کاهش سرباره در حسگری مشارکتی و ترتیبی طیف در شبکه‌های رادیویی هوشمند با محدودیت پهنای باند

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد - دانشکده مهندسی برق، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد نجف‌آباد

2 کارشناس ارشد - شرکت نفت و گاز پارس، عسلویه، ایران

3 استادیار - دانشکده مهندسی برق، دانشگاه اصفهان

چکیده

حسگری طیف نقش مهمی در شبکه‌های رادیویی هوشمند دارد. حسگری دقیق و سریع طیف، عملکرد اصلی یک رادیو هوشمند برای جلوگیری از تداخل مخرب کاربران هوشمند بر عملکرد کاربران مجاز است. عملکرد آشکارسازی اغلب با محوشدگی و سایه انداختن و... به خطر می‌افتد. برای کاستن از تأثیر این مسائل، حسگری مشارکتی به عنوان یک روش مؤثر برای بهبود عملکرد آشکارسازی با استفاده از تنوع فضایی ارائه شده است. روش‌های حسگری مشارکتی به دو دسته متمرکز و غیر متمرکز تقسیم می‌شوند. در روش متمرکز، نحوه ترکیب داده‌ها در مرکز به دو روش نرم و سخت داده انجام می‌شود. با استفاده از ترکیب نرم داده، عملکرد بهتری در مرکز ایجاد می‌شود ولی پهنای باند بیشتری اشغال می‌شود و با افزایش تعداد کاربران با مشکل مواجه خواهیم شد. با استفاده از روش سخت با توجه به اینکه داده‌ها به صورت تک بیتی ارسال می‌شوند، اطلاعات بسیار زیادی از بین می‌رود. از طرفی به علت محدودیت پهنای باند، از مشکل سرباره نمی‌توان صرفنظر نمود. لذا ایجاد سرباره حسگری می‌تواند بسیار قابل توجه باشد. در این مقاله روش‌های حسگری مشارکتی به همراه روش‌های ترتیبی و با استفاده از لگاریتم نسبت درست نمایی و بر اساس ترکیب نرم کوانتیزه شده پیشنهاد می‌گردد. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که این روش مانند روش ترکیب نرم، بهره خوبی را در حسگری مشارکتی ایجاد می‌کند و همانند روش سخت سرباره را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Overhead Reduction in Cooperative Spectrum Sensing Via Sequential Detection in Cognitive Radio Networks Under Bandwidth Constraint

نویسندگان [English]

  • Samira Torabi 1
  • Ali Bahrami 2
  • Mohammad Farzan Sabahi 3
1 MSc - Department of Electrical Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University
2 Senior Offshore Telecom Maintenance Engineer in Assaluyeh-Iran
3 Assistant Professor – Department of Electrical Engineering, Isfahan University
چکیده [English]

Reliable and efficient spectrum sensing plays an important role in cognitive radio networks. On the other hand, accurate and fast sensing of spectrum is the main function of a cognitive radio for cognitive users to avoid harmful interference in licensed users. However, detection performance issues are often shadowing, fading and receiver uncertainty. To mitigate the impact of these issues, cooperative spectrum sensing as an effective method is presented to improve the detection performance with help of spatial diversity. Cooperative spectrum sensing leads to CR detection performance improvement. In order to execute the cooperative spectrum sensing among cognitive radio users, data fusion schemes are superior to that of decision fusion ones in terms of the detection performance but suffer from the disadvantage of huge traffic overhead when bandwidth constraint of communication channels is taken into account. The overhead contains additional sensing time, delay, energy and sensing actions dedicated to cooperative sequential sensing any also contains any performance degradation that is caused by cooperative sensing. The purpose of this paper is reviewing of the cooperative sensing techniques with sequential methods. The simulation results show that with reducing the number of examined samples, the sensing time and the energy will be reduced and as the result, the overhead will be reduced.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cognitive radio
  • sequential spectrum sensing
  • cooperative sensing
  • overhead
  • hard decision
[1] I.F. Akyildiz, W.Y. Lee, M.C. Vuran, S.Mohanty,"NeXt generation/dynamicspectrumaccess/cognitive radio wireless networks:Asurvey", Computer Networks, Vol. 50, No. 13, pp. 2127–2159, 2006.

[2] I.F. Akyildiz, W.Y. Lee, K.R. Chowdhury, "CRAHNs: cognitive radioad hoc networks", Ad Hoc Networks, Vol. 7, No. 5, pp. 810–836, 2009.

[3] J. Ma, G. Li, B.H. Juang, "Signal processing in cognitive radio ", Proceedings of the IEEE, Vol. 97, No. 5, pp. 805–823, 2009.

[4] T. Yucek, H. Arslan, "A survey of spectrum sensing algorithms for cognitive radio applications”, IEEE Communications Surveys Tutorials", Vol. 11, No. 1, pp. 116–130, 2009.

[5] D. Cabric, S. Mishra, R. Brodersen, “Implementation issues inspectrum sensing for cognitive radios ", Proceeding of the IEEE/ACSSC, Vol. 1, pp. 772–776, Nov. 2004.

[6] I.F. Akyildiz, Brandon F. Lo. Ravikumar Balakrishnan, S. Mohanty, "Cooperative spectrum sensing in cognitive radio networks: A survey", Physical Communication, Vol. 4, pp. 40–62, 2011.

[7] W. Prawatmuang, "Cooperative spectrum sensing for cognitive radio", Ph.D. Thesis, University of Manchester, Faculty of Engineering and Physical Sciences, 2013.

[8] A. Ghasemi, E. Sousa, "Collaborative spectrum sensing for opportunisticaccess in fading environments", Proceeding of the IEEE/DYSPAN, pp. 131–136, 2005.

[9] S. Mishra, A. Sahai, R. Brodersen, "Cooperative sensing amongcognitive radios", Proceeding of the IEEE/ICC, Vol. 4, pp. 1658–1663, 2006.

[10] X. Zhou, J. Ma, G. Ye Li, Young, H. Kwon, A.C.K. Soong, "Probability based combination for cooperative spectrum sensing", IEEE Trans. on Communications, Vol. 58, No. 2, pp. 463-466, Feb. 2010.

[11] Q. Zou, S. Zheng, A.H. Sayed, "Cooperative sensing via sequential detection", IEEE Trans. on Communications on Signal Processing, Vol. 58, No. 12, pp. 6266-6283, Dec. 2010.

[12] S. Chaudhari, "Spectrum sensing in cognitive radio; Algorithms, Performance, and Limitations", Aalto University Publication Series Doctoral Dissertations, 2012.