Through the development of self-interference cancellation technique, recent studies have proposed full duplex cognitive radio newtorks that the secondary users communicate by full duplex with their respective transceiver. In full duplex cognitive radio networks, total throughput of secondary user networks can be improved by transmitting and receiving the data, or transmitting the data and sensing the existence of the primary user. In this paper, we consider the cooeprative spectrum sensing in the non-time-slotted full duplex cognitive radio networks and propose a new scheme to improve the average throughput. In the non-time-slotted cognitive radio networks, the primary user can change its activity during the transmission duration in contrast with the time-slotted cognitive radio networks. We analytically derive the collision probability and the outage probability for the two operation strategies of the secondary user under the cooperative spectrum sensing in non-time-slotted full duplex cognitive radio networks.
We also analytically derive the collision probability and the outage probability for the proposed scheme in non-time-slotted full duplex cognitive radio networks. We then turn to determine the optimum decision threshold for the energy detector at each secondary user to maximize the average throughput subject to a constraint on the outage probability of primary user. In numerical results, we demonstrate and analyze the impact of cooperative spectrum sensing and proposed scheme in the non-time-slotted full duplex cognitive radio networks.
무선 통신을 사용하는 사용자의 수가 많아지고 현재의 고정 스펙트럼 할당 정책으로 인해, 무선 통신 환경에서 주파수 대역이 부족해지는 문제가 발생하게 되었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 동적 자원 할당 정책을 기반으로 한 인지 무선통신이 제안되었다. 인지 무선통신망에서는 주파수 대역에 대한 우선 접속 권한을 갖고 있는 우선 사용자가 그 주파수 대역을 사용하고 있지 않을 때, 부사용자들에게 그 주파수 대역을 사용할 수 있도록 허용해주게 된다. 권한을 가지고 있는 우선 사용자의 통신을 보호하기 위해서 차기 사용자들은 자신들이 주파수 대역을 사용하기 전에 우선 사용자가 주파수 대역폭을 사용하고 있는지의 여부를 잘 감지하여야 한다. 차기 사용자들의 감지 성능을 높이기 위해, 협력 스펙트럼 감지가 제안되었다.
기존의 연구에서는 인지 무선통신망은 시분할 (time-slotted) 이라 가정을 하고 연구를 진행하였다. 시분할 인지 무선통신망에서는 우선 사용자가 주파수 대역을 사용 여부의 변화 시점이 각 프레임의 시작에서만 가능하며 프레임 도중에는 사용 여부가 변하지 않는다고 가정한다. 하지만, 현실적으로 보면, 인지 무선통신망에서는 우선 사용자의 사용 여부의 변화는 비시분할 (non-time-slotted)로써, 프레임 도중에도 사용 여부가 변할 수 있게 된다.
한편, 최근 전이중 방식의 통신의 발전으로 전이중 방식의 인지 무선통신망에 대한 연구가 진행되었다. 전이중 방식의 통신이란 송수신기가 동시에 전송과 수신이 가능한 통신 방식으로, 자기간섭신호제거 기술이 발전함에 따라 가능하게 되었다. 전이중 방식의 통신을 이용하게 되면 반이중 방식의 통신에 비해 이론적으로 2배의 처리량을 얻을 수 있으며, 이로 인해 주파수 효율도 상승하게 된다.
이 연구는 비시분할 전이중 방식 인지무선환경에서의 부사용자의 전송량에 대한 성능을 분석하였다. 전이중 방식의 인지무선환경에서는 부사용자가 전송기간동안 어떠한 동작으로 수행하느냐에 따라 2가지 모드로 나뉘게 된다. 특히, 이 연구는 비시분할 전이중 방식 인지무선환경에서 부사용자의 전송량을 증가시키기 위하여 협력 스펙트럼 감지방식을 도입하였고, 또한 기존의 2가지 모드의 장점을 결합한 새로운 모드를 제안하였다. 비시분할 전이중 방식 인지무선환경에서의 2가지 모드에 대한 충돌 확률, 아웃티지 확률을 수식적으로 도출하였으며, 아웃티지 확률이 제한된 상황에서 부사용자의 전송량을 최대화하는 에너지 검출기의 임계값을 구하였다. 또한 새롭게 제안한 모드에 대한 충돌 확률, 아웃티지 확률을 수식적으로 도출하였으며, 아웃티지 확률이 제한된 상황에서 부사용자의 전송량을 최대화하는 에너지 검출기의 임계값을 구하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 협력 스펙트럼 감지 기술의 도입으로 부사용자의 전송량이 향상되는 것을 확인할 수 있으며, 새롭게 제안한 모드가 기존의 모드들보다 우월한 성능을 가지는 것을 알 수 있다.
