Algoritmos de aprendizado de máquina para coordenação de interferência entre células

The current LTE and LTE-A deployments require larger efforts to achieve the radio resource management. This, due to the increase of users and the constantly growing demand of services. For this reason, the automatic optimization is a key point to avoid issues such as the inter-cell interference. This paper presents several proposals of machine-learning algorithms focused on this automatic optimization problem. The research works seek that the cellular systems achieve their self-optimization, a key concept within the self-organized networks, where the main objective is to achieve that the networks to be capable to automatically respond to the particular needs in the dynamic network traffic scenarios.Los despliegues actuales de LTE y LTE-A requieren mayor esfuerzo para la gestión de recursos radio debido al incremento de usuarios y a la gran demanda de servicios; en ese escenario, la optimización automática es un punto clave para evitar problemas como la interferencia inter-celda. El presente trabajo recopila propuestas de algoritmos de aprendizaje automático [machine learning] enfocados en resolver este problema. Las investigaciones buscan que los sistemas celulares consigan su auto-optimización, un concepto que se enmarca dentro del área de redes auto-organizadas [Self-Organized Networks, SON], cuyo objetivo es lograr que las redes respondan de forma automática a las necesidades de los escenarios dinámicos de tráfico de red.As implantações atuais de LTE e LTE-A exigem maior esforço para o gerenciamento de recursos rádio devido ao aumento de usuários e à alta demanda por serviços, neste cenário a otimização automática é um ponto-chave para evitar problemas como a interferência entre células. O presente trabalho coleta propostas de algoritmos de aprendizado automáticos focados na resolução deste problema. A pesquisa busca que os sistemas celulares alcancem a sua auto-otimização, um conceito que faz parte das redes auto-organizadas (Self-Organizing Networks, SON), cujo objetivo é garantir que as redes respondam automaticamente às necessidades dos cenários dinâmicos do tráfego de rede

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO DE MONITOREO DE BAJO COSTO PARA ESTACIONES DE RADIODIFUSIÓN SONORA EN FRECUENCIA MODULADA (DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A LOW COST PROTOTYPE TO MONITOR FREQUENCY MODULATION IN BROADCAST RADIO STATIONS)

Resumen Es necesario tener instrumentos para evaluar la operación de sistemas de radiodifusión sonora, y verificar el cumplimiento de los parámetros de operación otorgados por las agencias encargadas de administrar el espectro radioeléctrico. Este artículo presenta el proceso de diseño, implementación y pruebas de calibración y operación de un prototipo de monitoreo de bajo costo para estaciones de radiodifusión sonora en frecuencia modulada, utilizando radio definido por software. Este proceso adaptó la metodología de Programación Extrema, la cual define análisis de requerimientos, diseño, implementación y evaluación del prototipo. El prototipo empleó un dispositivo periférico de radio universal, fue calibrado mediante equipos especializados y se utilizó para evaluar los parámetros de operación de la estación Unicauca Estéreo de la Universidad del Cauca en Popayán. La evaluación permitió concluir que el prototipo ofrece la posibilidad de realizar el monitoreo de los parámetros esenciales de las estaciones de FM de forma sencilla y confiable. Palabras Clave: Prototipo de monitoreo de bajo costo, radio definido por software, radiodifusión sonora en frecuencia modulada. Abstract There is a need to have instruments to evaluate the operation of radio broadcast systems, and thereby to verify and ensure the operating parameters granted by the respective radio spectrum national agency. This article presents the process of designing, implementing, calibrating, and operating a low-cost monitoring prototype for FM radio broadcast stations using software-defined radio (SDR). This process applied the extreme programming (XP) methodology, which defines activities related to requirement analysis, design, implementation, and evaluation of the prototype's operation. The implemented prototype used a universal radio peripheral device (USRP), which offered results comparable to specialized equipment. The monitoring prototype was calibrated using specialized radio frequency laboratory equipment and was used to evaluate and analyze the operating parameters of the Unicauca Estéreo, a university radio station at the Universidad del Cauca in Popayán, Colombia. The evaluation allowed us to conclude that the prototype offers the possibility to monitor the essential parameters of an FM broadcast radio station easily and confidently. Keywords: FM broadcast radio stations, low cost prototype monitor, software define radio

Análisis de capacidad en una red heterogénea empleando control de potencia y asignación de espectro basado en teoría de juegos

En el presente artículo se expone el análisis de capacidad realizado a una HetNet mediante la adaptación de un algoritmo empleando control de potencia y asignación de espectro conjunta basada en teoría de juegos; disponiendo de forma aleatoria los usuarios y estaciones base dentro de un escenario de simulación, posteriormente se analiza el comportamiento en términos de capacidad planteada para los servicios de voz y datos. Los resultados obtenidos se comparan utilizando los mismos parámetros de simulación con el algoritmo de control ideal de potencia para los servicios anteriormente mencionados y una asignación aleatoria. Los resultados muestran que la asignación conjunta de recursos, permite que la capacidad del sistema se incremente, al igual que la velocidad alcanzada por los usuarios.This article shows the analysis of the capacity carried out in a HetNet, it proposes an adaptation of an algorithm of power control and spectrum allocation based on game theory. For this, users and base stations are randomly arranged within a simulation scenario, then the behavior is analyzed in terms of capacity proposed for voice and voice and data services. The results obtained are compared using the same simulation parameters with the ideal power control algorithm for the previously defined services

Detección de espectro en banda ancha Sub-Nyquist para redes Radio Cognitiva: compleción de matrices mediante valores semilla

Introduction: Cognitive Radio (CR) makes efficient use of the radio resource, for this it performs Spectrum Sensing (SS) in order to identify the available spectrum. But due to the rapid evolution of transceivers, microelectronics and high propagation frequencies, it is necessary for SS algorithms to be applied in frequency bands in CR and for sampling below the Nyquist rate. Objective: Adapt an algorithm for Wideband Sub-Nyquist Spectrum Detection (WBSS) for CR networks using Matrix Completion (MC) integrating seed values from known samples, in order to complete the unsampled inputs of the band to evaluate, reconstruct the signals and the identify the available spectrum. Method: An adaptation to the Interest Zone Matrix Approximation (IZMA) algorithm was carried out, for this purpose the reconstruction stage is designed and a narrow band spectrum sensing method is chosen to form the detector bank; the algorithm called IZMA_SV is evaluated at the simulation level, therefore deterministic signals are reconstructed in different SNRs and the channel status is identified as busy or free. Results: The simulations indicate that the adapted algorithm shows differences between the known values of the sampling matrix M and the recovered matrix X in SNRs lower than -8 dB, while the difference tends to zero in SNRs greater than 2 dB. Conclusions: The IZMA-SV algorithm manages to reduce the number of operations to arrive at the approximate matrix X, reconstructing signals sampled at 75% of the Nyquist rate and even with a sampling of 20% the characteristics of the signal that make possible the detection of wideband spectrum.Introducción: La Radio Cognitiva (CR) hace un uso eficiente del recurso radioeléctrico, para ello realiza la Detección de Espectro (SS) con el fin de identificar el espectro disponible. Pero debido a la rápida evolución de los transceptores, la microelectrónica y las altas frecuencias de propagación, se hace necesario que en CR se apliquen algoritmos de SS en bandas de frecuencia y se realice un muestreo inferior a la tasa de Nyquist. Objetivo: Adaptar un algoritmo para Detección de Espectro Sub-Nyquist en Banda Ancha (WBSS) para redes de CR mediante la Compleción de Matrices (MC) que integra valores semilla a partir de las muestras conocidas, con el fin de completar las entradas no muestreadas de la banda a evaluar, reconstruir las señales e identificar el espectro disponible. Metodología: Se realizó una adaptación al algoritmo Aproximación Matricial de la Zona de Interés (IZMA), para ello se diseña la etapa de reconstrucción y se elige un método de detección de espectro en banda estrecha para conformar el banco de detectores; el algoritmo que se denomina IZMA_SV es evaluado a nivel de simulación, por tanto se reconstruyen señales determinísticas en diferentes SNR y se identifica el estado del canal como ocupado o libre. Resultados: Las simulaciones indican que el algoritmo adaptado presenta diferencias entre los valores conocidos de la matriz de muestreo M y la matriz recuperada X en SNR inferiores a -8 dB, mientras que la diferencia tiende a cero en SNR superiores a 2 dB. Conclusiones: El algoritmo IZMA-SV logra reducir el número de operaciones para llegar a la matriz aproximada X, reconstruyendo señales muestreadas al 75% de la tasa Nyquist y aún con un muestreo del 20% se mantienen las características de la señal que hacen posible la detección de espectro en banda ancha.&nbsp

Asignación de espectro basado en inteligencia de enjambre empleando un algoritmo metaheurístico híbrido bioinspirado

El crecimiento exponencial de los nuevos servicios móviles e inalámbricos, inherentes a las necesidades de una sociedad hiperconectada, demandan cada vez más el acceso casi inmediato y permanente de diferentes recursos radio, lo que implica atender de manera cuidadosa, aspectos de estudio como la prevista escasez del espectro electromagnético y su considerable subutilización en las radiocomunicaciones actuales, motivando así la investigación de modelos emergentes para la asignación dinámica de espectro. De esta manera, el Acceso Dinámico de Espectro se presenta como una solución eficiente para la reutilización resiliente de canales inalámbricos de comunicación en un esquema compartido de bandas de frecuencia. El reto principal de la asignación dinámica de espectro es poder garantizar a todos los usuarios de una red protección contra la interferencia que se pudiera generar durante la ocupación simultánea de un canal de comunicación. Por lo tanto, se considera pertinente restringir el acceso a una cantidad sobrecargada de usuarios, con el fin de conseguir una coexistencia pacífica en un área de cobertura dada, considerando que el uso simultáneo de un canal por uno o más usuarios será posible siempre y cuando, no excedan el umbral de interferencia impuesto por el sistema. En consecuencia, en este trabajo se emplea Inteligencia Artificial basada en un algoritmo metaheurístico híbrido bioinspirado, denominado Optimización por Cúmulo de Partículas Socio-Cognitivo, con el fin de dar solución al problema de Acceso Dinámico de Espectro en una Red Heterogénea, teniendo como función de utilidad multi-objetivo las métricas asociadas a la asignación de usuarios y a la maximización de la tasa de datos, logrando mitigar así el impacto nocivo de la interferencia y asignando espectro de manera exitosa en promedio al 80% de los usuarios considerados el escenario de análisis

Sub-Nyquist Wideband Spectrum sensing for Cognitive Radio Networks: Matrix Completion via seed values

Introducción: La Radio Cognitiva (CR) hace un uso eficiente del recurso radioeléctrico, para ello realiza la Detección de Espectro (SS) con el fin de identificar el espectro disponible. Pero debido a la rápida evolución de los transceptores, la microelectrónica y las altas frecuencias de propagación, se hace necesario que en CR se apliquen algoritmos de SS en bandas de frecuencia y se realice un muestreo inferior a la tasa de Nyquist. Objetivo: Adaptar un algoritmo para Detección de Espectro Sub-Nyquist en Banda Ancha (WBSS) para redes de CR mediante la Compleción de Matrices (MC) que integra valores semilla a partir de las muestras conocidas, con el fin de completar las entradas no muestreadas de la banda a evaluar, reconstruir las señales e identificar el espectro disponible. Metodología: Se realizó una adaptación al algoritmo Aproximación Matricial de la Zona de Interés (IZMA), para ello se diseña la etapa de reconstrucción y se elige un método de detección de espectro en banda estrecha para conformar el banco de detectores; el algoritmo que se denomina IZMA_SV es evaluado a nivel de simulación, por tanto se reconstruyen señales determinísticas en diferentes SNR y se identifica el estado del canal como ocupado o libre. Resultados: Las simulaciones indican que el algoritmo adaptado presenta diferencias entre los valores conocidos de la matriz de muestreo M y la matriz recuperada X en SNR inferiores a -8 dB, mientras que la diferencia tiende a cero en SNR superiores a 2 dB. Conclusiones: El algoritmo IZMA-SV logra reducir el número de operaciones para llegar a la matriz aproximada X, reconstruyendo señales muestreadas al 75% de la tasa Nyquist y aún con un muestreo del 20% se mantienen las características de la señal que hacen posible la detección de espectro en banda ancha. Introduction: Cognitive Radio (CR) makes efficient use of the radio resource, for this it performs Spectrum Sensing (SS) in order to identify the available spectrum. But due to the rapid evolution of transceivers, microelectronics and high propagation frequencies, it is necessary for SS algorithms to be applied in frequency bands in CR and for sampling below the Nyquist rate. Objective: Adapt an algorithm for Wideband Sub-Nyquist Spectrum Detection (WBSS) for CR networks using Matrix Completion (MC) integrating seed values from known samples, in order to complete the unsampled inputs of the band to evaluate, reconstruct the signals and the identify the available spectrum. Method: An adaptation to the Interest Zone Matrix Approximation (IZMA) algorithm was carried out, for this purpose the reconstruction stage is designed and a narrow band spectrum sensing method is chosen to form the detector bank; the algorithm called IZMA_SV is evaluated at the simulation level, therefore deterministic signals are reconstructed in different SNRs and the channel status is identified as busy or free. Results: The simulations indicate that the adapted algorithm shows differences between the known values of the sampling matrix M and the recovered matrix X in SNRs lower than -8 dB, while the difference tends to zero in SNRs greater than 2 dB. Conclusions: The IZMA-SV algorithm manages to reduce the number of operations to arrive at the approximate matrix X, reconstructing signals sampled at 75% of the Nyquist rate and even with a sampling of 20% the characteristics of the signal that make possible the detection of wideband spectrum

Control de potencia basado en teoría de juegos en comunicaciones inalámbricas

Los sistemas de comunicaciones han evolucionado vertiginosamente a lo largo de las últimas décadas, las comunicaciones son cada vez más eficientes y los usuarios requieren de mejores servicios con una alta calidad, sin embargo este crecimiento en los requerimientos implica la utilización de una cantidad considerable de energía, que para los diferentes sistemas de comunicaciones se utiliza de forma ineficiente causando interferencia entre dichos sistemas y un alto consumo de energía en los dispositivos móviles. Por este motivo la Gestión de Recursos Radio (RRM, Radio Resource Management) implementa dentro de sus procedimientos de gestión, el Control de Potencia (PC, Power Control), pretendiendo utilizar de forma adecuada la energía disponible en los dispositivos móviles y en general de todo el sistema de comunicaciones móviles e inalámbricas. La investigación sobre el Control de Potencia (PC) establece diferentes alternativas para su implementación y modelado, en la investigación se pretende modelar el Control de Potencia (PC) mediante una herramienta matemática conocida como Teoría de Juegos (GT, Game Theory) que ha sido ampliamente utilizada en diferentes áreas, obteniéndose buenos resultados. Para abarcar esta temática se establece el modelo de Control Ideal de Potencia como punto de referencia, el cual establece la mejor solución para la asignación de potencia en un sistema de comunicaciones. Para la evaluación del modelo se definió como escenario de simulación un sistema de comunicaciones móviles e inalámbricas limitado por interferencia con única portadora, donde se tiene en cuenta la interferencia causada por los usuarios presentas tanto al interior de la celda como fuera de esta. Los resultados obtenidos muestran que la Teoría de Juegos (GT) es una alternativa eficiente para el modelado de procedimientos de gestión de recursos en sistemas de comunicaciones móviles e inalámbricas

Algoritmos de aprendizado de máquina para coordenação de interferência entre células

The current LTE and LTE-A deployments require larger efforts to achieve the radio resource management. This, due to the increase of users and the constantly growing demand of services. For this reason, the automatic optimization is a key point to avoid issues such as the inter-cell interference. This paper presents several proposals of machine-learning algorithms focused on this automatic optimization problem. The research works seek that the cellular systems achieve their self-optimization, a key concept within the self-organized networks, where the main objective is to achieve that the networks to be capable to automatically respond to the particular needs in the dynamic network traffic scenarios.Los despliegues actuales de LTE y LTE-A requieren mayor esfuerzo para la gestión de recursos radio debido al incremento de usuarios y a la gran demanda de servicios; en ese escenario, la optimización automática es un punto clave para evitar problemas como la interferencia inter-celda. El presente trabajo recopila propuestas de algoritmos de aprendizaje automático [machine learning] enfocados en resolver este problema. Las investigaciones buscan que los sistemas celulares consigan su auto-optimización, un concepto que se enmarca dentro del área de redes auto-organizadas [Self-Organized Networks, SON], cuyo objetivo es lograr que las redes respondan de forma automática a las necesidades de los escenarios dinámicos de tráfico de red.As implantações atuais de LTE e LTE-A exigem maior esforço para o gerenciamento de recursos rádio devido ao aumento de usuários e à alta demanda por serviços, neste cenário a otimização automática é um ponto-chave para evitar problemas como a interferência entre células. O presente trabalho coleta propostas de algoritmos de aprendizado automáticos focados na resolução deste problema. A pesquisa busca que os sistemas celulares alcancem a sua auto-otimização, um conceito que faz parte das redes auto-organizadas (Self-Organizing Networks, SON), cujo objetivo é garantir que as redes respondam automaticamente às necessidades dos cenários dinâmicos do tráfego de rede

Algoritmo de control de potencia para el simulador básico a nivel de sistema LTE

Long Term Evolution (LTE) is a mobile communication technology for high-speed data rates; in order to get them, it uses radio resource management (RRM) procedures such as power control. This article shows the modeling and implementation of power control algorithms in a system level simulation, in a simulator developed by students of the University of Cauca, to analyze the effect of power control on the performance of an LTE network. We use a methodology based on a unified rational process to define the requirements, the analysis, design and implementation, and the test scenarios, to evaluate the impact of the power control algorithms on the performance of an LTE system. The results show that the closed loop power control brings service to a bigger number of users in a cell, a more efficient use of the power and increases the coverage probability for different cell sizes and number of users in comparison to the open-loop power control.Long Term Evolution (LTE) é a tecnologia móvel celular que fornece as maiores velocidades de transmissão de dados; Para garantir os requisitos dos usuários e dos diferentes serviços, utiliza mecanismos de gerenciamento de recursos de rádio (RRM), como controle de energia. Este artigo descreve a modelagem e implementação de algoritmos de controlo de potência na simulação básico em nível de sistema para LTE, desenvolvido por estudantes da Universidad del Cauca é apresentado para analisar o efeito de controle de potência no desempenho de uma rede LTE metodologia Rational Unified processo foi utilizado, para definir as necessidades, de criação, aplicação, e cenários de teste, a análise foi realizada sobre as fases de LTE definidos, avaliar o impacto dos algoritmos de controlo de potência de desempenho Sistema LTE. teste de sistema mostrou que o controle de potência em circuito fechado permite-lhe manter um maior número de usuários conectados na célula, proporciona melhor aproveitamento da potência de transmissão. Além disso, mais provável que servem para raios célula diferente e número de utilizadores, em comparação com o algoritmo de controlo de potência em circuito aberto é obtidoEvolución de Largo Término (LTE) es la tecnología móvil celular que brinda las mayores velocidades de transmisión de datos; para garan-tizar los requerimientos de los usuarios y los diferentes servicios utiliza mecanismos de Gestión de Recursos Radio (RRM), tales como el control de potencia. En este artículo se presenta el modelado y la implementación de algoritmos de control de potencia en el Simulador Básico a Nivel de Sistema para LTE, desarrollado por estudiantes de la Universidad del Cauca, para analizar el efecto del control de potencia en el desempeño de una red LTE. Se empleó la metodología del Proceso Racional Unificado, definiendo los requerimientos, el diseño, la implementación, los escenarios y las pruebas, se realizó el análisis en los escenarios de LTE definidos, evaluando el impacto de los algoritmos de control de potencia en el desempeño del sistema LTE. Las pruebas del sistema evidenciaron que el control de potencia en lazo cerrado permite mantener un número mayor de usuarios conectados en la celda, brinda un mejor aprovechamiento de la potencia de transmisión. Además, se obtienen mayores probabilidades de servicio para diferentes radios de celda y número de usuarios, en compa-ración con el algoritmo de control de potencia en lazo abiert

Algoritmo de controle de potência para o simulador básico no nível do sistema LTE

Long Term Evolution (LTE) is a mobile communication technology for high-speed data rates; in order to get them, it uses radio resource management (RRM) procedures such as power control. This article shows the modeling and implementation of power control algorithms in a system level simulation, in a simulator developed by students of the University of Cauca, to analyze the effect of power control on the performance of an LTE network. We use a methodology based on a unified rational process to define the requirements, the analysis, design and implementation, and the test scenarios, to evaluate the impact of the power control algorithms on the performance of an LTE system. The results show that the closed loop power control brings service to a bigger number of users in a cell, a more efficient use of the power and increases the coverage probability for different cell sizes and number of users in comparison to the open-loop power control.Evolución de Largo Término (LTE) es la tecnología móvil celular que brinda las mayores velocidades de transmisión de datos; para garantizar los requerimientos de los usuarios y los diferentes servicios utiliza mecanismos de Gestión de Recursos Radio (RRM), tales como el control de potencia. En este artículo se presenta el modelado y la implementación de algoritmos de control de potencia en el Simulador Básico a Nivel de Sistema para LTE, desarrollado por estudiantes de la Universidad del Cauca, para analizar el efecto del control de potencia en el desempeño de una red LTE. Se empleó la metodología del Proceso Racional Unificado, definiendo los requerimientos, el diseño, la implementación, los escenarios y las pruebas, se realizó el análisis en los escenarios de LTE definidos, evaluando el impacto de los algoritmos de control de potencia en el desempeño del sistema LTE. Las pruebas del sistema evidenciaron que el control de potencia en lazo cerrado permite mantener un número mayor de usuarios conectados en la celda, brinda un mejor aprovechamiento de la potencia de transmisión. Además, se obtienen mayores probabilidades de servicio para diferentes radios de celda y número de usuarios, en comparación con el algoritmo de control de potencia en lazo abierto.Long Term Evolution (LTE) é a tecnologia móvel celular que fornece as maiores velocidades de transmissão de dados; Para garantir os requisitos dos usuários e dos diferentes serviços, utiliza mecanismos de gerenciamento de recursos de rádio (RRM), como controle de energia. Este artigo descreve a modelagem e implementação de algoritmos de controlo de potência na simulação básico em nível de sistema para LTE, desenvolvido por estudantes da Universidad del Cauca é apresentado para analisar o efeito de controle de potência no desempenho de uma rede LTE metodologia Rational Unified processo foi utilizado, para definir as necessidades, de criação, aplicação, e cenários de teste, a análise foi realizada sobre as fases de LTE definidos, avaliar o impacto dos algoritmos de controlo de potência de desempenho Sistema LTE. teste de sistema mostrou que o controle de potência em circuito fechado permite-lhe manter um maior número de usuários conectados na célula, proporciona melhor aproveitamento da potência de transmissão. Além disso, mais provável que servem para raios célula diferente e número de utilizadores, em comparação com o algoritmo de controlo de potência em circuito aberto é obtido