Earticle

In this paper, we propose an efficient decision rule in order to get better chance to detect the unused spectrum assigned to a licensed user and improve reliability of spectrum sensing performance. Each secondary user receives the signals from the licensed user. And the resulting signals input to an energy detector. Then, each sensing result is combined and used to make a decision whether the primary user is present at the licensed spectrum band or not. In order to make the reliable decision, we apply an efficient decision rule that is called as a majority rule in this paper. The simulation results show that spectrum sensing performance with the proposed decision rule is more reasonable and efficient than that with conventional decision rules.

이동 Ad hoc 네트워크 (MANET: Mobile Ad-hoc Network)는 기존의 통신 인프라의 구축 여부와 무관하게 무선 단말기기간의 통신이 가능한 네트워크이다. Ad hoc 네트워크는 음영지역, 재난지역, 전쟁 시와 같은 통신 인프라가 구축되기 어려운 상황에서 유용하게 사용 될 수 있다. 그러나 음성 및 데이터 서비스 등과 같은 무선 서비스의 제공을 위해 많은 양의 네트워크 용량이 필요하게 되지만 기존의 제한된 주파수 자원에 따른 주파수 부족 상황 및 주파수 자원정책의 규제에 따라 원활한 주파수 사용이 어려운 상황이다. 이에 따라 높은 주파수 활용을 제공하는 무선 인지 시스템이 Ad hoc네트워크에 적용하여 보다 다양하고 확장된 네트워크 서비스를 제공할 수 있다. 본 논문에서는 기존의 단일 스펙트럼 센싱 및 협력 스펙트럼 센싱과 비교하여 Ad hoc 네트워크가 적용된 무선인지 시스템에서의 스펙트럼 센싱의 성능이 향상됨을 모의 실험 및 성능 분석을 통하여 나타내도록 한다.

Wireless devices can communicate between each other without existing infrastructure in mobile Ad-hod network. Ad hoc networks can be used under difficult conditions, where it is difficult to construct infrastructures, such as shadowing areas, disaster areas, war area, and so on. In order to support to considerable and various wireless services, more spectrum resources are needed. However, efficient utilization of the frequency resource is difficult because of spectrum scarcity and the conventional frequency regulation. Ad-hoc networks employing cognitive radio (CR) system that guarantee high spectrum utilization provide effective way to increase the network capacity. In this paper, we simulate and compare the performance of conventional single and cooperative spectrum sensing with CR system using ad-hoc networks. And we demonstrate performance improvement by analyzing the system performance.

애드 혹 네트워크를 구성하는 무선기기들은 일반적으로 소출력 기기로서 ISM대역을 사용하였다. 그러나 무선 서비스의 사용률이 급격하게 증가함에 따라 ISM대역의 주파수 부족현상이 나타나게 되었고 주파수 부족현상을 해소하기 위하여 애드 혹 인지무선시스템이 제안되었다. 본 논문은 소출력 무선기기로 구성된 애드 혹 무선인지 시스템에서 전력소모를 줄이면서 효과적으로 유휴주파수를 검출하기 위한 스펙트럼 센싱을 제안하였다. 본 논문에서 면허 사용자와 CR 기기 사이의 무선 채널은 가우시안 (Gaussian) 채널로 모델링 하였으며 모든 CR 기기와 면허 사용자와의 거리는 모두 다르다고 가정하였고, 애드 혹 네트워크를 구성하는 CR 기기간의 채널은 완벽한 (Perfect) 채널이며 거리는 근거리로 가정하였다. CR 기기는 에너지 검출 방식을 사용하여 면허 사용자의 스펙트럼을 센싱하였다. 실험결과 상위 레벨의 에너지 값을 가진 CR 기기의 센싱정보를 결합한 센싱방법이 모든 CR 기기의 센싱정보를 결합한 센싱방법에 비하여 높은 스펙트럼 센싱 성능을 나타내었으며, 향후 제안된 스펙트럼 센싱 방법을 통해 저소비전력으로 효과적인 스펙트럼 센싱을 수행하는데 참조 할 수 있다.

Wireless ad hoc network composed of low power devices has been operated in ISM bands. However, with the growing proliferation of wireless services, these bands are increasingly getting congested. In order to relieve the spectrum scarcity and inefficient spectrum utilization, ad ho cognitive radio was proposed. In this paper we propose the efficient spectrum sensing method to reduce power consumption and detect white space in ad hoc cognitive radio system. The wireless channel between a licensed user and CR systems is modeled as Gaussian channel, the distance between a licensed user and CR systems is assumed differently. Also, the wireless channel among CR systems is assumed as the perfect channel and the distance among CR systems is assumed close distance. CR systems sense the spectrum of the licensed user by using a energy detection method. From the simulation results, spectrum sensing performance of combining sensing result of CR systems with high received energy shows higher than combining sensing result of all CR systems and we can refer to the proposed sensing method in order to perform effective spectrum sensing with low power consumption.

제한된 주파수 자원을 효율적으로 사용하고 주파수 부족현상을 완화시키기 위해 제안된 무선인지 시스템은 면허 사용자가 사용하지 않는 유휴 주파수를 비 면허 사용자가 임시적으로 사용하도록 하는 시스템으로서 주변의 상황을 탐색하고 변화된 상황에 시스템을 적절하게 적용하도록 하는 지능적인 차세대 무선통신 시스템이며, 현재 FCC에서 TV white spaces를 대상으로 제한적으로 무선인지 시스템기술을 적용하기로 하고 관련 규정을 개정하였다. 본 논문에서는 무선인지 시스템의 스펙트럼 센싱의 성능을 Okumura-Hata 채널모델기반의 환경에서 여러 가지 방법으로 비교 분석 하였다. 이동통신 시스템의 무선 전송은 대게 불규칙한 지형에서 일어나게 되는데 개개의 지역의 지형 윤곽은 경로 손실 추정을 위해 고려되어야 한다. 무선인지 시스템에서의 무선신호 전송에서 개개의 수신지점이나 특정지역에서 수신된 신호에 따라서 면허 사용자의 검출 성능이 달라진다. 그러므로 다양한 성능분석을 위해서 본 논문에서는 수신신호의 신호 대 잡음비에 따른 검출 성능 분석 및 비면허 사용자의 위치에 따른 검출확률을 모의 실험을 통하여 스펙트럼 센싱의 성능을 나타내고자 한다.

According to dramatic increase of wireless communication demand, more spectrum resources are needed to support considerable and various wireless services, so cognitive radio(CR) was proposed to reuse unused frequency efficiently. Also, FCC revises its policies regarding the usage of the TV white spaces by unlicensed users. CR is an intelligent wireless communication system that is aware of the radio environment and is capable of adapting its operation to the statistical variations. Spectrum sensing is the key task of the CR systems. However, since spectrum sensing performance changes according to the received signal that is received various geography environment, regional characteristics are considered to estimate the path-loss. Therefore, for more accurate analysis and simulation, we demonstrate the spectrum sensing performance of CR system by various method applying Okumura-hata propagation model.

특징 검출 기법은 원하는 신호에 대한 부분적인 정보가 수신단에 알려진 상황에서 정확도 높은 검출이 가능한 기법으로 알려져 있다. 이러한 방식의 검출 기법은 잡음이 강한 환경을 위해 제안되었다. 사이클로스테이셔너리 검출은 인지 무선 시스템에서 스펙트럼 검출 기법의 하나의 예이다. 그러나 이 기법은 원하는 신호에 대한 많은 양의 정보와 처리 시간을 요구한다. 반면, 에너지 검출 기반 의 스펙트럼 검출은 단순한 기법으로 널리 알려져 있다. 그러나 에너지 검출은 잡음의 영향을 많이 받으며 이로 인한 검출 오류가 많이 발생하게 된다. 본 논문에서는 에너지와 사이클로스테이셔너리 기반의 기법을 결합하여 검출의 정확도를 높이는 한편 계산량 과 처리 시간을 감소시키는 기법을 제안한다. 2단계의 문턱값을 이용하여 사이클로스테이셔너리 기법의 복잡도와 처리시간을 단축 하여 시스템의 전송 효율을 증가시킨다. 시뮬레이션 결과 에너지 기반 사이클로스테이셔너리 검출 기법은 신호 검출에 소요되는 시간을 상당히 감소시키는 반면 시스템의 성능을 향상시킴을 보여준다.

Feature detection is recognized as an accurate spectrum sensing approach when the information of the desired signal is partly known at the receiver. This type of detection was proposed to overcome large noise environment. Cyclostationary detection is an example of feature detection in spectrum sensing technique in cognitive radio. However, the cyclostationary process calculation requires a lot of processing time and information about the designed signals. On the other hand, energy detection spectrum sensing is widely known as a simple and compact spectrum sensing technique. However, energy detection is highly affected by large noise and lead to high detection error probability. In this paper, the combination of energy detection and cyclostationary is proposed in order to increase the accuracy and decrease the calculation and processing time. The two-layer threshold is utilized in order to reduce the complexity of computation and processing time in cyclostationary which can lead to the improved throughput of the system. The simulation result shows that the implementation of energy-based cyclostationary detector can help to improve the performance of the system while it can considerably reduce the required time for signal detection.

이 논문에서는 백스케터 통신에 기반한 무선 센서인 보조 사용자의 성능을 향상시키기 위해 인지 무선 기반 백스케터 네트워크를 연구한다. 제안 된 모델에서, 캐리어 이미터를 추가하고 스펙트럼 센싱 정보를 활용하기 위해 이중감쇄를 피하는 것을 고려한다. 기본 채널이 사용 중일 때 보조 사용자는 Hybrid-Access Point(H-AP)와 캐리어 이미터를 통해 채널에서 RF 에너지를 수집 할 수 있다. 채널이 유휴 상태가 되면 보조 사용자는 수확된 에너지를 사용하여 무선 센서를 작동시키고 스펙트럼 센싱 후, 캐리어 이미 터를 통해 백스케터 통신을 수행한다. 따라서 우리는 다수의 태그가 존재하는 벡스케터 채널을 deterministic과 멀티소스 요소로 수학적 모델링한다. 제안한 통신 환경에서 WiFi 신호를 활용한 벡스케터 통신의 BER 성능을 보인다.

In this paper, we study RF-powered backscatter cognitive radio networks to improve the performance for the secondary user which is backscatter radio based wireless sensors. In our proposed model, we consider an avoiding the doubly round-trip attenuation to add a carrier emitter and utilization of spectrum sensing information. When the primary channel is busy, the secondary user is able to harvest RF energy from the channel through a hybrid-access point (H-AP) and a carrier emitter. When the channel becomes idle, the secondary user will be use the harvested energy to operate wireless sensors, to use the sensing and to backscatter through the carrier emitter. We model mathematically the deterministic and multisource elements of a number of tagged channels. In the proposed communication environment, we show the BER performance of the backscatter communication using WiFi signal.

최근 제한된 주파수 자원의 효율적인 사용을 위한 인지 무선 기술(CR)이 많은 관심을 받고 있다. CR 기술에서 가장 중요한 부분은인가 사용자의 통신을 보호 하는 것이다. 따라서 비인가 사용자는 자신이 현재 사용 중인 주파수 대역은 물론 인가 사용자가 나타났을 시에 스위칭 해야 할 후보 채널의 주기적인 센싱도 필요하다. 본 논문에서는 CR 환경에서 인가 사용자를 보호하기 위한 방법으로비인가 사용자로 하여금 각 노드의 남은 에너지와 센싱 존 이웃이라는 개념을 이용하여 협력적인 채널 센싱을 하도록 제안한다. 채널 센싱은 현재 사용하고 있는 채널을 센싱하는 인밴드센싱과 인가 사용자가 나타났을 경우 스위칭 해야할 후보 채널을 센싱하는아웃밴드 센싱으로 수행된다. 모의 실험을 통해 제안된 방법이 센싱을 수행하는 노드의 수를 줄임으로 인해 센싱에 필요한 많은에너지가 절약되고, 남은 노드들의 에너지가 균일해 짐으로써 네트워크의 수명이 길어지는 것을 확인할 수 있다.

Recently, cognitive radio technology has been spotlighted for the efficient use of limited frequency technology. The most important part of CR is to protect the incumbent user's communications. Therefore, CR user should be sensing the currently using channel and another hopping channel for sudden appearance of the Incumbent User. In this paper, we propose the cooperative channel sensing to protect the IU considering each CR user's remained power and sensing-zone, sense the spectrum bands in a fairly distributed manner and share the results among the users within respective sensing zone. Sensing scheme including inband sensing and outband sensing is utilized. The inband sensing is in charge of current using channel scanning while the outband sensing mainly cares about other channels. The performance results by computer simulations show that our sensing scheduling scheme reduces the number of sensing nodes and saves energy need to channel sensing.

본 논문에서 다중 경로 T-DMB 환경에서 신호검출 알고리즘을 적용하여 성능을 분석하였다. 가우시안, Rayleigh, COST 207 채널을 각각 적용하여 다중 환경에서 다양한 파라미터를 변화시켜 연구하였다. 최종 실험결과는 주파수 유무에 따라 비트화로 정의하여 비교 분석하였으며, 검출하기 위한 신호는 T-DMB 표준을 참고하여 생성하였다. 실험에 있어서 적용된 신호검출 기법은 에너지 검출 기법을 적용하였으며, 생성 신호의 길이에 따라 실험을 하였다. 실험결과로써는 다중 환경에 따른 다양한 결과값을 얻을 수 있었으며, 뿐만 아니라 신호 길이에 따른 성능 분석을 할 수 있었다. 신호의 길이가 증가할수록 검출시간이 길어져 성능과 비례함을 확인할 수 있었다. 우리는 이번 신호검출 실험을 실제 T-DMB 환경에서 적용할 수 있도록 연구를 하였다.

In this paper, we analyzed performance of signal detection for terrestrial digital multimedia broadcasting (T-DMB) system in various channel environments that applied gaussian, Rayleigh and COST 207 environments that estimate response of real channel state. In order to detect the signal, a signal detection scheme based on energy detection is employed. We generated T-DMB signals so that estimate properly simulation result. For evaluating the signal detection performance, detection probability is derived. We consider two kinds of detection segment, which are three segments and five segments. And we compare the system performances in accordance with the detection segment. From simulation results, it is confirmed that the performance of signal detection is raised as increase the number of segments. The result of this paper can be applied to implement signal detection of broadcasting system.

주파수 부족 및 비효율적 활용을 완화시키기 위해 제안된 무선인지시스템은 기존의 1차 사용자에게 대한 간섭을 주지 않도록 하면서 유휴주파수를 사용하게 하는 기술로서 최근 주목받고 있는 차세대 이동통신 시스템이다. 최근 FCC는 실질적으로 TV대역에 무선인지 시스템을 적용하도록 하면서 관련된 규정을 개정하였고 TV대역의 유휴주파수에 대하여 고정기기 및 개인 휴대기기에 대한 사용을 허가하도록 방침을 정하였으며 2009년 DTV로 전환 완료이후 해당 기기들의 사용은 본격화 될 것이다. 무선인지 시스템의 기본 방침인 면허 사용자에 대한 보호를 위하여 TV대역사용에서의 우선순위가 가장 높은 신호인 TV 및 무선마이크에 대한 보호가 이루어져야하는데 이를 위해 정확한 1차 사용자에 대한 검출, 즉 TV대역의 1차 사용자인 DTV에 대한 정확한 스펙트럼 센싱이 이루어져야 한다. 본 논문에서는 스펙트럼 센싱 성능이 우수한 파일럿 센싱을 이용하여 DTV신호를 검출하도록 하였고 DTV신호검출의 신뢰성 향상을 위하여 협력 센싱기반의 파일럿 센싱을 수행하여 DTV신호의 검출 확률의 정확성 및 신뢰성을 높이도록 하였다. 또한 각 단일 센싱 결과를 취합하여 판단하는 과정에서 효율적인 판단을 위해 다수의결법을 제안한다.

Cognitive radio (CR), which is proposed as a technology that utilizes the frequency resources effectively, has been studied to relive scarcity of the frequency resources. Also, FCC revises the regulation to reuse the TV white spaces for applying CR system and allows to use the TV white spaces by CR devices and use of CR device may be regularized after conversion by DTV in 2009. In order to reuse the TV bands without harmful interference to primary user, correct spectrum sensing should be needed to detect DTV signals that is the primary user in TV bands. In this paper, we detect the DTV signal using FFT-based pilot sensing and cooperative sensing scheme is applied for the reliability of the sensing performance and the accuracy of the detection probability. Also, in order to make the reliable decision, the majority rule is proposed.

무선인지기술은 환경에 능동적으로 적응하여 스펙트럼 이용을 효율적으로 할 수 있도록 하는 기술이다. 무선인지 기술의 가장 중요한 첫 단계는 센싱 부분으로서 본 논문에서는 주파수 상관관계를 이용한 방법을 제안하였다. 통신신호의 주기적인 특성을 기반으로 잡음과 간섭의 효과를 최소화하기 위해 주파수 상관함수를 사용하였다. 이미 알려진 에너지 측정 방법의 동작특성을 보이고 시뮬레이션을 통하여 제안된 측정 방법과 기존의 방법을 비교하여 무선인지환경을 이용한 스펙트럼 센싱의 효율성을 보인다.

Cognitive radio, which is designed to dynamically adapt its transmission to its environments is believed to be one of the fundamental techniques for the future spectrum utilization. As the first step of cognitive radio, spectrum sensing is treated as the most important technique. In this paper, we propose a spectral correlation based detection method for spectrum sensing. Based on the cyclostationarity of communication signals, spectral correlation function is used to minimize the effect of random noise and interference. The ROC performance of conventional energy detection is shown. Simulation result show that the proposed detection method outperforms the energy detection and more suitable for spectrum sensing in cognitive radios.

The different issues in the wireless channel, such as multipath fading, shadowing, and hidden terminal problems, limit the sensing abilities of the single user in a cognitive radio network (CRN). In this connection, it is more suitable to follow cooperative spectrum sensing (CSS). However, the various categories of malicious users (MUs) pose threats to the performance of CSS. These MUs are eager to report false sensing data to the fusion center (FC) to deceive its decision. This work considered the CSS performance in the presence of always yes MU (AYMU), opposite MU (OMU), and always no MU (ANMU). Moreover, the considered particle swarm optimization (PSO) algorithm takes out reports of the MUs using one to many sensing distances (OTMSD) and z-score outlier detection techniques before the final decision. Simulation results validate the effectiveness of the proposed scheme in the presence of MUs.

This work proposes a Spectrum Sensing (SS) scheme based on a Convolutional Autoencoder (CAE) for application in Cognitive Radio Networks. The channel occupancy is modeled as an anomaly detection problem. The CAE is trained only with noise-signal samples so that any random modulated signal observed in the wireless channel will be regarded as an outlier. The relationship between the detection threshold and the system performance is evaluated. Experiments demonstrate that the SS proposal can identify primary signal presence with better accuracy (high detection and low false alarm rate) than conventional Energy Detection.

In Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM, a cyclic prefix (CP) is applied to reduce the intervention between symbols. The CP results in bandwidth wastage, and the solution to this problem leads to the cognitive radio. In the first part of the work, OFDM with CP is presented and integrated with cyclostationary spectrum sensing. Subsequently, OFDM with cyclostationary spectrum sensing without CP is proposed with the function of the filter at the transmitter and receiver being to utilize the bandwidth that is wasted in the CP phase. The Bit Error Rate BER, signal probability detection, false alarm, and error probability are obtained and analyzed.

This paper delivers an accurate approximation for adaptive threshold and optimal frame detection algorithms based on the robust multi-taper method aiming at an efficient spectrum sensing in cognitive radio systems. An appropriate adaptive thresholding allows for seamless vacation of unlicensed secondary users from certain bands upon primary users’ requests, while arbitrary optimal frame detection contributes to the computational and throughput demands. Simulation exercises corroborate the given analysis over Rayleigh channel and multiple-input multiple-output configuration and emphasize the critical role of adopting applicable adaptive threshold and optimal frame detection policies.

The major task for cognitive radio (CR) systems is to sense the spectrum holes reliably and make the secondary user share the spectrum efficiently and effectively with the primary users. The Cognitive Radio cannot sense the primary users correctly because of the shadowing and fading environment in the multipath channel. To overcome this sensing problem collaboration between the secondary users has to be established. In collaborative sensing, a fusion centre will receive information from each secondary user and a decision will be made by fusion rule. Genetic algorithm is used to select secondary users having higher SNRs. MATLAB is used to carry out the simulation to obtain the optimum number of users can involved in the collaboration. HDL is implemented on Genetic algorithm to detect the optimal secondary users. Simulation and synthesis report is given in this paper.

Cognitive Radio (CR) technology is proposed for using the unused spectrum band efficiently because of the spectrum scarcity problems. Spectrum sensing is one of the most challenging issues in cognitive radio system. In this paper, we focus on the signal detection of WiBro system band. As most of the modulated signals can be treated as cyclostationary random process, we can detect the signal of the OFDM signals in WiBro system. OFDM symbols using WiBro system have several pilot subcarriers and periodic pilots have cyclostationary characteristic. To improve of the detection performance, we get diversity gain using multiple antennas.