Özdeğer tabanlı spektrum algılama yöntemlerinde farklı eşik değerlerinin belirlenmesi için yeni yaklaşımlar ve uygulamaları
New approaches and applications for determination of different threshold values in eigenvalue based spectrum sensing methods
Yazar: FATİH YAVUZ ILGIN
Danışman: PROF. DR. CEBRAİL ÇİFLİKLİ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüz kablosuz haberleşme teknolojilerinde yaşanan hızlı gelişim, beraberinde artan spektrum kıtlığı problemini de meydana getirmiştir. Sabit spektrum atama politikaları, yaşanan bu kıtlığın temel nedenlerinden biri olmakla beraber, bazı durumlarda bu politikaları kullanmak bir zorunluluk oluşturmaktadır. Lisanslı kullanıcılara sabit frekans bandı tahsisi nedeni ile bu kullanıcılara ayrılmış spektrum bandları, lisanslı kullanıcının ilgili band da olmadığı zamanlarda bile, başka kullanıcıların erişimine açılmamaktadır. Bu nedenle Bilişsel Radyo (BR) teknolojilerinin en temel görevi, spektrum kıtlığını azaltmak için lisanslı kullanıcılardan arta kalan spektrumu lisanssız kullanıcılara tahsis etmektir. Özellikle spektrum algılama BR sistemleri için başlangıç adımını oluşturduğundan, bu görevin en kısa sürede ve en başarılı şekilde yapılması, BR sistemleri için hayati öneme sahiptir. Özdeğer tabanlı spektrum algılama yöntemleri ise, algılanacak işaret ve gürültü hakkında ön bilgi gereksinimi olmaması nedeni ile spektrum algılama uygulamalarında fazlaca kullanılmaktadır. Bu yöntemlerde eşik değerinin doğru seçimi yöntemin başarımında doğrudan etkili olduğundan eşik değerlerinin seçimi ile ilgili farklı çalışmalar yapılmıştır. Bu tez çalışması temel olarak, özdeğer tabanlı spektrum algılama yöntemlerinde performans artırmak için yeni eşik değerleri türetmeyi amaçlamaktadır. Bu nedenle özdeğer tabanlı algılama yöntemlerinin hepsinde kullanılan, kovaryans matrisi en büyük özdeğerinin olasılık dağılımı için farklı fonksiyonlar kullanılarak En Büyük En Küçük Özdeğer (Maximum-Minimum Eigenvalue, MME) tabanlı algılama, En Büyük Özdeğer- İz (Maximum Eigenvalue to Trace, MET) tabanlı algılama ve En Büyük Özdeğer-Geometrik Ortalama (Maximum Eigenvalue-Geometric Mean, ME-GM) tabanlı algılama için yeni eşik değerleri türetilmiştir. Ayrıca yine MME için, çift eşikli bir spektrum algılama algoritması da ilk olarak bu çalışmada kullanılmıştır.  

Anahtar Kelimeler: 	Bilişsel Radyo, Kovaryans Matrisi En Büyük Özdeğer Dağılımı, Özdeğer Tabanlı Spektrum Algılama, Tracy-Widom Olasılık Dağılımı

Abstract:
The rapid development in today's wireless communication technologies has brought with the problem of increasing spectrum scarcity. Besides fixed spectrum allocation policies are one of the main reasons for this scarcity, in some cases, constitute an obligation to use these policies. Spectrum bands devoted to licensed users for the reason of fixed frequency band allocation are not available to other users even when the licensed user is not on the concerned band. For this reason, the main task of Cognitive Radio (CR) Technologies is to allocate the remaining spectrum from the licensed users to unlicensed users to reduce the spectrum scarcity. Spectrum detection and dynamic spectrum management constitute the basic building blocks of CR systems for this purpose. Since spectrum detection is the initial step for CR systems, the quickest and most successful way to do this is vital to CR systems. The eigenvalue based spectrum detection methods are used extensively in the spectrum detection applications due to the fact that there is no need for priori knowledge about the signal and the noise to be detected. Different studies have been carried outregarding the selection of thershold values since the threshold value is directly effective in performance of the correct selection method. This thesis study mainly aims to derive new threshold values to improve performance in eigenvalue based spectrum detection methods. For this reason, new thresholds for the Maximum-Minimum Eigenvalue (MME), the Maximum Eigenvalue to Trace (MET) and the Maximum Eigenvalue-Geometric Mean (ME-GM) are derived using different functions for probability distribution of the largest eigenvalue of the covariance matrix which is used in all eigenvalue based detection methods. Also, a dual-threshold spectrum detection algorithm was first used in this study for MME.
Keywords: 	Cognitive Radio, Distribution of the largest eigenvalue of Covariance Matrix, Eigenvalue Based Spectrum Sensing, Tracy-Widom Distribution.