K fold Cross-validation

Las técnicas de detección del espectro para aplicaciones de RC tienen el objetivo fundamental de descubrir a través del rastreo constante las oportunidades del espectro para la operación de los usuarios secundarios. Existen muchas clasificaciones de las técnicas de detección del espectro en función de diferentes criterios, un resumen de las diferentes clasificaciones se puede apreciar en la Figura 1-4. DETECCIÓN DEL ESPECTRO ¿Cómo detectar el espectro? ¿Cuándo detectar el espectro? ¿Existe información disponible antes de detectar el espectro? ¿Dónde detectar el espectro? Detección No Cooperativa Detección Cooperativa Detección Reactiva (bajo demanda) Detección Proactiva (periódica) Detección a Ciegas (blind) Detección Caracterizada (feature). Detección de Banda- Amplia (wideband) Detección de Banda- Estrecha (narrowband)

Figura 1-4: Clasificación de las Técnicas de Detección del espectro para Aplicaciones de Radio Cognitiva

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La detección del espectro es clasificada en dos métodos fundamentales de detección. El método de detección no cooperativa de la transmisión primaria, donde la RC hace la decisión acerca de la presencia o ausencia de UP a través de su observación local de las señales que percibe. En comparación el método de detección cooperativa se refiere a la detección de la transmisión basada en métodos de detección del espectro donde múltiples RC cooperan para decidir de una forma centralizada o descentralizada acerca de la ocupación de un canal. Cada nodo cooperativo en la red cognitiva puede aplicar cualquier método de detección local y entonces compartir la información de detección con otros nodos, en dependencia de la estrategia de cooperación seleccionada [27].

Atendiendo al tiempo de ejecución de la detección, la DE se clasifica en dos tipos: detección reactiva (bajo demanda) y detección proactiva (periódica) [28]

Los esquemas reactivos operan bajo demanda o a pedido, donde el usuario cognitivo solo comienza a detectar el espectro solamente cuando este tiene algún dato que transmitir [29]. La detección reactiva puede estar comprometida a incrementar la confiabilidad de detección en un canal con UP o puede ser activada por el dinamismo del ambiente con la aparición de un UP o por el cambio de las características de propagación. Adicionalmente la detección reactiva puede ser activada debido a la movilidad de los usuarios secundarios [30].

Los esquemas proactivos persiguen minimizar la demora por parte de los usuarios cognitivos buscando una banda desocupada y creando una lista de uno o más canales actualmente disponibles [29]. La detección proactiva es ejecutada periódicamente y su principal objetivo es buscar y rastrear insistentemente oportunidades espectrales. Los resultados de una detección periódica pueden ser usados para estimar los patrones de actividad de los UP, derivar apropiados modelos de propagación estadística y calcular las probabilidades de ocupación o disponibilidad de los canales [19].

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El estándar IEEE 802.22 define dos tipos de períodos de detección en la trama 802.22: períodos de detección rápidos y períodos de detección fina (Figura 1-5) [28]. Los períodos de detección rápidos son usados para una detección proactiva con el propósito de escanear en poco tiempo los canales de TV licenciados en busca de oportunidades espectrales. Opuestamente los períodos de detección finos son usados para una detección reactiva. La idea de introducir los períodos de detección fina en el estándar 802.22 es para incrementar las capacidades de detección de la estación base 802.22 en una determinada banda de frecuencia a través de la extensión del período de detección. Esto significa que los períodos de detección fina pueden ser usados para ejecutar una poderosa detección de señales de UP con el empleo de avanzadas técnicas de detección de señales, las cuales requieren generalmente más largos períodos de detección.

En general la RC puede beneficiarse de una detección multi-etapa como por ejemplo la unión de la detección proactiva y la detección reactiva. La detección proactiva puede ser usada para un escaneo constante de la aparición y desaparición de los UP en diferentes bandas, mientras que la detección reactiva puede ser usada para incrementar la confiabilidad en la detección en ciertas bandas donde puede ser necesario y beneficioso [19].

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Las técnicas de detección del espectro recogidas en la literatura se dividen en dos grandes clases: las técnicas de detección a ciegas (blind) y las técnicas de detección caracterizada (feature). Las técnicas de detección a ciegas son usadas para detectar a ciegas la presencia o ausencia de cualquier señal en el medio inalámbrico sin tener conocimiento previo del tipo y estructura de las señales de los UP. La detección de energía, el método de estimación de potencia de ruido (Estimated Noise Power) surgido recientemente [32], la detección de autocorrelación y la detección estadística de orden mayor (Higher Order-Statistics) son técnicas representativas de detección de señales de la clase de detección a ciegas [33].

El principal inconveniente de los métodos de detección a ciegas es su incapacidad de distinguir entre diferentes tipos de señales en el canal inalámbrico, lo cual es especialmente importante en escenarios donde los US operan sin coordinación. Los métodos de detección caracterizada, además de la detección de la señal existente, tiene la habilidad de ejecutar una clasificación de la señal, por consiguiente es capaz de distinguir entre diferentes señales primarias y US. Entre los ejemplos típicos de técnicas de detección característica podemos encontrar las técnicas de detección cicloestacionaria y filtrado acoplado (matched filter). A pesar que las técnicas de detección característica son más poderosas que las técnicas de detección a ciegas, ellas requieren más tiempo de observación, mayores capacidades de procesamiento y memoria en los equipos de radio.

En adición a la decisión binaria sobre la presencia o ausencia de usuarios primarios en el canal, la DE puede proveer información adicional incluyendo los niveles de señal e interferencia de los UP y US que accionan en su ambiente local, así como las ganancias de desvanecimiento, pérdidas de propagación e información sobre colisiones ocurridas entre UP y US. Basados en la historia de los datos de ocupación del espectro, las funcionalidades de DE pueden confeccionar los patrones de estimación de uso del canal, siendo beneficiosos para los métodos de compartición del espectro.

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Otra de las clasificaciones manejadas en la bibliografía es en cuanto a la cantidad de ancho de banda de sistemas primarios detectado en un simple periódo de tiempo. Considerando las capacidades de hardware de la RC y los modos de operación de las redes radio cognitivas (CRN, Cognitive Radio Network) las funcionalidades de DE pueden cubrir una simple banda o multiples bandas de UP. Las RC que soportan la operación de banda-amplia (wideband) permiten detectar simultáneamente múltiples bandas de UP, no obstante estas capacidades aumentan el precio del hardware de las RC, así como el precio global para el despliegue de la red. Opuestamente las RC con capacidades de operación de banda-estrecha (narrowband) tienen un precio significativamente bajo comparado con las de banda amplia pero están limitadas en términos de la cobertura de canales UP en un tiempo. Por consiguiente las RC de banda estrecha usualmente barren a través de múltiples bandas de UP para cubrir amplio rango de frecuencia. La solución de banda estrecha es más interesante para la comunidad de investigación y los proveedores debido a su reducida complejidad y al bajo precio del hardware y de los equipos para el despliegue comercial.