Journal of electromagnetic engineering and science
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제12권2호
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pp.148-154
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2012
In this paper, we propose an algorithm to conserve resources of the common control channel in a cognitive radio network by rejecting the redundant users using cooperative spectrum sensing. The proposed scheme is investigated under the paradigm of active spectrum sensing and a sequential detection technique. The algorithm is based on the J-divergence between the hypotheses of non primary user operation and the otherwise case. We select the most significant eigenvalues, which primarily affect the global statistical test. For the case where interference is from a secondary system transmission, a match filter is first employed to remove the degradation, and then the proposed algorithm is employed to remove the cooperative sensing nodes. Numerical results are provided and compared with conventional cases in order to validate the performance of the proposed algorithm.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제16권4호
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pp.1392-1413
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2022
In order to meet the rapid development of the unmanned aerial vehicle (UAV) communication needs, cooperative spectrum sensing (CSS) helps to identify unused spectrum for the primary users (PU). However, multi-UAV mode (MUM) requires the large communication resource in a cognitive UAV network, resulting in a severe decline of spectrum efficiency (SE) and energy efficiency (EE) and increase of energy consumption (EC). On this account, we extend the traditional 2D spectrum space to 3D spectrum space for the UAV network scenario and enable UAVs to proceed with spectrum sensing behaviors in this paper, and propose a novel multi-slot mode (MSM), in which the sensing slot is divided into multiple mini-slots within a UAV. Then, the CSS process is developed into a composite hypothesis testing problem. Furthermore, to improve SE and EE and reduce EC, we use the sequential detection to make a global decision about the PU channel status. Based on this, we also consider a truncation scenario of the sequential detection under the sensing delay constraint, and further derive a closed-form performance expression, in terms of the CSS performance and cooperative efficiency. At last, the simulation results verify that the performance and cooperative efficiency of MSM outperforms that of the traditional MUM in a low EC.
Cognitive radio has been proposed to mitigate the spectrum scarcity problem by allowing the secondary users to access the under-utilized frequency bands and opportunistically transmit. Spectrum sensing, as a key technology in cognitive radio, is required to reliably detect the presence of primary users to avoid the harmful interference. However, it would be very hard to reliably detect the presence of primary users due to the channel fading, shadowing. In this paper, we proposed a distributed cooperative spectrum sensing scheme based on conventional DF (decode-and-forward) cooperative diversity protocol. We fist consider the cooperation between two secondary users to illustrate that cooperation among secondary users can obviously increase the detection performance. We then compare the performance of DF based scheme with another conventional AF (amplify-and-forward) protocol based scheme. And it is found that the proposed scheme based on DF has a better detection performance than the one based on AF. After that, we extend the number of cooperative secondary users, and demonstrate that increasing the cooperation number can significantly improve the detection performance.
International Journal of Internet, Broadcasting and Communication
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제10권3호
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pp.59-64
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2018
A cooperative spectrum sensing has been proposed to improve the sensing performance in cognitive radio (CR) network. However, cooperative sensing causes additional overhead for reporting the result of local sensing to the fusion center. In this paper, we propose a technique to reduce the overhead of data transmission of cooperative sensing for applying the quantum data fusion technique in cognitive radio networks by omitting the lowest quantized in the local sensed results. If a CR node senses the lowest quantized level, it will not send its local sensing data in the corresponding sensing period. The fusion center can implcitly know that a spectific CR node sensed lowest level if there is no report from that CR node. The goal of proposed sensing policy is to reduce the overhead of quantized data fusion scheme for cooperative sensing. Also, our scheme can be adapted to all quantized data fusion schemes because it only deal with the form of the quantized data report. The experimental results show that the proposed scheme improves performance in terms of reporting overhead.
Spectrum sensing in cognitive radio (CR) has a great role in order to utilize idle spectrum opportunistically, since it is responsible for making available dynamic spectrum access efficiently. In this research area, collaboration among multiple cognitive radio users has been proposed for the betterment of detection reliability. Even though cooperation among them improves the spectrum sensing performance, some falsely reporting malicious users may degrade the performance rigorously. In this article, we have studied the detection and nullifying the harmful effects of such malicious users by applying some well known outlier detection methods based on Grubb's test, Boxplot method and Dixon's test in cooperative spectrum sensing. Initially, the performance of each technique is compared and found that Boxplot method outperforms both Grubb's and Dixon's test for the case where multiple malicious users are present. Secondly, a new algorithm based on reputation and weight is developed to identify malicious users and cancel out their negative impact in final decision making. Simulation results demonstrate that the proposed scheme effectively identifies the malicious users and suppress their harmful effects at the fusion center to decide whether the spectrum is idle.
본 논문은 인지 무선(CR, Cognitive Radio) 네트워크에서 우선 사용자(Primary User)의 존재 유무를 2차 사용자(Secondary User)가 결정하기 위하여 협력 센싱을 사용하는 환경에서 스펙트럼 센싱의 감지 성능을 높이기 위해 강화 학습(Reinforce learning) 기반으로 최적의 인지 무선 사용자 선택하는 협력 센싱 방안을 제안한다. 협력 센싱을 통해 파악한 전역 센싱 결과와 인지 무선 사용자의 센싱 결과 간의 유사도에 따라 정확도가 높은 사용자를 파악한다. 이 정확도를 강화학습의 보상으로 사용하여 협력 센싱을 수행할수록 전역 결정과 일치하는 센싱 정보를 전송하는 사용자를 선택할 수 있다. 실험 결과 제안한 기법이 기존 협력 센싱 대비 향상된 스펙트럼 감지 성능을 보임을 확인할 수 있다.
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.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제6권1호
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pp.287-304
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2012
Spectrum sensing is an important functionality for cognitive users to look for spectrum holes before taking transmission in dynamic spectrum access model. Unlike previous works that assume perfect knowledge of the SNR of the signal received from the primary user, in this paper we consider a realistic case where the SNR of the primary user's signal is unknown to both fusion center and cognitive radio terminals. A Kalman filter based adaptive Takagi and Sugeno's fuzzy system is designed to make the global spectrum sensing decision based on the observed energies from cognitive users. With the capacity of adapting system parameters, the fusion center can make a global sensing decision reliably without any requirement of channel state information, prior knowledge and prior probabilities of the primary user's signal. Numerical results prove that the sensing performance of the proposed scheme outperforms the performance of the equal gain combination based scheme, and matches the performance of the optimal soft combination scheme.
Saad, Wasan Kadhim;Ismail, Mahamod;Nordin, Rosdiadee;El-Saleh, Ayman A.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제7권8호
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pp.1754-1769
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2013
For the purpose of enhancing the spectrum efficiency, cognitive radio (CR) technology has been recently proposed as a promising dynamic spectrum allocation paradigm. In CR, spectrum sensing is the key capability of secondary users in a cognitive radio network that aims for reducing the probability of harmful interference with primary users. However, the individual CRs might not be able to carry out reliable detection of the presence of a primary radio due to the impact of channel fading or shadowing. This paper studies the cooperative spectrum sensing scheme as means of optimizing the sensing performance in AWGN and Rayleigh channels. Results generated from simulation provide evidence of the impact of channel condition on the complementary receiver operating characteristic (ROC). Based on the results, it was found that with constant local SNRs at the secondary users, the probability of missed detection ($P_m$) of cooperative spectrum sensing in a cognitive radio network, calculated using a closed form expression, can be significantly minimized. Thus, the paper illustrates that improvement of the detection performance of the CR network can be achieved by establishing a centralized cooperation among neighboring cognitive radio users. Finally, verification of the validity of the fusion schemes utilized for combining the individual CR decisions is provided.
협력 스펙트럼 감지(cooperative spectrum sensing) 방식은 지역적으로 분산되어 있는 다수의 부 사용자들이 협력하여 스펙트럼 감지를 수행하는 방법으로, 페이딩으로 인한 검파 성능의 손실을 효과적으로 줄일 수 있는 것으로 알려져 있다. 지금까지 협력 스펙트럼 감지에 관해 발표된 대부분의 연구 결과들은 부 사용자들의 스펙트럼 감지 결정이 통계적으로 서로 독립이라는 가정에 기초한 것이다. 그러나 실제 환경에서는 음영 효과(shadowing effect)로 인해 서로 가까이에 위치한 부 사용자들의 감지 결정(decision)들은 상관 관계(correlation)를 가질 수 있다. 이런 요인이 협력 스펙트럼 감지 방식의 성능에 미치는 영향을 평가하기 위하여, 본 논문에서는 주 사용자(primary user)가 활동할 때는 서로 다른 부 사용자 2명의 스펙트럼 감지 결정 사이에 일정한 통계적 상관도(correlation)가 존재하고, 활동하지 않는 경우에는 통계적으로 독립인 것으로 CR 시스템 환경을 설정한 후, 통계적 상관도에 따라 전송 용량(throughput)이 어떻게 변화하는 지를 분석하였다. 분석 결과 부 사용자들의 스펙트럼 감지 결정 사이의 상관 계수가 커질수록 OR 융합 규칙을 사용하는 경우에는 전송 용량이 줄어들은 반면 AND 융합 규칙을 사용하는 경우는 전송 용량이 증가하는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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