The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.34
no.9A
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pp.697-703
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2009
Cognitive radios are typically known to exploit vacant spectrum resources in order not to interfere with primary communication systems. However, cognitive radios may not be able to secure a clear spectrum band in a bustling spectrum band. Underlay spectrum sharing provides a way to cope with such a spectrum sharing problem. Cognitive radios share the same spectrum band with the spectrum licensees, i.e., primary users, by adjusting signal transmission power so as not to severely deteriorate the performance of the primary users. We propose an underlay spectrum sharing policy leveraging uplink spectrum resource to be used in a cellular network. A pair of end terminals attempts to establish a direct point-to-point link, and perform as cognitive radios in the sense that they share the uplink radio resource of other primary users. We formulate the transmit power constraints of the cognitive radios and propose a practical uplink band sharing framework. Our simulation results demonstrate that such an uplink sharing underlay direct link can enhance the throughput performance of point-to-point link with low overhead.
This paper proposes accurate interference probability and bit error rate formulas for cognitive relay networks with underlay spectrum sharing and channel estimation error (CEE). Numerous results reveal that the CEE not only degrades the performance of secondary systems (SSs) but also increases interference power caused by SSs to primary systems (PSs), eventually unfavorable to both systems. A solution to further protect PSs from this effect through reducing the power of secondary transmitters is investigated and analyzed.
Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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2019.05a
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pp.82-85
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2019
An adaptive power control scheme is proposed for the cognitive relay networks with joint overlay and underlay spectrum sharing model. The transmit power of the secondary user is adjusted adaptively according to the spectrum sensing results and the interference channel condition. The outage probability of the secondary user is compared by Monte - Carlo simulations between the fixed power control scheme and pure overlay or underlay spectrum sharing schemes. The results show that, by employing the adaptive power control strategy, the interference probability of the secondary user to the primary user is decreased by 70 % ~ 80 % under the same outage probability. Also, the outage probability of the secondary user is reduced by 1 ~ 2 orders of magnitude under the same interference probability. Thus, the performance of the spectrum sharing is improved effectively.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.1
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pp.149-168
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2015
In cognitive radio networks (CRNs), hybrid overlay and underlay sharing transmission mode is an effective technique for improving the efficiency of radio spectrum. Unlike existing works in the literature, where only one secondary user (SU) uses overlay and underlay modes, the different transmission modes should be allocated to different SUs, according to their different quality of services (QoS), to achieve the maximal efficiency of radio spectrum. However, hybrid sharing mode allocation for heterogeneous services is still a challenge in CRNs. In this paper, we propose a new resource allocation method for hybrid sharing transmission mode of overlay and underlay (HySOU), to achieve more potential resources for SUs to access the spectrum without interfering with the primary users. We formulate the HySOU resource allocation as a mixed-integer programming problem to optimize the total system throughput, satisfying heterogeneous QoS. To decrease the algorithm complexity, we divide the problem into two sub-problems: subchannel allocation and power allocation. Cutset is used to achieve the optimal subchannel allocation, and the optimal power allocation is obtained by Lagrangian dual function decomposition and subgradient algorithm. Simulation results show that the proposed algorithm further improves spectrum utilization with a simultaneous fairness guarantee, and the achieved HySOU diversity gain is a satisfactory improvement.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.9
no.6
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pp.641-646
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2011
In this paper, we investigate a power control problem which is very critical in underlay-based spectrum sharing systems. Although an underlay-based spectrum sharing system is more efficient compared to an overlay-based spectrum sharing system in terms of spectral utilization, some practical problems obstruct its commercialization. One of them is a real-time-based power adaptation of secondary transmitters. In the underlay-based spectrum sharing system, it is essential to adapt secondary user's transmit power to interference channel states to secure primary users' communication. Thus, we propose a practical power control scheme for secondary transmitters. The feedback overhead of our proposed scheme is insignificant because it requires one-bit signaling, while the optimal power control scheme requires the perfect information of channel states. In addition, the proposed scheme is robust to feedback delay. We compare the performance of the optimal and proposed schemes in terms of primary user's outage probability and secondary user's throughput. Our simulation results show that the proposed scheme is almost optimal in terms of both primary user's outage probability and secondary user's throughput when the secondary user's transmit power is low. As the secondary user's transmit power increases, the primary user's outage probability of the proposed scheme is degraded compared with the optimal scheme while the secondary user's throughput still approaches that of the optimal scheme. If the feedback delay is considered, however, the proposed scheme approaches the optimal scheme in terms of both the primary user's outage probability and secondary user's throughput regardless of the secondary user's transmit power.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.5
no.7
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pp.1214-1229
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2011
Power control is a key technique in spectrum underlay cognitive network to guarantee the interference temperature limit of the primary users (PUs) and the quality of service of the secondary users (SUs). In this paper, a robust power control scheme via link gain pricing with $H_{\infty}$ estimator is proposed. The scheme guarantees the interference temperature of the PUs through operating in the network-centric manner, and keeps the fairness between the SUs through link gain pricing. Furthermore, the $H_{\infty}$ filter is also used in the proposed scheme to estimate the channel variation, and thus the power control scheme is robust to the severe channel fading. Plenty of simulations are taken, and prove its superior robust performance against the channel fading, and its effectiveness in guaranteeing the interference temperature limit of the PUs.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.10
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pp.2455-2472
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2012
Although underlay spectrum sharing has been shown as a promising technique to promote the spectrum utilization in cognitive radio networks (CRNs), it may suffer bad secondary performance due to the strict power constraints imposed at secondary systems and the interference from primary systems. In this paper, we propose a two-phase based cooperative transmission protocol with the interference cancellation (IC) and best-relay selection to improve the secondary performance in underlay models under stringent power constraints while ensuring the primary quality-of-service (QoS). In the proposed protocol, IC is employed at both the secondary relays and the secondary destination, where the IC-based best-relay selection and cooperative relaying schemes are well developed to reduce the interference from primary systems. The closed-form expression of secondary outage probability is derived for the proposed protocol over Rayleigh fading channels. Simulation results show that, with a guaranteed primary outage probability, the proposed protocol can achieve not only lower secondary outage probability but also higher secondary diversity order than the traditional underlay case.
This article proposes a spectrum sharing method which can avoid the mutual interference in both primary and secondary systems. The two systems make them a priority to use two single-dimension orthogonal signals, the real and imaginary pulse amplitude modulation signals, if the primary system is not in outage with this use. A secondary transmitter is selected to be the primary relay and the active secondary source to perform this. This allows a simultaneous spectrum access without any mutual interference. Otherwise, the primary system attempts to use a full two-dimensional signal, the quadrature amplitude modulation signal. If there is no outage with respect to this use, the secondary spectrum access is not allowed. When both of the previous attempts fail, the secondary system is allowed to freely use the spectrum two whole time slots. The analysis and simulation are provided to analyze the outage performance and they validate the considerable improvement of the proposed method as compared to the conventional one.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.38A
no.3
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pp.249-257
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2013
Recently, data traffic is significantly increased by high rate data service. As a result, radio spectrum is considered one of the most scarce and valuable resources for wireless communications. For the solution of this problem, cognitive radio(CR) has been proposed as an efficient means to opportunistic spectrum sharing between primary (licensed) users and cognitive radio users. In this paper, user selection scheme in CR networks is proposed for additional consideration of secondary system. The proposed user selection scheme mitigates interference to primary user by using orthogonal channel vectors while improves performance of secondary system. Simulation results show that the proposed scheme achieves 1.62bps/Hz higher average throughput of whole system than one of the existing scheme.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.5
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pp.1514-1531
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2014
Femtocell provides better coverage and higher spectrum efficiency in areas rarely covered by macrocells. However, serious two-tier interference emerging from randomly deploying femtocells may create dead zones where the service is unavailable for macro-users. In this paper, we present adopting cognitive radio spectrum overlay to avoid intra-tier interference and incorporating spectrum underlay and overlay to coordinate cross-tier interference. It is a novel centralized control strategy appropriate for both uplink and downlink transmission. We introduce the application of proper spectrum sharing strategy plus optimal power allocation to address the issue of OFDM-based femtocells interference-limited downlink transmission, along with, a low-complexity suboptimal solution proposed. Simulation results illustrate the proposed optimal scheme achieves the highest transmission rate on successfully avoiding two-tier interference, and outperforms the traditional spectrum underlay or spectrum overlay, via maximizing the opportunity to transmit. Moreover, the strength of our proposed schemes is further demonstrated by comparison with previous classic power allocation methods, in terms of transmission rate, computational complexity and signal peak-to-average power ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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