University of Khartoum

Optimization of Cognitive Radio Spectrum Utilization through Predictive Spectrum Sensing

Optimization of Cognitive Radio Spectrum Utilization through Predictive Spectrum Sensing

Show simple item record

dc.contributor.author Saad, Hind Ali Mohammed
dc.date.accessioned 2019-09-23T08:33:05Z
dc.date.available 2019-09-23T08:33:05Z
dc.date.issued 2018-09
dc.identifier.uri http://khartoumspace.uofk.edu/123456789/27132
dc.description 100 Pages
dc.description.abstract Cognitive Radio (CR) technology enables improving the utilization efficiency of the precious and scarce radio spectrum. This work investigates the cognitive radio operations and basic principles of Medium Access Control (MAC) designs in spectrum sharing models. Furthermore, it demonstrate the impact of using different sensing techniques in CR networks and the opportunistic usage of spectrum holes with least possible interference with Primary User (PU). Users in the CR network must determine which portions of the spectrum are available, select the best available channel, coordinate access to this channel with other users and vacate the channel when a licensed user is detected. A number of spectrum sensing techniques had been proposed in the literature to identify the state of the primary user in the temporal domain. Research problem can be summarized in that, most sensing techniques make instantaneous decisions based on current measurement received at the cognitive radio, and they do not consider the transmission pattern of the primary user which can be acquired from past measurements. Thus, this work introduces a prediction based spectrum sensing scheme that improves ED sensing process by using prediction of spectrum availability to enhance spectrum utilization and save sensing energy. The sensing scheme compromises the channel availability prediction and sensing processes to improve the ability of correctly and quickly performing SU channel allocations. The predictive knowledge can be used to overcome the negative impact of response delays caused by hardware platforms and reduce the power consumption. This scheme is built up as a means of improving the sensing performance and reducing the sensing time and energy consumption by enabling the CR nodes to sense the channels that are predicted to be unoccupied rather than the entire band of interest. The performance of the proposed scheme is analyzed in terms of its prediction performance. Based on this approach, a spectrum occupancy predictor is developed and experimentally validated through MATLAB software simulations. Significant Secondary User (SU) performance improvements were observed when prediction modeling was employed. The new scheme achieves an average prediction accuracy of 87% which in turn can lead to up to 68% reduction of the spectrum sensing energy and the percentage improvement in channel utilization is up 79.9% en_US
dc.language.iso en en_US
dc.publisher University of Khartoum en_US
dc.subject Cognitive Radio technology; CR network; MATLAB software simulations; Artificial Neural Network en_US
dc.title Optimization of Cognitive Radio Spectrum Utilization through Predictive Spectrum Sensing en_US
dc.type Thesis en_US
dc.Degree Ph.D
dc.Supervisor Mohammed Ali Hamad Abbas
dc.co.Supervisor Hamid Abbas Ali
dc.description.arabic-abstract أتاحت تقنيه راديو الإدراك المسبق للطيف تحسين كفاءه استخدام الطيف الراديوي الذي بدأ يعاني من الشح بصورة واضحة. تهدف هذه الأطروحة الي توضيح فكرة راديو الإدرلك المسبق للطيف والعمليات المتضمنه به و المفاهيم الأساسيه لتصميم وسيط التحكم بالادخال في نموذج التشارك في الطيف الموجي. كما تقدم الأطروحة تحقيقا في أثر إستخدم التقنيات المختلفة لإستكشاف الطيف الخالي)من المستخدمين( و إيجاد فرص لاستخدام فراغاته بأقل إحتمالات للتداخل مع المستخدم يجب علي مستخدم شبكة راديو الادرلك .(SU) من قبل المستخدم الثانوي )PU( الأساسي للطيف المسبق للطيف تحديد الأجزاءالمتاحه للإاستخدام من الطيف ومنثم اختيار أفضل قناة إتصال والتنسيق مع بقية المستخدمين للدخول وإستخدام القناة ومنثم إخلاء القناة عند ظهور مستخدم أساسي للقناة. كل هذه المقدرات يمكن الحصول عليها خلال عملية إستكشاف الطيف.تم التطرق الي عدد من التقنيات المستخدمه في استكشاف الطيف في الأطروحة والتي تمكن المستخدم الثانوي من تحديد حاله المستخدم الأساسي في النطاق المعني. يمكن تلخيص مشكلة البحث في انه أغلب تقنيات البحث عن الطيف الخالي تقوم باتخاذ قرارات فوريه إعتمادا علي القياسات اللحظيه للطيف ولا تأخذ بعين الاعتبار نموذج الإرسال للمستخدم الأساسي والتي يمكن معرفتها من القياسات السابقه, بالتالي فإن هذا البحث يقدم تقنية للبحث عن الطيف الخالي تعتمد علي التوقع المسبق بحيث يقوم النموذج بالإستفادة من القياسات السابقه لفراغ الطيف بالإضافة إلي نتائج الإستكشاف الحديثة لتطوير عملية الإستكشاف. وهكذا فإن التوقع المسبق لحالة القناة يستخدم لدفع الأثر السالب للتأخير في الاستجابة لاسباب خاصة بالعناصرالمكونة للشبكة و كذلك لتقليل استهلاك الطاقه خلال عملية الإستكشاف. تم بناء هذا النموذج في اطار تطوير كفاءة أداء عملية الإستكشاف وتقليل الزمن والطاقة المستهلكين خلال عملية الإستكشاف وذلك بإستكشاف القنوات التي يتوقع ان تكون خاليه في الوقت المعني فقط بدلا عن إستكشاف كل القنوات في النطاق المعني. تم تحليل النموذج بقياس كفاءة التوقع وتم تطوير أظهر النموذج . MATLAB نموذج لموقع فراغات الطيف وتقييمه بالتجربة من خلال برنامج النمذجة تطورا ملحوظا عند تطبيق التوقع المقترح واحرز دقة توقع بنسبة 78 % مما أدي الي تقليل الطاقه .% المستهلكة في الإستكشاف بنسبة 87 % وتطوير في نسبة الاستفادة من الطيف تصل إلي 8797

Files in this item

Files Size Format View

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Share

Search DSpace


Browse

My Account