Spectrum sensing and access strategies for Markovian primary users

• Main Author: Salehi Nobandegani, Ardavan
• Other Authors: Ioannis Psaromiligkos (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2012
• Subjects: Engineering - Electronics and Electrical
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=106567

As a large portion of currently assigned spectrum is under utilized [1], the concept of cognitive radio is put forward as a promising solution to enhance the utilization of the available spectrum resources. Spectrum sensing, as a sole means for the Secondary User (SU) to gain awareness regarding his surrounding radio activities, is a cornerstone of the cognitive radio concept. In this thesis, the problem of spectrum sensing for the case of a single SU in the presence of an un-slotted Primary User (PU) whose channel usage pattern is modelled by a Continuous-Time Markov Chain (CTMC) is being studied and two sensing schemes, namely, Steady-State Occupancy Probability Approach (SS-OPA) and Bayesian Recursive Method (BRM) are discussed. As it takes the SU some time to process the observations he makes for the purpose of spectrum sensing, the issue of Sensing Delay (SD) is also addressed and the required modications have been applied on our proposed sensing scheme, BRM, so as to obtain an SD-aware sensing scheme. As soon as the SU nds the channel free, it gains access to it and start transmitting for a length of time which we refer to as a SU's transmission period. The problem of SU's transmission period optimization is being considered and two schemes are proposed as to strike a balance between maximizing the SU's spectrum utilization and the PU's protection against interference induced by the SU. The two SU's channel access strategies are developed so as to incorporate the effect of sensing error in their operation; henceforth the impractical assumption of perfect sensing has been dropped. Last but not least, the problem of uncertainty regarding the CTMC's parameters is studied and a sensing scheme, namely, Sequential Restricted-Minimax (SRM) scheme has been proposed so as to minimize, at each sensing instant, the worst-case cost incurred by the sensing rule. This study is motivated by the fact that the parameters involved in the PU's CTMC are not known a-priori and have to be replaces by imperfect estimates. === Étant donné qu'une portion importante du spectre assigné est actuellement sous-utilisée [1],le concept de radio cognitive apparait comme une solution prometteuse dans l'enrichissement de l'utilisation du spectre disponible. La détection du spectre, en tant que sole moyen pour l'utilisateur secondaire (SU) de reconnaitre des activités radio environnantes est un des piliers du concept radio cognitive. Cette Thése étudie le probléme de la detéction du spectre dans le cas d'un unique US en présence d'un utilisateur primaire (PU) sans crenéau temporel un-slotted et dont la modélisation de l'utilisation de chaine est acquise par une chaine de temps continu de Markov (CTMC). Ceci est analysé à partir de deux schémas, la methodé de probabilité d'occupation l'état stationnaire (SS-OPA) et la méthode récursive bayésienne (BRM). Puisque le SU requiert d'un certain temps an de traiter les observations qu'il fait pour détecter le spectre, le problème du retardement de la détection (dit probleme SD) fera aussi l'objet de cette étude. De même, les modications requises ont été appliquées dans le schéma BRM proposé afin d'obtenir un schéma de détection sensible au SD. Dés que le SU trouve une chaine de libre il en gagne l'accs et commence à émettre pour une période de temps que l'on appellera période de transmission du SU. Le problème de l'optimisation du période de transmission du SU est aussi considérée et deux schémas sont proposés an d'atteindre un équilibre entre la maximisation de l'utilisation du spectre par le SU et la protection du PU contre l'interfrence induite par le SU. Toutes les deux stratégies d'accs de chaine ont été développées dans le but d'incorporer l'effet de détection d'erreur dans leur opération; dès lors, on abandonne hypothèse ctive, de la détection parfaite. Enfin, le problème d'incertitude en relation aux paramètres du CTMC a été étudié et on a proposé le restreint-minimax squentiel (SRM) comme schéma de minimisation à chaque instant de détection où le cout du pire scenario est engagé par la règle de détection. Cet étude est motivée par le fait que les paramètres impliqués dans le CTMC du PU ne sont pas connus apriori et doivent être remplacés par des estimations imparfaites.