As growing the requirement of wireless communication service currently, the demand of frequency resource is increasing. Cognitive Radio(CR) technique was proposed to solve this frequency scarcity problem. Indeed, it makes use of wasted spectrum not to damage existing spectrum right. To utilize the unused spectrum safely, CR performs spectrum sensing, spectrum decision, spectrum sharing and spectrum mobility. Spectrum sensing makes a decision vacant frequency segment that is considered as the absence of licensed users. Spectrum decision determines the best tractable frequency region, and spectrum sharing adjusts approach to this part by sharing information with other users. When licensed users are sensed, spectrum mobility is performed to empty the frequency channels. In this thesis, we study the requirement of spectrum sensing and various spectrum sensing techniques. And also we propose the efficient spectrum sensing method to realize CR.
To increase spectrum efficiency, IEEE 802.22 Working Group was established to apply CR to real TV spectrum. In this standard organization, efficient two stage sensing architecture was proposed to achieve accurate and fast spectrum sensing. It combines advantages of energy detector for fast detection and feature detector for fine detection. In this thesis, we purpose to realize more efficiency energy detector in two stage sensing architecture.
As the energy detector that is first stage of two stage sensing architecture, DWPT (Discrete Wavelet Packet Transform) based energy detector was proposed. In this structure, energy detector carries out coarse sensing to find high power signals in wide spectrum band and feature detector performs fine sensing for low power signals in remaining spectrum band by using single threshold at first stage. And also Butter worth filters are implemented to realize DWPT for dividing frequency bands. In this method, however, load on feature detector increases due to many transmitted channels in energy detector, and detection performance is degraded by frequency roll-off characteristic of Butterworth (BW) filters.
To improve the spectrum sensing performance, we divide signal space into black that is considered as occupied by primary users, gray that is not determined by energy detector and white channels that is considered as noise channel by using double threshold at the energy detector. By this method, load on feature detector is reduced because only gray channels are transmitted to feature detector. And also elliptic filters that have better frequency roll-off characteristic than existing BW filters provide more exact detection. As a result, the proposed energy detector in two stage sensing architecture can provide more efficient spectrum sensing for CR.
오늘날 무선 통신의 수요가 늘어날 수록, 주파수에대한 수요가 증가하고 있다. 이러한 요구를 만족 시키고자 주파수 자원을 효율적으로 사용하는 Cognitive Radio(CR) 기술이 제안되었다. 이는 기존 주파수 사용자 (1차 사용자)에게 간섭을 미치지 않는 범위에서 새로운 주파수 사용자 (2차 사용자)가 통신을 하는 시굴로서, 기존 사용자의 유휴 주파수를 찾는 주파수 센싱과 최적의 유휴 주파수를 선택하는 주파수 결정, 다른 2차 사용자들과 유휴정보를 공유함으로써 선택된 주파수 채널의 사용을 조율하는 주파수 공유, 그리고 기존 사용자가 등장하였을 때, 채널을 비워주는 주파수 이동과 같은 과정을 필요로 한다.
본 논문에서는 CR 과정에서 정확한 주파수 환경을 예측하는 주파수 센싱 기법에 대한 요구사항들과, 기존의 방법들에 대해 정리하고, 보다 효율적인 주파수 센싱 방법에 대해 제안하고자 한다.
실 생활에서 CR을 적용하기 위해 표준화를 진행중인 IEEE 802.22 Working Group 에서는 보다 효율적인 주파수 센싱을 위해 2단계 검출기를 제안하였다. 이는 빠른 주파수 검출을 위한 에너지 검출기와 정호가한 주파수 검출을 위한 특징 검출기로 나눌 수 있다. 본 논문에서는 위의 2단계 주파수 검출기 구조에서 에너지 검출기에 대한 연구로, 보다 효율적인 주파수 검출기를 제안하는 것을 목적으로 한다.
기존 2단계 검출기 구조에서는 첫 번째 단계의 주파수 검출기로 DWPT(Discrete Wavelet Packet Transform) 기반의 에너지 검출기가 제안 되었다. 이는 에너지 검출기에서 임계값을 하나를 설정하여 임계값 이상의 신호는 에너지 검출기에서 주파수 사용자를 찾아내고, 나머지 신호들은 특징 검출기를 통해 주파수 사용여부를 확인한다. 또한 DWPT를 구현 함에 있어 Butterworth (BW) 필터를 통해 주파수 대역을 분할하는 방법을 택하였다. 하지만 이러한 방법은 특징 검출기에 많은 주파수 대역을 전송하여 복잡도를 증기 시키고, 주파수 대역의 분할에 간섭을 미쳐 검출기의 성능을 감소시키는 단점을 지니고 있다.
이에 본 논문에서는 에너지 검출기에서 두 개의 임계값을 두어 신호의 파워에 따라 각채널을 black, gray 그리고 white로 구분하였다. 이를 통해 작은 신호는 노이즈만 존재하는 white 채널로 선정하여, 특징 검출기에 gray 채널들만 넘겨 줌으로 인해 복잡도를 개선 하였다. 또한 BW 필터보다 주파수 선택적 특성이 좋은 elliptic 필터를 사용하여 보다 정확한 DWPT 기반의 에너지 검출기를 구현 하였다.
이와 같이 보다 성능이 개선된 2단계 주파수 검출기를 이용하여, CR 환경에서 효율적인 주파수 검출을 가능하게 함으로써 현재 활발히 연구 중인 CR의 활용 가능성을 증진시킬 수 있었다.
