A Robust Spectrum Sensing Method Based on Localization in Cognitive Radios

인지 무선 시스템에서 위치 추정 기반의 강인한 스펙트럼 검출 방법

  • 강형서 (울산대학교 전기전자정보시스템공학부) ;
  • 구인수 (울산대학교 전기전자정보시스템공학부)
  • Received : 2010.09.10
  • Accepted : 2010.11.26
  • Published : 2011.02.28

Abstract

The spectrum sensing is one of the fundamental functions to realize the cognitive radios. One of problems in the spectrum sensing is that the performance of spectrum sensing can be degraded due to fading and shadowing. In order to overcome the problem, cooperative spectrum sensing method is proposed, which uses a distributed detection model and can increase sensing performance. However, the performance of cooperative spectrum sensing can be still affected by the interference factors such as obstacle and malicious user. Especially, most of cooperative spectrum sensing methods only considered the stationary primary user. In the ubiquitous environment, however the mobile primary users should be considered. In order to overcome the aforementioned problem, in this paper we propose a robust spectrum detection method based on localization where we estimate the location of the mobile primary user, and then based on the location and transmission range of primary user we detect interference users if there are, and then the local sensing reporting from detected interference users are excluded in the decision fusion process. Through simulation, it is shown that the sensing performance of the proposed scheme is more accurate than that of conventional other schemes

스펙트럼 검출은 인지 무선 시스템(Cognitive Radios) 구현을 위한 핵심 기술들 중의 하나이다. 스펙트럼 검출에서 문제시되는 점들 중에 하나는 페이딩(Fading) 및 쉐도윙(Shadowing) 등으로 인해서 스펙트럼 검출 성능이 저하된다는 것이다. 이 문제점을 해결하기 위해 제안된 방법 중 하나가 협력 스펙트럼 검출 방법이다. 이 방법을 통해 비협력 스펙트럼 검출 방식의 성능을 개선할 수 있지만, 여전히 큰 장애물과 같은 간섭 요인에 의해 스펙트럼 성능이 영향을 받는다는 단점이 있다. 특히, 기존의 대부분의 연구에서는 고정된 1차 사용자(Primary User, PU)를 고려하고 있지만 향후 유비쿼터스(Ubiquitous) 환경에서는 이동성을 가지는 1차 사용자가 존재하는 시스템을 고려해야 한다. 이러한 환경에서 기존의 협력 스펙트럼 검출 방식은 정확성이 낮은 검출 성능을 보이고 고려하지 않아도 될 2차 사용자(Cognitive User, CR user)의 국부 센싱값을 전송함으로써 많은 에너지를 소비하는 문제점이 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해서, 무선 인지 시스템에서의 이동성을 가지는 1차 사용자의 위치를 추정하고 이를 기반으로 간섭 영향을 받는 2차 사용자를 검출한다. 또한 검출된 간섭영향을 받는 2차 사용자의 센싱 정보를 융합 결정할 때 배제함으로써 스펙트럼 검출의 정확성을 높이는 방법을 제안하다. 시뮬레이션을 통하여 제안된 알고리즘이 기존 알고리즘 보다 정확한 스펙트럼 검출을 보인다.

Keywords

References

  1. J. Mitola, "Cognitive radio: an integrated agent architecture for software defined radio", Ph.D thesis, Royal Institute for Technology (KTH) and Sweden
  2. S. Haykin, "Cognitive radio: brain-empowered wireless communication, "IEEE Select. Areas Commun., vol. 23, no. 2, Feb. 2005, pp. 201-220.
  3. FCC, "Notice of proposed rule making and order : Facilitating opportunities for flexible, efficient, and reliable spectrum use employing cognitive radio technologies," ET Docket No. 03-108, Feb. 2005.
  4. D. Cabric, S.M. Mishra, R. Brodersen "Implementation Issues in Spectrum Sensing for Cognitive Radios" Conference Record of the Thirty-Eighth Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, Vol. 1, pp 772-776, Nov. 2004.
  5. Z. Chair and P. K. Varshney, "Optimum data fusion in multiple sensor detection systems," IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-22, Issue 1, pp. 98-101, Jan. 1986. https://doi.org/10.1109/TAES.1986.310699
  6. N.Patwari, J. N. ash, S.Kyperountas, Hero, A.O., III Moses, R.L. Correal, N.S , "Locating the nodes", IEEE Signal Processing Mag., vol.22, no 4, pp. 54-69, july 2005. https://doi.org/10.1109/MSP.2005.1458287
  7. An Xun, Jiang Ting and Zhou Zheng, "Centroid localization algorithm for wireless sensor networks," Computer Engineering and Applications, 43(20), pp.136-138, 2007.
  8. J. A. Costal, N. Patwari, and A. O. Hero, "Distributed weighted multidimensional scaling for node localization in sensor networks," ACM Trans. Sensor Netw., vol. 2, no. 1, pp. 39-64, Feb. 2006. https://doi.org/10.1145/1138127.1138129
  9. L. Lam and C. Y. Suen. Increasing expens for majority vote in ocr: Theoretical considerations and strategies. In Proceedings of the 4th International Workshop on Fronriers in Handwriting Recognition, pp. 245-254, 1994.