Fast Spectrum Sensing Method for Cognitive Radio

Autor: Buhaiov, M. V.
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування: збірник наукових праць, Вип. 83
Popis: Ключовим аспектом функцiонування когнiтивних радiосистем є швидке та надiйне визначення вiльних дiлянок частот при динамiчнiй змiнi радiоелектронної обстановки. Для вирiшення даного завдання запропоновано швидкий iтеративний метод iз використанням коефiцiєнта варiацiї спектральної щiльностi потужностi (СЩП). Сутнiсть методу полягає в порiвняннi значень коефiцiєнта варiацiї спектра прийнятої реалiзацiї з пороговим значенням iз використанням прогнозованого значення кiлькостi сигнальних вiдлiкiв та методу золотого перетину. Пороговi значення вирiшуючої статистики отримано шляхом розрахунку вектора вiдлiкiв СЩП, його сортування i нормування до енергiї та розрахунку вектора значень коефiцiєнтiв варiацiї при послiдовному вiдкиданнi вiд нормованого вектора СЩП вiдлiка з максимальним значенням. Для зменшення кiлькостi iтерацiй розрахунку вирiшуючої статистики при виявленнi вiльних дiлянок у смузi частот аналiзу використовується прогнозоване значення завантаженостi (кiлькостi сигнальних вiдлiкiв). Дане значення розраховується за емпiричною формулою iз використанням в якостi аргументу коефiцiєнта варiацiї для нульової iтерацiї. На практицi наявнiсть в смузi частот аналiзу кiлькох сигналiв з рiзними потужностями призводить до появи помилок прогнозованого значення завантаженостi. Причому чим бiльшим є динамiчний дiапазон i менше вiдношення сигнал-шум, тим бiльшою буде дана помилка. Прогнозоване значення завантаженостi є грубою оцiнкою кiлькостi сигнальних вiдлiкiв у спектрi i для швидкого пошуку ї ї iстинного значення застосовано метод золотого перетину. Виграш у зменшеннi кiлькостi iтерацiй обчислення вирiшуючої статистики залежить вiд помилки прогнозу завантаженостi i може досягати кiлькох десяткiв разiв. Запропонований метод може бути використаний при удосконаленнi iснуючих та розробленнi нових когнiтивних радiосистем на основi SDR технологiї. A key aspect of the functioning of cognitive radio systems is fast and reliable detection of unoccupied channels in cases of dynamic changes of electronic environment. To solve this problem, a fast iterative method based on the coefficient of variation as decisive statistic of the power spectral density (PSD) is proposed. The essence of the method is in comparing the values of the coefficient of variation with the threshold value using the predicted value of the number of signal samples and the method of the golden ratio. The threshold values of the decision statistics were obtained by calculating the vector of PSD, sorting and normalizing it to energy, and calculating the vector of values of the coefficients of variation by sequential removing from the normalized PSD samples with the maximum value. To reduce the number of iterations when calculating the decisive statistics, the predicted value of spectrum occupancy is used. This value is calculated using an empirical formula with the coefficient of variation for the zero iteration as an argument. In practice, the presence of several signals with different powers in the analyzed bandwidth leads to errors in the predicted value of spectrum occupancy. Moreover, the larger the dynamic range and the lower the signal-to-noise ratio, the greater this error will be. The predicted value of the spectrum occupancy is a rough estimate of the number of signal samples in the spectrum, and the golden ratio method was applied to find its true value in fast way. Processing gain in reducing the number of iterations for calculating the decisive statistics depends on the spectrum occupancy prediction error and can reach several tens of times. The proposed method can be used to improve existing and develop new cognitive radio systems based on Software Defined Radio (SDR) technology. Ключевым аспектом функционирования когнитивных радиосистем является быстрое и надежное определение свободных участков частот при динамическом изменении радиоэлектронной обстановки. Для решения данной задачи предложен быстрый итеративный метод с использованием коэффициента вариации спектральной плотности мощности (СПМ). Сущность метода заключается в сравнении значений коэффициента вариации спектра принятой реализации с пороговым значением с использованием прогнозируемого значения количества сигнальных отсчетов и метода золотого сечения. Пороговые значения решающей статистики получено путем расчета вектора отсчетов СПМ, его сортировки и нормирования к энергии и расчета вектора значений коэффициентов вариации при последовательном отбрасывании от нормированного вектора СПМ отсчета с максимальным значением. Для уменьшения количества итераций расчета решающей статистики при обнаружении свободных участков в полосе частот анализа используется прогнозируемое значение загруженности (количество сигнальных отсчетов). Данное значение рассчитывается по эмпирической формуле с использованием в качестве аргумента коэффициента вариации для нулевой итерации. На практике наличие в полосе частот анализа нескольких сигналов с разными мощностями приводит к появлению ошибок прогнозируемого значения загруженности. Причем чем больше динамический диапазон и меньше отношение сигнал-шум, тем большей будет данная ошибка. Прогнозируемое значение загруженности является грубой оценкой количества сигнальных отсчетов в спектре и для быстрого поиска ее истинного значения применен метод золотого сечения. Выигрыш в уменьшении количества итераций вычисления решающей статистики зависит от ошибки прогноза загруженности и может достигать нескольких десятков раз. Предложенный метод может быть использован при совершенствовании существующих и разработке новых когнитивных радиосистем на основе SDR технологии.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: