Модифицированный корреляционный детектор для сканирования спектра с лапласовским шумом в системах когнитивного радио

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347021070050

Ключові слова:

когнитивное радио, сканирование спектра, обнаружение энергии, рабочие характеристики приемника, вероятность обнаружения, отношение сигнал-шум, корреляционный детектор

Анотація

В статье предложен метод измерения спектра при помощи модифицированного корреляционного детектора при наличии аддитивного шума, имеющего распределение Лапласа. В предлагаемом модифицированном детекторе рассматривается тест-статистика, описывающая корреляцию принятого сигнала в когнитивном терминале, с сигналом основного пользователя. Для упрощения рассмотрен основной пользовательский сигнал с двоичной фазовой манипуляцией. Затем принятый сигнал возводится в произвольную степень P, значение показателя которой находится в диапазоне от 0 до 2 (0 < P < 2). Таким образом, предлагаемый детектор ведет себя как нелинейный детектор при всех значениях P, кроме P = 1. При P = 1, детектор ведет себя как обычный корреляционный детектор или детектор с согласованным фильтром. С учетом предложенной тест-статистики получены аналитические выражения вероятности обнаружения и вероятности ложной тревоги. Характеристики предложенной тест-статистики представлены в виде зависимости рабочей характеристики приемника и вероятности обнаружения от среднего отношения сигнал–шум (ОСШ). Также с помощью моделирования получено оптимальное значение P для различных значений среднего ОСШ. Аналитические выражения проверены путем сравнения полученных с их помощью результатов с результатами моделирования. Замечено, что в предлагаемой тест-статистике характеристики улучшаются с уменьшением значения P. Кроме того, также показано, что характеристики предложенного модифицированного детектора лучше, чем для традиционного детектора с согласованным фильтром, при P < 1.

Посилання

L. Chen, N. Zhao, Y. Chen, F. R. Yu, G. Wei, “Over-the-air computation for cooperative wideband spectrum sensing and performance analysis,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 67, no. 11, pp. 10603–10614, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/TVT.2018.2866539.

A. Ali, W. Hamouda, “Advances on spectrum sensing for cognitive radio networks: Theory and applications,” IEEE Commun. Surv. Tutorials, vol. 19, no. 2, pp. 1277–1304, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/COMST.2016.2631080.

H. Shehata, T. Khattab, “Energy detection spectrum sensing in full-duplex cognitive radio: The practical case of Rician RSI,” IEEE Trans. Commun., vol. 67, no. 9, pp. 6544–6555, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/TCOMM.2019.2916069.

H. Zayyani, M. Korki, F. Marvasti, “A distributed 1-bit compressed sensing algorithm robust to impulsive noise,” IEEE Commun. Lett., vol. 20, no. 6, pp. 1132–1135, 2016, doi: https://doi.org/10.1109/LCOMM.2016.2550589.

F. C. Commission, “Spectrum Policy task force. Tech. Report 02-255,” Washington, DC, 2002.

J. Mitola, G. Q. Maguire, “Cognitive radio: making software radios more personal,” IEEE Pers. Commun., vol. 6, no. 4, pp. 13–18, 1999, doi: https://doi.org/10.1109/98.788210.

M. Liu et al., “2-D DOA robust estimation of echo signals based on multiple satellites passive radar in the presence of alpha stable distribution noise,” IEEE Access, vol. 7, pp. 16032–16042, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2894997.

Y. Chen, “Improved energy detector for random signals in Gaussian noise,” IEEE Trans. Wirel. Commun., vol. 9, no. 2, pp. 558–563, 2010, doi: https://doi.org/10.1109/TWC.2010.5403535.

F. Zhou, N. C. Beaulieu, Z. Li, J. Si, “Feasibility of maximum eigenvalue cooperative spectrum sensing based on Cholesky factorisation,” IET Commun., vol. 10, no. 2, pp. 199–206, 2016, doi: https://doi.org/10.1049/iet-com.2015.0252.

C. Liu, J. Wang, X. Liu, Y.-C. Liang, “Maximum eigenvalue-based goodness-of-fit detection for spectrum sensing in cognitive radio,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 68, no. 8, pp. 7747–7760, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/TVT.2019.2923648.

C. Sun, P. Lu, K. Cao, “Phase-rotated spectral correlation detection for spectrum sensing at low SNR regimes,” IEEE Signal Process. Lett., vol. 26, no. 7, pp. 991–995, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/LSP.2019.2917046.

C. Guo, S. Chen, C. Feng, Z. Zeng, “Correlation-statistics-based spectrum sensing exploiting energy and polarization for dual-polarized cognitive radios,” IEEE Trans. Wirel. Commun., vol. 14, no. 3, pp. 1533–1554, 2015, doi: https://doi.org/10.1109/TWC.2014.2368566.

M. Tavana, A. Rahmati, V. Shah-Mansouri, B. Maham, “Cooperative sensing with joint energy and correlation detection in cognitive radio networks,” IEEE Commun. Lett., vol. 21, no. 1, pp. 132–135, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/LCOMM.2016.2613858.

J. Lunden, S. A. Kassam, V. Koivunen, “Robust nonparametric cyclic correlation-based spectrum sensing for cognitive radio,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 58, no. 1, pp. 38–52, 2010, doi: https://doi.org/10.1109/TSP.2009.2029790.

M. Bkassiny, A. Lima De Sousa, S. K. Jayaweera, “Wideband spectrum sensing for cognitive radios in weakly correlated non-Gaussian noise,” IEEE Commun. Lett., vol. 19, no. 7, pp. 1137–1140, 2015, doi: https://doi.org/10.1109/LCOMM.2015.2434996.

T. Shongwe, A. J. H. Vinck, H. C. Ferreira, “A study on impulse noise and its models,” SAIEE Africa Res. J., vol. 106, no. 3, pp. 119–131, 2015, doi: https://doi.org/10.23919/SAIEE.2015.8531938.

M. Shao, C. L. Nikias, “Signal processing with fractional lower order moments: stable processes and their applications,” Proc. IEEE, vol. 81, no. 7, pp. 986–1010, 1993, doi: https://doi.org/10.1109/5.231338.

N. Beaulieu, S. Niranjayan, “UWB receiver designs based on a Gaussian-Laplacian noise-plus-MAI model,” IEEE Trans. Commun., vol. 58, no. 3, pp. 997–1006, 2010, doi: https://doi.org/10.1109/TCOMM.2010.03.070333.

N. C. Beaulieu, D. J. Young, “Designing time-hopping ultrawide bandwidth receivers for multiuser interference environments,” Proc. IEEE, vol. 97, no. 2, pp. 255–284, 2009, doi: https://doi.org/10.1109/JPROC.2008.2008782.

Q. Li, Z. Li, “A novel sequential spectrum sensing method in cognitive radio using suprathreshold stochastic resonance,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 63, no. 4, pp. 1717–1725, 2014, doi: https://doi.org/10.1109/TVT.2013.2287616.

A. Margoosian, J. Abouei, K. N. Plataniotis, “An accurate kernelized energy detection in Gaussian and non-Gaussian/impulsive noises,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 63, no. 21, pp. 5621–5636, 2015, doi: https://doi.org/10.1109/TSP.2015.2457400.

T. Wimalajeewa, P. K. Varshney, “Polarity-coincidence-array based spectrum sensing for multiple antenna cognitive radios in the presence of non-Gaussian noise,” IEEE Trans. Wirel. Commun., vol. 10, no. 7, pp. 2362–2371, 2011, doi: https://doi.org/10.1109/TWC.2011.051311.101826.

M. Karimzadeh, A. M. Rabiei, A. Olfat, “Soft-limited polarity-coincidence-array spectrum sensing in the presence of non-Gaussian noise,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 66, no. 2, pp. 1418–1427, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/TVT.2016.2570139.

M. Liu, N. Zhao, J. Li, V. C. M. Leung, “Spectrum sensing based on maximum generalized correntropy under symmetric alpha stable noise,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 68, no. 10, pp. 10262–10266, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/TVT.2019.2931949.

Y. Ye, Y. Li, G. Lu, F. Zhou, “Improved energy detection with Laplacian noise in cognitive radio,” IEEE Syst. J., vol. 13, no. 1, pp. 18–29, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/JSYST.2017.2759222.

G. Guo, M. Mandal, Y. Jing, “A robust detector of known signal in non-Gaussian noise using threshold systems,” Signal Process., vol. 92, no. 11, pp. 2676–2688, 2012, doi: https://doi.org/10.1016/j.sigpro.2012.04.014.

G. Guo, M. Mandal, “On optimal threshold and structure in threshold system based detector,” Signal Process., vol. 92, no. 1, pp. 170–178, 2012, doi: https://doi.org/10.1016/j.sigpro.2011.06.016.

K. O. Geddes, M. L. Glasser, R. A. Moore, T. C. Scott, “Evaluation of classes of definite integrals involving elementary functions via differentiation of special functions,” Appl. Algebr. Eng. Commun. Comput., vol. 1, no. 2, pp. 149–165, 1990, doi: https://doi.org/10.1007/BF01810298.

ROC сканирования спектра на основе MCD, показывающий влияние Р

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-07-30 — Оновлено 2021-07-27

Як цитувати

Синха, К., & Триведи, Й. Н. (2021). Модифицированный корреляционный детектор для сканирования спектра с лапласовским шумом в системах когнитивного радио. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(7), 449–460. https://doi.org/10.20535/S0021347021070050

Номер

Том 64 № 7 (2021)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.