netw. 50, 13 (Set. 2006), 2127-2159. • [8] Chen, K., Peng, Y., Prasad, N., Liang, Y., e Sun, S. 2008. Cognitive radio network architecture: part I -- general structure. In Proceedings of the 2nd international Conference on Ubiquitous information Management and Communication (Suwon, Coréia, 31 de Janeiro - 01 de Fevereiro, 2008). ICUIMC '08. ACM, Nova York, NY, 114-119. • [9] Chen, K., Peng, Y., Prasad, N., Liang, Y., e Sun, S. 2008. Cognitive radio network architecture: part II -- trusted network layer structure. In Proceedings of the 2nd international Conference on Ubiquitous information Management and Communication (Suwon, Coréia, 31 de Janeiro - 01 de Fevereiro, 2008). ICUIMC '08. ACM, Nova York, NY, 120-124. • [10] Chakravarthy, V.D.; Shaw, A.K.; Temple, M.A.; Stephens, J.P., "Cognitive radio - an adaptive waveform with spectral sharing capability," Wireless Communications and Networking Conference, 2005 IEEE, vol.2, pp. 724-729 Vol. 2, 13-17 Mar. 2005. • [11] T. Weiss, J. Hillenbrand, F. Jondral. "Efficient Signaling of Spectral Resources in Spectrum Pooling Systems", Proc. of the 10th Symp. Tech and Vehic. Tech., Eindhoven, Holanda, Novembro de 2003. • [12] T. Weiss, J. Hillenbrand, F. Jondral, “A Diversity Approach for the Detection of Idle Spectral Resources in Spectrum Pooling Systems,” Proc. of the 48th Int. Scientific Colloquium, Ilmenau, Alemanha, Setembro de 2003. • T. Weiss, J. Hillenbrand, and F. Jondral, “A Diversity Approach for the De- tection of Idle Spectral Resources in Spectrum Pooling Systems,” Proc. of the 48th Int. Scientific Colloquium, Ilmenau, Germany, September 2003 • [13] IEEE Spectrum - The End of Spectrum Scarcity • http://www.spectrum.ieee.org/mar04/3811 • Acessadopelaúltimavezem 12/10/2008. • [14] IEEE SCC41 Committee Cognitive Radio Information Center • http://www.scc41.org/crinfo • Acessadopelaúltimavezem 12/10/2008. • [15] Description of Software Defined Radio from the GNU/Radio developer • http://gnuradio.org/trac/wiki?SoftwareRadio • Acessadopelaúltimavezem 12/10/2008. • [16] IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee • 802.22 WG on WRANs (Wireless Regional Area Networks) • http://ieee802.org/22/ • Acessadopelaúltimavezem 12/10/2008. • [17] IEEE 802.15 WPAN™ Task Group 2 (TG2) • http://ieee802.org/15/pub/TG2.html • Acessadopelaúltimavezem 12/10/2008. • [18] Wikipedia – Statistics • http://en.wikipedia.org/wiki/Statistics • Acessadopelaúltimavezem 13/10/2008.