Skip to main content
SUPERVISOR
Ali-Mohamad Doost-Hoseini,Seyed Mahmoud Modarres-Hashemi
علی محمد دوست حسینی (استاد مشاور) سیدمحمود مدرس هاشمی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Nafise Janatian
نفیسه جنتیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388

TITLE

Spectrum Sensing and Resource Allocation in Cognitive Radio Networks
One of the main requirements of cognitive radio (CR) systems is the ability to reliably detect the presence of licensed primary users. After determining the availability of the licensed spectrum bands, CR users must select appropriate transmission parameters to better utilize these bands and avoid possible interference to the licensed users. This dissertation focuses on two main objectives. First, we address the temporal centralized cooperative spectrum sensing under correlated lognormal shadowing. Formulating the spectrum sensing problem as a Gauss- Gauss hypothesis test, we derive the optimal detector under Bayesian criterion. We calculate the upper and lower Bhattacharyya bounds and in this way we investigate the effect of the number of CR users and their correlation on the error performance of spectrum sensing. Second, we address the problem of joint sensing and resource allocation with the goal of energy consumption minimization in code-division multiple access (CDMA)-based and orthogonal frequency-division multiple access (OFDMA)-based CR networks. In addition, we study the separate optimization problem in which the sensing parameters are determined regardless of the allocated resources. The comparison between the joint and separate optimization shows more clearly the benefits of the joint optimization method for energy saving. Key Words Cognitive Radio, Cooperative spectrum sensing, Resource Allocation, Energy Efficiency.
محدودیت طیف فرکانسی و بهره‌وری پایین در استفاده از آن در سال‌های اخیر، منجر به طرح ایده‌ی دسترسی پویا به طیف شده است. یکی از مدل‌های پیاده‌سازی این ایده، مدل دسترسی سلسه مراتبی به طیف است که در آن کاربران بدون مجوز تا زمانی که برای کاربران دارای مجوز تداخل غیرقابل تحمل ایجاد نکنند، اجازه‌ی دسترسی به طیف را خواهند داشت. رادیو شناختگر % به عنوان سیستم مخابراتی بی‌سیم هوشمندی که قابلیت شناسایی محیط را داشته و می‌تواند پارامترهای فرستنده‌ی خود را در تعامل با محیطی که در آن فعالیت می‌کند تغییر دهد، یکی از فن‌آوری‌های کلیدی برای تحقق این مدل است. از جمله رویکردهای رادیو شناختگر برای دسترسی سلسه مراتبی به طیف رویکرد میان‌بافی است. در این رویکرد، رادیوهای شناختگر به سنجش باند فرکانسی مورد نظر پرداخته و تنها در صورت وجود حفره‌های طیفی و عدم حضور کاربران دارای مجوز به استفاده از طیف می‌پردازند. بنابراین طیف‌سنجی یکی از مهم ترین وظایف رادیو شناختگر است. در عمل، پدیده‌هایی از قبیل محوشدگی چندمسیری و سایه‌افکنی منجر به افت عملکرد طیف‌سنجی می‌شوند. برای رفع این مشکلات روش‌های طیف‌سنجی همکارانه مطرح شده است که در آن چندین رادیوی شناختگر با یکدیگر برای سنجش طیف مشارکت می‌کنند. در نتیجه‌ی این همکاری، عملکرد آشکارسازی با بهره‌گیری از چندگانگی فضایی موجود در مشاهدات رادیوهای قرار گرفته با فواصل مختلف بهبود می‌یابد. اگر کاربران پدیده‌های محوشدگی و سایه‌افکنی مستقلی را تجربه کنند، بهره‌ی همکاری بیشترین مقدار را خواهد داشت. اما بر خلاف پدیده‌ی محوشدگی چندمسیری، پدیده‌ی سایه‌افکنی را نمی‌توان از کاربری به کاربر دیگر مستقل فرض کرد. حال آن که عمده‌ی تحقیقات صورت گرفته در زمینه‌ی طیف‌سنجی از اثر سایه‌افکنی صرف‌نظر کرده و یا آن را همانند محوشدگی چندمسیری به صورت مستقل مدل کرده‌ اند. بررسی عملکرد طیف‌سنجی در حضور سایه‌افکنی همبسته در طراحی بهینه‌ی شبکه‌های رادیو شناختگر تحت این شرایط نقش بسزایی دارد. در این رساله آشکارسازی حفره‌های طیفی در بعد زمان تحت سایه‌افکنی همبسته مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا مدل مسأله را به صورت یک آزمون فرضیه‌‌ی گوس-گوس تشریح کرده و آشکارساز بهینه برای آن را محاسبه کرده‌ایم. پس از آن عملکرد طیف‌سنجی را به صورت تحلیلی و با به دست آوردن کران‌های باتاچاریا برای احتمال خطا مطالعه کرده و اثر تعداد کاربران شرکت کننده در طیف‌سنجی و میزان همبستگی مشاهدات آن‌ها را بر احتمال خطای طیف‌سنجی بررسی کرده‌ایم. پس از شناسایی حفره‌های طیفی رادیوهای شناختگر باید پارامترهای ارسال مناسب را برای استفاده‌ی بهینه از باند و اجتناب از ایجاد تداخل برای کاربران دارای مجوز انتخاب نمایند. به عبارت دیگر تخصیص بهینه‌ی منابع نیز در شبکه‌های رادیو شناختگر اهمیت بسیار زیادی دارد. در شبکه‌های با رویکرد میان‌بافی، پارامترهای طیف‌سنجی از قبیل سطح آستانه‌ی آشکارسازها و مدت زمان طیف‌سنجی نیز علاوه بر پارامترهای ارسال در لایه‌ی فیزیکی از قبیل توان و نرخ داده‌ی فرستنده‌ها در عملکرد شبکه‌ مؤثرند. بنابراین در این رویکرد لازم است که بهینه‌سازی طیف‌سنجی و تخصیص منابع به طور توأم انجام شود. در این رساله بهینه‌سازی توأم طیف‌سنجی و تخصیص منابع با هدف حداقل کردن مصرف انرژی در شبکه‌‌های رادیو شناختگر مبتنی بر \\متن‌لاتین{CDMA} و \\متن‌لاتین{OFDMA} مورد بررسی قرار گرفته است. این مسأله به صورت یک مسأله‌ی بهینه‌سازی مقید فرموله شده که قیود آن برآورده کردن نرخ داده‌ی مورد نیاز رادیوهای شناختگر و الزامات طیف‌سنجی از جمله حداقل احتمال آشکارسازی لازم برای محدود کردن تداخل ایجاد شده برای کاربران دارای مجوز و حداکثر احتمال هشدار کاذب مجاز هستند. به علاوه، بهینه‌سازی مجزای طیف‌سنجی و تخصیص منابع، که در آن پارامترهای طیف‌سنجی به صورت مستقل و جدای از تخصیص منابع بهینه می‌شوند، نیز مورد بررسی قرار گرفته است. تفاوت نتایج در این دو رویکرد میزان اهمیت بهینه‌سازی توأم در صرفه جویی انرژی را نمایان ساخته است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی