Bilişsel radyo ağları için değişim noktası analizine dayalı geniş bant spektrum algılama
Changepoint analysis based wideband spectrum sensing for cognitive radio networks
Yazar: SELÇUK TAŞCIOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. ZİYA TELATAR
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tezde, radyo iletişim sinyalleri için yeni bir geniş bant spektrum algılama yaklaşımı önerilmektedir. Önerilen yaklaşımda, gözlenen radyo frekans (RF) spektrumunun parçalı sabit bir fonksiyon olarak modellenebileceği varsayılır ve RF güç spektrumu, model parametrelerinin sonsal örnekleri ile oluşturulan sinyal spektrumu gerçekleştirimlerinin beklenen değeri olarak kestirilir. Elde edilen kestirim, spektrumun kaba bir gösterimi olup algılama başarımını artırmak için bu kestirimden ayrıntılı tarama parametreleri çıkarılabilir. Kullanıcı frekansları, bant genişlikleri ve sinyal güç seviyeleri hakkındaki önsel bilgiye ihtiyaç duymayan yöntem, ilgilenilen geniş bandın düzensiz parçalı ve heterojen yapıda olduğu bilişsel radyo sistemleri için uygundur. Elde edilen spektrum karakteristikleri hesaplama karmaşıklığını azaltmak ya da sonraki veriler için kestirim ve öngörüm doğruluğunu artırmak için kullanılabilir. Önsel bilginin iyileştirilmiş başarım için kullanılabiliyor olması, bilişsel radyo ağının çalıştığı ortam hakkında önsel bilginin bir radyo ortam haritası ile sağlanabildiği durumda, çekici bir özelliktir.Önerilen geniş bant spektrum algılama yöntemini değerlendirmek ve benzetimlerle başarımını ölçmek için çeşitli metrikler tanımlanmıştır. Benzetim sonuçları, geleneksel FFT-tipi spektrum analizi tekniklerine göre önerilen yöntemin, çözünürlük ve/veya tepki süresi açısından avantajlar sunduğunu göstermektedir. Ayrıca, gürültü belirsizliğinin yöntemin algılama başarımına etkisi değerlendirilmiş ve yöntemin, belirsizlik durumunda da dayanıklı bir geniş bant spektrum algılama yöntemi olarak kullanılabileceği gösterilmiştir.

Abstract:
In this thesis, a novel wideband spectrum sensing approach is proposed for the detection of radio communication signals. In the proposed approach, it is assumed that the monitored RF spectrum can be modeled as a piece-wise flat function and RF power spectrum is estimated as the posterior expectation of the realizations of the underlying signal spectrum obtained through the simulated samples drawn from the joint posterior distribution of the model parameters. The obtained estimation is a coarse description of the spectrum that can be further utilized to extract fine scanning parameters to improve sensing performance. The technique doesn?t rely on a priori knowledge of user frequencies, bandwidths and power levels; therefore it is suitable for cognitive radio systems where the wideband spectrum of interest is likely to be fragmented and heterogeneous. On the other hand, the technique allows the utilization of acquired spectral characteristics to reduce the computational complexity or to improve the accuracy of estimations and predictions for future data. The fact that the proposed technique can utilize prior knowledge for improved performance is an attractive feature for cognitive radio networks for which a radio environment map (REM) can provide prior knowledge about the environment the network operates.Several metrics have been defined for the assessment of the proposed technique and the performance has been evaluated through simulations. The simulation results show that the proposed technique offers advantages over the conventional FFT-type spectrum analysis methods in terms of resolution and/or latency. The impact of the noise uncertainty on the detection performance has also been evaluated and it is shown that the technique can be used as a robust wideband spectrum sensing tool even under noise uncertainty.