Current spectrum management model, command-and-control, is creating a fundamental cause not to exploit the spectral efficiency of the radio spectrums in times and spaces. The FCC (Federal Communications Commission) announced a very interesting report that relates to this fact. It pointed out that more than 70% of radio spectrums are underutilized in certain times or geographic locations. This means that spectrum scarcity is not due to a fundamental lack of spectrum but wasteful static spectrum allocations. Hence, various spectrum sharing schemes which can raise spectrum utilization are actively investigated by many researchers.
In this context, an emerging technology, Cognitive Radio (CR), has been come out to increase utilization of spectrum in the wireless communication field. CR recognizes its environment and learns from the environment to make a decision. In addition, it also adapts operating parameters such as transmit power and modulation scheme according to the variation in real time.
Among its fundamental functions, the most important function is a spectrum sensing which requires precise accuracy and fast speed. There have been several possible candidates of spectrum sensing for CR such as energy detector, fine/feature detector and two-stage sensing architecture. Although the two-stage sensing architecture is the best compromise for CR, the conventional energy detector which acts as a coarse detector in two-stage sensing architecture has redundancy during its sensing processing. Therefore, we consider how to improve the performance of the conventional energy detector in two-stage sensing architecture.
Discrete wavelet packet transform (DWPT) can separate a given frequency band (or scanning range) into uniform channels step by step. Using this property, this thesis devises the modified DWPT based energy detector that applies double threshold at each operation of DWPT. First of all, the proposed detector divides the interested frequency band into subbands which contain strong, weak, and noise signals respectively. And then, it further analyzes the frequency bands except the subbands that have only noise signals. Finally, it transmits the channels in which weak signals exist to a fine sensing detector. Through these processes, the proposed detector senses a wide frequency band in a simpler manner and transmits relatively small number of channels to fine sensing detector. Therefore, our proposed detector can be used for enhancing the sensing speed of CR systems.
Cognitive Radio (CR) 기술은 한정된 주파수 자원을 효율적으로 사용하기 위한 목적으로 기존의 허가된 사용자에게 간섭을 주지 않는 범위 하에서 비어있는 주파수 대역을 이용하는 것이다. 이를 위하여 CR 기술은 주파수 센싱, 채널 상태 정보를 기반으로 한 채널 확정, Power Control 및 동적 스펙트럼 관리와 같은 3 단계의 인지 과정을 거친다.
본 논문에서는 CR 시스템에서 가장 먼저 행해지는 주파수 센싱기법의 요구사항들을 정리하고, 기존의 에너지 검출기들을 분석한 다음, 기존 기법들의 개선점을 찾아 그 성능을 향상시킬 방법들 을 고안하고자 하였다.
CR 시스템에서 에너지 검출기의 개선은 크게 2 단계 검출기로 전송하는 채널수를 감소하는 방법과 센싱 스피드를 개선하는 방법으로 나뉜다. 먼저 전송 채널수를 감소시키기 위해 Double Threshold 를 적용하여 주파수 영역을 Black, Gray, 그리고 White 로 구분하여 Gray 영역만 전송하는 기법을 이용하였다. 다음으로 센싱 스피드를 개선하기 위해 Discrete Wavelet Packet Transform (DWPT) 의 다중 분해능과 단계별 실행 특성을 이용하여 DWPT 의 각 단계마다 Double Threshold 를 적용하여 신호가 존재하는 주파수 영역만 분해 하여 센싱에서 필요로 하는 신호처리 과정을 단순화 시켰다. 이를 통해 센싱 스피드 향상 및 전송 채널 수 감소를 꾀할 수 있었다.
이와 같은 방법으로 개선된 DWPT 기반의 에너지 검출기를 이용하여, 효율적인 주파수 센싱을 가능하게 함으로써 현재 연구가 활발한 CR 시스템의 현실적 구현 가능성을 높일 수 있었다.
