Metodologia para avaliação dos níveis de interferências permissíveis gerados por rádios cognitivos em sistemas primários de telecomunicações

Tamanho: px

Começar a partir da página:

Download "Metodologia para avaliação dos níveis de interferências permissíveis gerados por rádios cognitivos em sistemas primários de telecomunicações"

Marcelo Rodrigues Aquino
7 Há anos
Visualizações:

1 Metodologia para avaliação dos níveis de interferências permissíveis gerados por rádios cognitivos em sistemas primários de telecomunicações Eng. Ângelo Canavitsas PETROBRAS / PUC-RJ 31 de agosto de 2011

2 Sumário Objetivo Introdução Cognição & exploração do espectro Medições de ocupação Modelos de ocupação (serviços de voz) Operação do rádio cognitivo Níveis de degradação dos Usuários Primários Conclusão 2

3 Objetivo Apresentar proposta de metodologia para definição dos níveis permissíveis de interferências em usuários primários, gerados por rádios cognitivos. Cognitivo Primário 3

4 Introdução A tecnologia de rádios cognitivos possibilita um aumento da eficiência espectral, por meio da detecção e preenchimento de white spaces em frequências alocadas para usuários primários. 4

5 5

6 6

7 7

8 Cognição & exploração do espectro Tempo F1 F2 F3 F4 F5 F6 Frequências Sensoriamento e detecção de WS Utilização do WS Sensoriamento e detecção de BS 8

9 Medição de ocupação do espectro As medições do espectro que balizaram o presente trabalho foram realizadas em horário comercial na cidade de Campinas, no estado de São Paulo, Brasil. O cenário escolhido constitui-se de um grande centro urbano com alta densidade de usuários, explorando distintos serviços de telecomunicações. 9

10 Medição de ocupação do espectro (Cont.) Neste estudo foi escolhida a faixa de 450 a 500 MHz para ser investigada pelos seguintes fatores: apelo comercial; bons mecanismos de propagação; * alta utilização em grandes centros; proporciona altas taxas de transmissão; e níveis de ruído moderados. * Os ensaios visaram avaliar o comportamento do RC em ambientes com alta taxa de ocupação do espectro. 10

Medição da ocupação do espectro em grande centro urbano. Alta gama de usuários em distintos serviços. Alta gama de usuários em distintos serviços. RC pode provocar interferência nos primários.

11 Medição da ocupação do espectro em grande centro urbano. Alta gama de usuários em distintos serviços. Alta gama de usuários em distintos serviços. RC pode provocar interferência nos primários. Delimitação do cenário de operação. RC provocar interferência primários. Delimitação cenário operação. pode nos do de Detecção robusta no ambiente considerado. Detecção robusta no ambiente considerado. Técnicas de squelch para silenciar os rádios (RX). Técnicas de squelch para silenciar os rádios (RX). 11

12 Medição de ocupação do espectro Black Space - C1 - Frequência 457,53 MHz White Spaces & Black Spaces - Canal 1 2 Black Space - C2 - Frequência 463,55 MHz Faixa de 450 a 470 MHz 1, ,8 0,6 0,4 0, :1 98 : :2 :1 09 : :2 1 : :2 2 : :2 3 : :2 4 : :2 5 : :2 6 : :2 7 : :2 8 : :2 9 : :3 0 : :3 1 : :3 2 : :3 3 : :3 4 : :3 5 : :3 6 : :3 7 : :3 8 : :4 :3 09 : :4 10 : :4 2 : :4 3 : :4 4 : :4 5 : :4 6 : :4 7 : :4 8 : :4 9 : :5 0 : :5 1 : :5 2 : :5 3 : :5 4 : :5 5 : :5 6 : :5 7 : :5 8 : :5 9 :55 71 O c u p a ç ã o d o E s p e c tr o 0 Horário da medição 12

13 Modelo de ocupação (serviço de voz) Os serviços de voz apresentam a característica de ocupar o espectro com intervalos típicos das conversações. As ocupações (black spaces) percentuais do espectro no tempo foram de 34,56% e 33,87%, respectivamente, para os canais 1 e 2 mostrados nas figuras anteriores. As questões a investigar são as durações dos black spaces BS e white spaces WS e suas distribuições ao longo do tempo. Obs. As medições identificaram taxas de ocupação variando de 10 a 51%. 13

14 Modelo de ocupação (Cont.) ΔtBS1=Va1 ΔtBS2=Va2 Ocupação do espectro ΔtWS1=Va3 ΔtWS2=Va4 t (unidade de tempo) black Space white space 14

15 Modelo de ocupação (Cont.) Alguns serviços, devido à metodologia operacional e fraseologias utilizadas facilitam a captura das suas sequências médias de WS e BS, como por exemplo, o Serviço Móvel Aeronáutico - SMA, que pode ser representado pela modelagem indicada a seguir. 15

16 Modelo de ocupação (Cont.) 16

17 Modelo de ocupação (Cont.) O Serviço Móvel Aeronáutico - SMA em horário de pico apresenta aproximadamente as seguintes taxas de ocupação e white spaces, 58,3%, e 41,7% respectivamente. Obs. Não está sendo sugerida a utilização de rádios cognitivos na faixa do SMA, pois se trata de serviço de tráfego aéreo que exige alta segurança e uma proteção institucional por parte dos órgãos reguladores, entretanto, ele foi utilizado como exemplo pela repetibilidade dos padrões de ocupação do espectro, o que facilita a sua modelagem. 17

18 Modelo de ocupação (Cont.) Na modelagem aplicada são utilizados os critérios indicados em (1) e (2) para parametrizar a ocupação do espectro: T BS (%) k P ( T 1 1 UP( k )) = N 1 T S (1) T WS (%) = (1 TBS ) (2) 18

19 Modelo de ocupação (Cont.) TBS: Porcentagem do tempo com ocupação do espectro no ciclo definido (Somatórios de BS dos usuários primários UP). Ts: Período dos slots de processamento do RC. N: Total de slots do ciclo definido. Tup: Tempo de ocupação do espectro do usuário(s) primário(s). K: k ésimo usuário primário. P: Total de slots ocupados pelo K ésimo usuário primário. TWS: Porcentagem do tempo com espectro livre WS. k P k ( T 1 1 UP ( )) : Tempo de ocupação do espectro no ciclo definido (Somatórios de BS dos usuários primários UP) Obs. Considerados slots com 200 ms. 19

20 Operação do rádio cognitivo Menor complexidade: Frequências dos usuários primários com baixa taxa de ocupação. Transmissão de dados, pois a necessidade de espectro de forma contínua nem sempre é necessária. Maior complexidade: Serviço desejado é transmissão de voz ou vídeo. O canal do RC formado pela combinação sequencial de várias frequências de UP. Pode não absorver interrupções prolongadas, sob pena de provocar degradação do serviço. 20

21 Operação do rádio cognitivo (Cont.) Os algoritmos mais complexos aumentam as probabilidades de detecções corretas de WS e BS, contudo, o RC pode mesmo assim errar nas predições, provocando colisões com o UP. Portanto, este estudo visa apresentar níveis de degradação permissíveis para os UP, especialmente, nos serviços de voz, gerados por RC. Supondo-se que a detecção dos sinais dos UP pelo RC seja robusta, as maiores probabilidades de ocorrências de colisões estão correlacionadas aos inícios das transmissões dos UP, como mostrado no próximo slide. 21

22 Operação do rádio cognitivo (Cont.) Obs. Tempo máximo de transmissão contínua de 2 slots. 22

23 Níveis de degradação (Cont.) Nas estimativas realizadas, as colisões do RC com o usuário primário (ocupação de 34,5%) ficaram em torno de 0,9%. Este valor não afeta a inteligibilidade da conversação, mas pode causar desconforto (avaliação subjetiva). Para balizar que níveis de interferências seriam toleráveis para os usuários primários foi levantada a tabela de avaliação dos níveis de degradação, que define a inteligibilidade e conforto das comunicações. Obs. Valores obtidos por meio da reprodução dos dados das medições. 23

24 Níveis de degradação (Cont.) Avaliação feita por especialistas em telecomunicações, por meio de blocos de conversações de 20 segundos. Inserção das colisões de 2 slots após os inícios das falas e as demais (1 slot) inseridas aleatoriamente. Pontos de colisão foram sinalizados com ruído para gerar degradação. 24

25 Níveis de degradação (Cont.) Frequência medida 25

26 Níveis de degradação (Cont.) Exemplos de áudio limpo e com degradação. Reprodução do áudio original. 26

27 Níveis de degradação (Cont.) Tabela de avaliação dos níveis de degradação 27

28 Níveis de degradação (Cont.) Porcentagem de degradação Aumento da qualidade 0,50 1,00 Região com níveis de interferência aceitáveis. 2,00 Slots degradados 5,00 10,00 15,00 Slots seguidos 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 Colisões nos slots Slots isolados 28

29 Resumo Medições de ocupação do espectro; Modelos de ocupação; Operação do rádio cognitivo; Estimativas de colisões (simulação estática); Definição de percentuais de degradação para avaliações; e Sugestão dos níveis de degradação dos Usuários Primários (porcentagem do tempo). 29

30 Conclusão As informações apresentadas sugerem uma metodologia para definição dos níveis de interferências permissíveis gerados por rádios cognitivos em sistemas de usuários primários. 30

31 Ângelo Canavitsas

Documentos relacionados

Conceitos sobre Rádio Cognitivo

Conceitos sobre Rádio Cognitivo Eng. Ângelo Canavitsas Sumário Objetivo Origem do rádio cognitivo Porque rádio cognitivo? Uso eficiente do espectro Rádio definido por Software Atuação do Rádio Cognitivo