Browsing by Subject "cognitive radio"
Now showing 1 - 6 of 6
- Results Per Page
- Sort Options
Item Technical сonfiguration of TV white space devices: a conceptual view(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Gepko, IgorAs it is known, to eliminate interference, the frequency reuse approach is followed in digital TV (DTV) planning similar to cellular networks, avoiding the use of the same channel in two neighboring allotments. There are large areas where certain groups of TV channels are not deliberately used. They are called white spaces in TV spectrum (TVWS). Considering the great economical value of TV spectrum, it was proposed to use TVWSs for low-power wireless networking on non-interfering (secondary) basis with the licensed (primary) DTV service. At the same time, restrictions imposed on white space devices (WSDs) to protect primary users should not devaluate spectrum for secondary use. The lack of knowledge about the locations of primary receivers, as well as the unreliable estimation of the aggregate interference impact caused by the large number of secondary devices accessing the spectrum are reported to be among the key challenges for the use of TVWSs. In our view, parameters for the protection of primary system should be based on the determination of minimum separation distance, which by all means should be observed at a certain area. A required shadow margin, as well as a multi-user margin should be calculated for such a minimum safety range. To reuse spectrum efficiently, mobile/portable WSDs should support dynamic power control ability which has to play a key role in sensing and operate with the lower power??? when a TV signal is weak. Except for providing WSDs with a list of available channels, the geolocation database should contain recommended parameters for path loss calculations, as well as minimum distances which could be ensured for a certain inhabited locality. У цій статті запропоновано метод кодування для зниження рівня позасмутових випромінювань у комунікаційних системах із сигналами з багатьма носіями.Item Модель оцінки пропускної здатності когнітивної радіомережі на основі OFDM(Видавництво Львівської політехніки, 2014) Кирик, М. І.; Янишин, В. Б.; Стрихалюк, І. Б.У роботі запропоновано модель взаємодії когнітивної радіомережі з мережею GSM. Для когнітивної радіосистеми пропонується використовувати OFDM для покращення сканування радіочастотного спектра, формування спектра і формування огинаючої OFDM-сигналу в системі когнітивного радіо, а також визначено організацію структури даних вторинної мережі. Запропоновано математичну модель імітації мережі CR з первинною і вторинною радіокомірками та оцінки пропускної здатності системи. Модель імітує діяльність первинних користувачів системи GSM і роботу мережі CR, беручи до уваги умови радіосередовища, розташування CR користувачів та їх вимоги до якості для різних видів послуг. In this paper considered the cognitive radio (CR) networks with the GSM network like primary network cooperation possibility. The cognitive radio system meant radio with a selfmanagement mechanism with different levels of ability to adapt to the changing radio environment. The self-management mechanism is based on the principles of learning and artificial intelligence. In world practice, the frequency assigned to a particular entity in a certain area on a long term basis. However, most commonly frequency for this designated area not always used, and as necessary. In other words, many frequency bands are irregularly loaded in the space and time domains. Because of the shortage of frequency resources are limited to the cellular network to the data rate. The data rate of modern communication systems is also increasing due to the use high-level types of signal modulation, requiring more signal/noise ratio at the receiver input. Existing GSM network is almost completely satisfy the needs of users for voice services, but the data rate cannot compete with cellular networks based on UMTS and LTE technologies. Here proposed high speed data transmitting method in GSM based on the principles of cognitive radio. On the existing GSM network topology (primary/licensed network) complementary superimposed secondary/unlicensed network operating in the same frequency bands. CR system must have ability to measure, sense, learn, and be aware of important operating conditions. It should be able to find and exploit the unused parts of the spectrum at the fastest and efficient way. The popular spectrum sensing algorithms such as matched filtering, energy detection, spectral correlation (cyclostationarity), radio identification based sensing, waveform based sensing can provide awareness of CR system. Moreover, cooperation spectrum sensing can reduce the detection time and increase the agility, but also facilitate the problem of hidden terminal, shadowing or severe multipath fading. Here proposed to use OFDM for the CR system and discussed OFDM’s advantages to allow better sensing and spectrum shaping capabilities, considered OFDM-symbol formation method in CR system and determined the data structure organization. The mathematical simulation model of CR network with one primary system and one secondary cell created for accurate capacity evaluation of selected system. Model simulates GSM primary users’ activity and CR network operation scheme that taking into account the radio environment conditions, CR users location and their quality requirement for different type of services.Item Моделі та алгоритми управління радіочастотним спектром в когнітивних радіомережах(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Янишин, Володимир Богданович; Кирик, Мар’ян Іванович; Національний університет «Львівська політехніка»; Ложковський, Анатолій Григорович; Отрох, Сергій ІвановичУ дисертації розв’язано актуальне наукове завдання розроблення ефективних методів та алгоритмів управління радіочастотним спектром в когнітивних радіомережах для підвищення рівня якості сервісів, що ними надаються. Визначено основні функції процесу управління радіочастотним спектром, проаналізовано основні функції когнітивного радіо, схеми управління радіочастотним спектром і особливості мережевої архітектури когнітивної радіомережі. Проведено дослідження ефективності сканування спектру одним когнітивним користувачем та з використанням методу кооперативного сканування. Розроблено інтелектуальну імітаційну модель системи керування когнітивною мережею із можливістю широкого і гнучкого налаштування вхідних параметрів, вибору методів управління радіочастотним спектром, а також із можливістю подальшого удосконалення. Проведено удосконалення методу сканування спектру для оцінювання спектральної густини потужності, що базується на виявленні енергії за допомогою періодограми Уелча. Удосконалено імітаційну модель процесу оцінювання ефективності методів вибору смуг спектру на основі використання розроблених алгоритмів балансування вхідного навантаження. Запропоновано удосконалений алгоритм проактивного передавання смуг спектру для обслуговування первинних користувачів із використанням статистичних даних про функціонування системи та попереднім прогнозуванням стану частотного каналу, що дало змогу покращити пропускну спроможність системи когнітивного радіо на 25% і майже вдвічі знизити ймовірність виникнення колізії між первинними та когнітивними користувачами. На основі результатів моделювання визначено, що навіть при максимальній завантаженості первинної мережі середня сумарна пропускна здатність моделі когнітивної радіомережі з удосконаленнями зростає на 7-12%. В диссертации решена актуальная научная задача разработки эффективных методов и алгоритмов управления радиочастотным спектром в когнитивных радиосетях для повышения уровня качества сервисов, предоставляемых ними. Определены основные функции процесса управления радиочастотным спектром, проанализированы основные функции когнитивного радио, схемы управления радиочастотным спектром и особенности сетевой архитектуры когнитивной радиосети. Проведено исследование эффективности сканирования спектра одним когнитивным пользователем и с использованием метода кооперативного сканирования. Разработана интеллектуальная имитационная модель системы управления когнитивной сетью с возможностью широкой и гибкой настройки входных параметров, выбора методов управления радиочастотным спектром, а также с возможностью дальнейшего усовершенствования. Проведено усовершенствование метода сканирования спектра для оценки спектральной плотности мощности, основанное на выявлении энергии с помощью периодограммы Уэлча. Усовершенствована имитационная модель процесса оценки эффективности методов выбора полос спектра на основе использования разработанных алгоритмов балансировки входящей нагрузки. Предложен усовершенствованный алгоритм проактивной передачи полос спектра для обслуживания первичных пользователей с использованием статистических данных о функционировании системы и предварительным прогнозированием состояния частотного канала, что позволило улучшить пропускную способность системы когнитивного радио на 25% и почти вдвое снизить вероятность возникновения коллизии между первичными и когнитивными пользователями. На основе результатов моделирования определено, что даже при максимальной загруженности первичной сети средняя суммарная пропускная способность модели когнитивной радиосети с усовершенствованиями повышается на 7-12%. The thesis solves an actual scientific problem - development of effective radio frequency spectrum management methods and algorithms in cognitive radio networks for the quality of service improving. The basic functions of cognitive radio, radio frequency spectrum management schemes and features of the network architecture of the cognitive network are analyzed. A study of the efficiency of spectrum scanning by one cognitive user and using the method of cooperative scanning was conducted. The intellectual computer model of the cognitive network management system with the possibility of wide and flexible adjustment of input parameters, choice of radio frequency spectrum management methods, and with the possibility of further improvement and scaling is developed. Improvement of spectral scanning method and estimation of spectral power density based on energy detection using the Welch periodogram was contributed. The model for assessing the efficiency of spectrum selection methods based on the introduced new performance indicator - the duration of the adoption of a system solution (radio channel designation) for the algorithms for balancing the input load has been improved. The simulation system model has been proposed to calculate main system operational parameters and integrated in simplified model of cognitive radio network with one primary system and one secondary cell. The model uses queueing systems to evaluate how effects on the total system configuring time of the secondary connections on sensing errors, multiple interruptions and capacity of channel. Based on the results, when using load-balancing methods, the total system configuring time can be reduced from 20% and even up to 50%. The advanced algorithm of the proactive protocol of spectrum transmission for service with the use of statistical data about system operation and preliminary forecasting of the frequency channel status was proposed, which allowed to improve the bandwidth of the cognitive radio system by 25% and almost halve the likelihood of a collision between the primary and cognitive users. The simulation was conducted for estimating the bandwidth of a cognitive radio network on the basis of an intellectual simulation model with the use of advanced methods for managing the radio frequency spectrum under the system's operation in conditions close to real. Based on the results of the simulation, it is determined that even with the maximum load of the primary network, the average total bandwidth of the cognitive radio network model with improvements is increased by 7-12%.Item Оцінка ефективності алгоритмів перемикання радіочастотних каналів для вибору спектра у когнітивних радіомережах(Видавництво Львівської політехніки, 2017-03-28) Климаш, М. М.; Кирик, М. І.; Янишин, В. Б.; Klymash, M.; Kyryk, M.; Yanyshyn, V.; Національний університет “Львівська політехніка”; кафедра телекомунікації; National University “Lviv Polytechnic”; Department of TelecommunicationsРозглянуто методи вибору спектра для когнітивного радіо, що дають змогу вторинним користувачам обирати кращі доступні частотні канали і перемикатися на них. Проведено аналіз і класифікацію цих методів. Запропоновано аналітичну модель системи когнітивного радіо для порівняння алгоритмів перемикання каналів за критерієм мінімізації загального часу роботи системи. Розглянуті алгоритми на основі балансування навантаження можуть розподіляти навантаження від вторинних користувачів декількома каналами, на відміну від алгоритму без балансування навантаження, за яким для передавання вибирається перший канал з найменшою ймовірністю зайнятості.Item Оцінка ефективності методів спектральної мобільності у когнітивних радіомережах(Видавництво Національного університету "Львівська політехніка", 2016) Кирик, М. І.; Янишин, В. Б.; Піцик, М. В.Розглянуто методи спектральної мобільності для когнітивного радіо, що дають змогу когнітивним користувачам перемикатися в частотні канали, які простоюють у цей момент. Проаналізовано процес передавання обслуговування спектра для проактивного і реактивного методів спектральної мобільності. Запропоновано алгоритми початку нової передачі й проактивної передачі обслуговування спектра, на основі критерію прогнозування стану каналу із використанням статистичних параметрів та зібраної статистичної інформації використання каналу. Для проведення симуляції створено аналітичну модель системи когнітивного радіо і визначено залежність пропускної спроможності та ймовірності виникнення колізії когнітивної мережі відносно завантаженості первинної мережі. In this paper considered spectrum mobility techniques for cognitive radio that based on spectrum sensing. The technology of cognitive radio allows the secondary unlicensed cognitive users to use the spectrum when it is not occupied by the primary users. Due to the randomness of the appearance of primary users, disruptions to both licensed and unlicensed communications are difficult to prevent, so may lead to a low capacity of both licensed and unlicensed communications. Whenever a primary user wants to use a channel which is occupied by a cognitive user, the cognitive user should start a proactive spectrum handoff to another channel and vacate the selected channel before the primary user utilizes it. In the proposed framework, channel switching policies and a proactive spectrum handoff protocol are proposed to let cognitive users use a channel before a primary user occupy it to avoid unwanted interference. Network coordination techniques for cognitive users are also included into the spectrum handoff protocol design to realize channel collision. Moreover, a distributed channel selection method to exclude collisions among cognitive users in a multi-user spectrum handoff scenario is proposed. The simulation model works accordingly to the next scheme. First compared the capacity of proposed proactive spectrum handoff scheme with the reactive spectrum handoff approach. In the reactive spectrum handoff approach, secondary users transmit a packet without predicting the availability of the current channel at the moment when a frame ends. Capacity is not very obvious when both SU and PU traffic are light differences between the proactive spectrum handoff scheme and the reactive spectrum handoff scheme. However, when the cognitive user and primary user packets intensity are high, the proactive spectrum handoff scheme outperforms the reactive scheme in terms of 25 % higher capacity. Next compared collision rate of proposed proactive spectrum handoff scheme with the reactive spectrum handoff approach. Proactive spectrum handoff always shows better performance than reactive spectrum handoff in terms of highest capacity and lower collision rate.Item Оцінка спектральної густини потужності на основі методу періодограми Уелча для когнітивного радіо(Видавництво Львівської політехніки, 2015) Кирик, М. І.; Янишин, В. Б.; Колодій, Р. С.Розглянуто методи сканування спектра для когнітивного радіо: оригінальний метод періодограми та метод періодограми Уелча як методи для виявлення енергії сигналу первинного користувача когнітивного радіо. Проведено докладний теоретичний аналіз кожного етапу роботи детектора енергії на базі періодограми Уелча. На основі цих даних створено імітаційну модель системи виявлення енергії для оцінки спектральної густини потужності під час роботи в каналі із сумішшю адитивного білого гауссівського шуму і QPSK маніпульованого сигналу. Проведено дослідження з різними вхідними параметрами: відношення сигнал-шум, кількістю елементів ШПФ та довжиною блоків для випадків з перекриттям і без перекриття сегментів. In this paper considered spectrum sensing methods for cognitive radio that based on energy detection. The periodogram method is a DFT based method to estimate power spectral density (PSD). The name of the periodogram comes from the fact that it was first used in determining possible hidden periodicities in time series. The analysis of statistical properties of the periodogram shows its poor quality as an estimator of the PSD. The bias and variance are often used as measures to characterize the performance of an estimator. The two effects caused by the bias of the estimate are smearing and leakage. The main limitations of the periodogram method yield from the variance. The periodogram is an inconsistent spectral estimator which means that it continues to fluctuate around the true PSD with a nonzero variance. This effect cannot be eliminated even if the length of the processed sample N increases without a bound. The idea of theWelch’s periodogram is to divide the data sequence into segments in order to reduce the large fluctuations of the periodogram. In the Welch’s method these data segments are also allowed to overlap, which is a feature that distinguishes it from some other modified periodograms. The simulation model works according to the following scheme. The primary user sends quadrature phase shift keying (QPSK) symbols on a 1 MHz frequency channel with the carrier frequency of 4 MHz over a complex additive white Gaussian noise (AWGN) channel. Symbols are sent at the symbol rate of 500 ksymbols/s. First, the noise has been added to the RF input signal. Then received signal has been downconverted to baseband. The Welch’s periodogram alerts when received signal energy exceeds the detection threshold. The simulations show that Welch’s periodogram signal detection method operates well for narrowband signals. Simulations confirm that Welch’s periodogram enhances the performance of the periodogram method. The main limitations of the periodogram method yield from the variance. The periodogram is an inconsistent spectral estimator which means that it continues to fluctuate around the true PSD with a nonzero variance. This effect cannot be eliminated even if the length of the processed sample increases without a bound. Furthermore, the fact that the periodogram values are uncorrelated for large number of the processed samples makes the periodogram exhibit an erratic behavior.