Μελέτη και Προσομοίωση Σεναρίων Λήψης Αποφάσεων στο Στάδιο Ανίχνευσης σε Συνεργατικά Γνωστικά Ασύρματα Δίκτυα

Abstract

Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα έχει γίνει ένας δυσεύρετος πόρος ειδικότερα με την ευρεία εξάπλωση και ανάπτυξη πολλαπλών συστημάτων ασύρματης επικοινωνίας, όπως η ψηφιακή μετάδοση video (DVB), τα κυψελωτά συστήματα κινητών επικοινωνιών, τα ασύρματα τοπικά δίκτυα (WLAN) και άλλα. Τα Γνωστικά Δίκτυα είναι μία πολλά υποσχόμενη μέθοδος για να γίνει πιο αποδοτική η χρησιμοποίηση του ήδη περιορισμένου ραδιοφάσματος. Η ιδέα των Γνωστικών Δικτύων είναι να επιτρέπεται σε έναν μη εξουσιοδοτημένο - δευτερεύοντα - χρήστη να έχει πρόσβαση στο φάσμα, με την προϋπόθεση ότι η λειτουργία του δεν θα παρεμβάλει στην επικοινωνία των εξουσιοδοτημένων - πρωτευόντων - χρηστών. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να μελετήσουμε την ανίχνευση φάσματος με συνεργατικότητα. Ειδικότερα να αναλύσουμε την συμπεριφορά της πιθανότητας παρεμβολής των δευτερευόντων χρηστών στους πρωτεύοντες και να προτείνουμε έναν διαφορετικό σχεδιασμό του ανιχνευτή ισχύος που θα χρησιμοποιείται από τους δευτερεύοντες χρήστες. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η τεχνολογία των Γνωστικών Δικτύων, ο σχεδιασμός τους και οι βασικές διαδικασίες τις οποίες επιτελούν προκειμένου να έχουμε την βέλτιστη χρησιμοποίηση του φάσματος. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύουμε την ανίχνευση του φάσματος με συνεργατικότητα και παρατηρούμε την σχέση της πιθανότητας παρεμβολής και πιθανότητας εσφαλμένου εντοπισμού συναρτήσει του κατωφλίου του ανιχνευτή ισχύος. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται προσομοίωση ενός περιβάλλοντος με πρωτεύοντες και δευτερεύοντες χρήστες μέσω του προγράμματος Matlab. Μελετάται η εξάρτηση της πιθανότητας παρεμβολής από παράγοντες όπως το πλήθος των πρωτευόντων και δευτερευόντων χρηστών, το κατώφλι του ανιχνευτή ισχύος και ο κανόνας k-out of-n που χρησιμοποιήθηκε. Τέλος, στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται ένας ανιχνευτής ισχύος με τρία κατώφλια και αναλύεται ο σχεδιασμός του. Τον χρησιμοποιούμε στην συνέχεια στην προσομοίωση μας και τον συγκρίνουμε με τον προηγούμενο ανιχνευτή ενός κατωφλίου.

Radio spectrum has become a scarce resource in particular with the wide-spread deployment of various wireless communication systems, such as digital video broadcasting (DVB), mobile cellular radio, wireless local area networks (WLAN), etc. Cognitive Radio are a promising method to make more efficient use of the limited radio spectrum. The key feature of cognitive radio is to allow a cognitive (unlicensed/secondary) user to access the licensed spectrum as long as its transmission does not interfere with the primary user’s communications. The object of the present paper is to study the collaborative spectrum sensing. In particular to analyze the behavior of probability of miss (Pm) of the secondary users to the primary users and to suggest a different design for the energy detector which will be used by the secondary users. In the first chapter we present the technology of Cognitive Radios, their design and the basic functions they carry out in order to achieve the maximum utilization of the spectrum. In second chapter we analyze the collaborative spectrum sensing and observe the relationship between the probability of detection (Pd) and the probability of false alarm (Pf) with the threshold of the energy detector. In third chapter is presented a simulation of an environment with primary and secondary users through Matlab. We study the dependence of probability of miss from factors such as the number of primary and secondary users, the threshold of the energy detector and the k-out of-n rule used. Finally, in fourth chapter we present an energy detector with three thresholds and analyze its design. Then we use it in our simulation and we compare it to the previous one threshold energy detector.