I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   16 ,   N o .   2 N o v e m b e r   201 9 ,   pp.   81 2 ~ 81 7   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 6 .i 2 . pp81 2 - 81 7             812       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i ae s c or e . c om / j our na l s / i nde x . php/ i j e e c s   S p e c t r u m   sensi n g   i n   s i n g l e   c h a n n e l   a n d   m u l t i - c h a n n e l     c o g n i t i v e   r a d i o   n e t w o r k s       A m i r O s am a 1 ,   H e b A .   Tag  El - Di e n 2 ,   A h m ad   A .   A z i z   E l - Ban n a 3 ,   A d l y   Tag   E l - D i n 4   1 H i gh  I n s t i t u t e s   f o r   E n g i n e e ri n g   a n d   T e c hn o l o g y   A l - ob o ur ,   E g y pt   2 , 3 , 4 F a c ul t y   of   E n g i n e e r i ng  a t   S h o ub r a ,   B e nha   U ni v e r s i t y ,   E g y pt       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T     Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e J a 12 ,   2 019   R e v i s e A pr   1 2 ,   2019   A c c e pt e M a y   10 ,   20 1 9       S e ns i ng   t h e   e x i s t e nc e   o r   a bs e nc e   o f   pr i m a r y   us e r   i s   t he   m a j o r   c ho r e   of   c og ni t i v e   r a d i o   ne t w o r k s .   N e v e r t he l e s s ,   S pe c t r um   s e ns i ng   i s   t he   c o r e   pr o c e s s   o f   c o g ni t i v e   r a di o   a nd  w i t t a r g e t   t o   f i nd  i d l e   c ha nn e l s . V a r i o us   de t e c t i o t e c hni que s   e x i s t ,   ho w e v e r ,   e n e r g y   de t e c t i o i s   c o ns i de r e a s   t he   m o s t   us e d   de t e c t o r   be c a u s e   o f   i t s   l o w e r   c o m put a t i o na l   c o s t .   I t hi s   pa p e r ,   w e   p r o po s e a   s t udy   of   t hr o ug hput   f o r   a   c o g ni t i v e   r a d i o   s y s t e m .   W e   ha t w o   s c e na r i o s ,   i t he   f i r s t   s c e n a r i o ;   a   s t udy   o f   t hr o ug hput   a g a i ns t   pr o ba b i l i t y   of   f a l s e   a l a r m   w a s   do ne ;   w he r e ,   o nl y   o ne   c ha nne l   i s   s e ns e d ,   t o   m a x i m i z e   t he   i ndi v i d u a l   c ha n ne l   t hr o ug hput .   I t he   s e c o nd  s c e na r i o ,   m ul t i - c ha nn e l   i s   s e n s e t o   m a xi m i z e   t he   o v e r a l l   s y s t e m   c a pa c i t y .   I a ddi t i o n,   d i f f e r e n t   num be r   o f   c ha nne l s   i s   c o ns i de r e w i t h   di f f e r e nt   s e ns i ng   t i m e s   a nd   a t   d i f f e r e n t   t h r o ug hput   c o s t s . T he   pe r f o r m a nc e   o f   t he   n e t w o r h a s   be e i nv e s t i g a t e i t e r m s   o f   m a xi m um   t hr o ug hput   f o r   o pt i m a l   n um be r   o f   c og ni t i v e   r a di o   c ha n ne l s .   Ke y w or ds :   Co gn i t i v e   ra di o   S pe c t r um   s e n s i n g   T hr o ug h put   c h a nn e l   C opy r i gh t   ©   201 9   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   A m i ra   O s a m a ,   H i gh   I n s t i t ut e s   f o r   E n gi n e e r i ng  a n d   T e c hn o l o gy   A l - obo ur ,     Ca i r o ,   E gy pt .   E m a i l :   a m i ra o s a m a 1 11@ gm a i l . c o m       1.   I N TR O D U C TI O N     Co gn i t i v e   R a di o   (CR h a s   be e n   r e c e n t l y   pr o po s e a s   a   s m a r t   a n a gi l e   t e c h n o l o gy   w h i c h   a l l o w s   i l l e ga l   us e r s   t o   ut i l i z e   t h e   l i c e n s e b a n ds   [1 - 5] .   CR   s y s t e m   h a s   t w o   us e r s ,   P r i m a r y   U s e r   (P U )   a n S e c o n da r y   U s e r   (S U [6].   S pe c t r um   m a na ge m e n t   i s   t h e   m a i n   f u n c t i o n   i n   CR ,   i t   h a s   m a n y   pr o c e s s   l i ke   S pe c t r u m   S e n s i ng  (S S ),   s pe c t r um   de c i s i o n   a n s pe c t rum   h a ndo ff .   S S   i s   o n e   of  t h e   m a j o r   f un c t i o n a l i t y   di s t i n gui s hi n CR   s e n s o r s   n e t w o r f r o m   t ra di t i o n a l   W i r e l e s s   S e n s o r   N e t w o r ks   (W S N s ) .   S pe c t r u m   de c i s i o w h e r e   CR   n e t w o r n e e ds   t o   a n a l y z e   t h e   s e n s i n d a t a   a nd  m a ke   de c i s i o n   a b o ut   t h e   c ha nn e l   a n t ra n s m i s s i o n   pa ra m e t e r s .   S pe c t r u m   ha n do ff   w h e n   a   p ri m a r y   us e r   a rri v e s   a ga i n   t o   us e   a   p r e v i o u s l y   a v a i l a b l e   c h a nn e l ,   CR   n o de   m us t   de t e c t   t h i s   a c t i v i t y   a n h a ndo ff   t o   a n o t h e r   s e n s e c h a nn e l   w i t hi n   a   c e r t a i n   t i m e   [7] .   T o   e n s u r e   t h a t   t h e   o pe r a t i o n s   o f   t h e   pri m a r y   us e r s   a r e   n o t   a f f e c t e d,   i t   m us t   po s s e s s   t h e   s pe c t r um - s e n s i ng  c a pa b i l i t y . M e a n i t ha t ,   t h e   a b i l i t y   of  de t e c t i n t h e   p r e s e n c e   of   pr i m a r y   s i gn a l s   i n   t h e   b a n ds   o f   i nt e r e s t .   S pe c t r u m   s e n s i n ha s   m a n y   t e c hn i que s   (e . g.   M a t c h e f i l t e r,   e n e r gy   de t e c t i o n ,   f e a t ur e   de t e c t i o n,   i n t e r f e r e n c e   t e m pe ra t u r e [8].   I n   t hi s   pa pe r ,   e n e r gy   de t e c t i o n   i s   us e d,   b e c a us e   i t   i s   a   c o m m o n   t e c hni que   f o r   s pe c t r um   s e n s i n w hi c h   i s   s i m pl e   a nd  f a s t ,   w o r ks   b e t t e r   i n   hi g h   S i g na l   t o   N o i s e   R a t i o   (S N R ),   b ut   i t   i s   n o t   r o b us t   a t   l o w   S N a n c a nn o t   di f f e r e n t i a t e   b e t w e e n   n o i s e   a nd  s i g n a l   [9]. T h e   CR   s y s t e m   m a y   be   o n e   c h a nn e l   o r   M ul t i - c ha nn e l s ,   e a c h   s y s t e m   h a s   a dv a nt a ge s   a n d   di s a dv a n t a ge s ,   i t s   us e   de pe nd  o w h a t   w e   n e e d.   I n   CR ,   t h e   s e c o n da r y   u s e r s   n e e t o   s pe c ul a t i v e l y   s e n s e   t h e   i dl e   c ha nn e l s   [ 10 - 13 ] .   O n c e   a n   i dl e   c h a nn e l   i s   s e n s e d,   t h e   s e c o n da r y   s y s t e m   w i l l   a c c e s s   t h i s   c h a nn e l .   T h e r e f o r e ,   s pe c t r um   s e n s i n g,   [1 4 - 17 a s   a n   e s s e n t i a l   p r o b l e m   i n   CR ,   r e que s t s   t h e   s e c o n da r y   us e r s   t e ff i c i e n t l y   a n e ff e c t i v e l y   d e t e c t   t h e   p r e s e n c e   of   t h e   pri m a ry   s i gn a l s .   T h e r e   a r e   t w o   m e a s ur e s   t ha t   r e l a t e t o   t h e   s e n s i n g   pe r f o r m a n c e .   F i r s t   o n e   i s   t h e   p r o b a b i l i t y   of   de t e c t i o n,   w hi c i s   t h e   p r o b a b i l i t y   of   t h e   e xi s t e n c e   of  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       Spe c t r um   s e ns i ng   i n   s i n gl e   c hann e l   and   m ul t i - c han ne l   c ogn i t i v e   r ad i ne t w or k s   ( A m i r O s am a )   813   t h e   pri m a r y   us e r   b e i n de t e c t e d.   A n o t h e r   i s   t h e   p r o b a b i l i t y   of   f a l s e   a l a r m ,   w h i c h   i s   t h e   pr o b a b i l i t y   t h a t   t h e   pri m a r y   us e r   i s   de t e c t e a s   e xi s t e n c e ,   b ut   a c t ua l l y   i t   i s   a b s e n t   [18 - 25 ] .     M a i n   de s i g n   p ri n c i pl e s ,   po t e n t i a l ,   a dv a nt a ge s ,   a pp l i c a t i o a r e a s   a n d   n e t w o r a r c h i t e c t ur e s   o f   CR S N s   a r e   i nt r o duc e i [1 ] .   I [3]  t h e   o pt i m a l   s e n s i n ha s   b e e n   p r o po s e t o   m a x i m i z e   t h e   c ha nn e l   t hr o ug h put .     T h e   pr o po s e o pt i m a l   Co o pe r a t i v e   S pe c t r um   S e n s i n (CS S )   s e t t i ngs   fo r   bo t h   t h e   s i n gl e   c h a nn e l   s e n s i n a nd  w i de - b a n s e n s i ng  a r e   a n a l y z e a n c a l c ul a t e i n   de t a i l   by   u s i ng  s o m e   s i m pl e   b ut   r e l i a b l e   m e t h o ds .   I n   [4]  a o pt i m a l   m ul t i b a n j o i nt   de t e c t i o n   m e t h o i s   p r o po s e t o   i n c r e a s e   t h e   pe r f o r m a n c e   of   s e c o n da r y   us e r   o ve r   m ul t i p l e   f r e que n c y   b a n ds .   I n   [5]  t h e   r e s e a r c h e r s   s t ud i e t h e   pr o b l e m   of   d e s i gn i ng  t h e   s e n s i n s l o t   du r a t i o n   t m a x i m i z e   t h e   a c hi e v a b l e   t hr o ughput   f o r   t h e   s e c o n da r y   us e r s   un de r   t h e   c o n s t ra i nt   t h a t   t h e   p ri m a r y   us e r s   a r e   s uff i c i e n t l y   pr o t e c t e d,   U s i n e n e r gy   d e t e c t i o n .   I n   [6]  m ul t i b a n j o i n t   de t e c t i o n   ha s   pr o po s e fo r   w i de b a n d   s pe c t r um   s e n s i n i n   CR   n e t w o r ks .   T h e   b a s i c   s t ra t e gy   i s   t o   t a ke   i nt o   a c c o un t   t h e   de t e c t i o n   o f   pr i m a r y   us e r s   j o i n t l y   a c r o s s   a   b a n k   o f   n a rr o w b a n d   s ub   b a n ds   ra t h e r   t h a n   c o n s i de ri n o n l y   o n e   s i n g l e   b a n d   a t   a   t i m e .   A ut h o r s   i [8]   i n v e s t i ga t e t h e   pe r f o r m a n c e   o f   s pe c t r u m   s e n s i n f o r   W i - F i   n e t w o r w h e r e   c us t o m e r - p r e m i s e s   e qui pm e n t   i s   us i ng  CR   t e c hn o l o g y .   It   i s   fo un t ha t   t h e   t hr o ugh put   b e c o m e s   m a xi m u m   a t   o pt i m a l   s e n s i ng  t i m e .   M a x i m u m   t hr o ug hput   o f   t h e   n e t w o r ha s   b e e n   i n v e s t i ga t e f o r   di f f e r e n t   n u m b e r   o f   o pt i m a l   CR   us e r s   a n m a x i m u m   t hr o ug h p ut   de c r e a s e s   a s   t h e   n u m b e r   o f   o pt i m a l   CR   us e r s   i n c r e a s e s .   I n   [13]  t h e   c ha n ge   o f   t h e   a v e r a ge   e ff e c t i v e   c a pa c i t y   h a s   b e e n   s t udi e i n   a   s i ngl e   f r a m e   w i t h   t h e   n um b e r   o f   c h a nn e l s   unde r   d i f fe r e nt   P U   t r a f f i c   r a t e s .   It   p r o v i de s   a   r e f e r e n c e   fo r   t h e   e s t a b l i s h m e n t   of   c o gn i t i v e   r a d i o   s y s t e m   un de r   t h e   di f f e r e n t   l i c e n s e n e t w o r ks .   A ut h o r s   i n   [14 pr e s e nt e a n   o pt i m a l   m ul t i b a n s e n s i ng - t i m e - a da p t i v e   j o i n t   de t e c t i o n   (M S J D f r a m e w o r fo r   w i de b a n s pe c t r um   s e n s i n g .   I n   [2 0]  a ut h o r s   i n t r o duc e a n   O r t h o go na l   F r e que n c y   D i v i s i o n   M ul t i p l e xi n (O F D M b a s e c o gn i t i v e   m ul t i   r e l a y   n e t w o r i s   i n v e s t i g a t e t o   m a xi m i z e   t h e   t r a n s m i s s i o n   ra t e   o f   t h e   c o gn i t i v e   r a di o   (CR w i t h   e nha n c e f a i rn e s s   a m o n CR   us e r s   w i t h   i nt e r f e r e n c e   t o   t h e   pri m a r y   us e r s   (P U s b e i n m a na ge b e l ow   a   c e rt a i n   t hr e s h o l l e v e l .   In   t h i s   pa pe r,   w e   a r e   go i n t o   s t udy   s i n gl e   a n m ul t i - c h a nn e l   t hr o ug h p ut ,   m a ke   di s c us s i o n   a t   b o t h   o t h e m   a n s e a r c h   h o w   t o   f i n o pt i m a l   n u m b e r   o f   c h a nn e l s   i m u l t i - c ha nn e l   s y s t e m .   T h e   r e s t   o f   t hi s   pa pe i s   o r ga ni z e a s   f o l l ow i n g ,   S e c t i o n   2   p r e s e nt s   e n e r gy   de t e c t i on,   s i n g l e   c h a nn e l   a nd  m u l t i - c h a nn e l   ,   S e c t i o n   3   di s c us s e s   s i m ul a t i o n   r e s ul t s a n d   f i n a l l y   t h e   pa pe i s   c o n c l u d e i n   S e c t i o n   4 .       2.   R ES EA R C H   M ET H O D     A   s i n gl e   a n m ul t i - c h a nn e l   a r e   t w s y s t e m   m o d e l s ,   t h e   f i rs t   o n e   h a s   s i n gl e   c ha nn e l   w i t h   p ri m a r y   us e r s   (P U s a n s e c o n da r y   us e r s   (S U s ),   t h e   s e c o n o n e   ha s   m ul t i - c h a nn e l s ,   w e   s t udy   t h e   b e h a v e   of   e a c h   s y s t e m   t o   s e e   h o w   t h e   S U   c a a c c e s s   t h e   c h a nn e l   w i t h o ut   i n t e r f e r i n g   t h e   P U .   T h e   E n e r gy   D e t e c t i o n   (E D do e s n ’t   n e e a n y   i n f o r m a t i o n   a b o ut   t h e   p ri m a r y   us e r ’s   s i gna l .     It   c o m pa r e s   t h e   r e c e i v e s i gna l   po w e r   t o   t h e   n o i s e   po w e r ,   i f   t h e   s i g na l   po w e r   i s   g r e a t e r   t ha n   t h e   p r e - a s s u m e n o i s e   pow e r   l e v e l ,   t h e n   t h e   de t e c t o r   de c i de   t h a t   t h e   p ri m a r y   s i gna l   p r e s e n c e .   W i t h o ut   l o s s   of   ge n e r a l i t y ,     w e   a s s um e   t ha t   t h e   n o i s e   pow e r   i s   i de n t i c a l   a t   di f f e r e n t   s e c o n da r y   us e r s .   T h e   de t e c t i o n   pr o b l e m   c a n   b e   s um m a r i z e us i n g   t w o   b i n a r y   h y p o t h e s e s   t ha t   c a b e   a dd re s s e a s         a n       de n o t e   t h e   a b s e n c e   a n d   t h e   pr e s e n c e   o f   t h e   p r i m a r y   us e r ,   r e s pe c t i v e l y .   T h e r e f o r e   t h e   t w h y p o t h e s e s   c a b e   fo r m u l a t e a s   i [7] .           :   (   )     (   )   (1)           :   (   )     (   )     (   )   (2)     W h e r e     (   )   i s   t h e   r e c e i v e s i gn a l   a t   c o gni t i v e   ra d i o   n o de ,     (   )   i s   t h e   t r a n s m i t t e p ri m a r y   us e r   s i g n a l ,   a n d     (   )   i s   t h e   n o i s e   w i t h   v a r i a n c e           In  s i n g l e   c ha nn e l ,   s e c o n da r y   us e r s   a c c e s s   t o   t h e   p ri m a r y   c h a nn e l   o n l y   w h e n   t h e   c h a nn e l   i s   s e n s e t o   b e   i dl e .   L e t     de n o t e   t h e   p r o b a b i l i t y   t h a t   t h e   c ha nn e l   i s   i dl e   [1].   T h e r e f o r e ,   t h e   p r o b a b i l i t y   t h a t   t h e   c h a nn e l   o c c upi e by   o n l y   t h e   p r i m a r y   us e r s   i s         ,   t h e   p r o b a b i l i t y   t ha t   t h e   c ha nn e l   o c c upi e s i m ul t a n e o us l y   by   bo t h   pri m a r y   us e r s   a n d   s e c o n da r y   us e r s   i s     (1        )   a nd  t h e   p r o b a b i l i t y   t ha t   t h e   c h a nn e l   i s   o c c upi e o n l y   by   t h e   s e c o n da r y   us e r s   i s   (1       (1     ).   L e t       a n d       '   de n o t e   t h e   t hr o u ghput   o f   t h e   p ri m a r y   s y s t e m   w i t h o ut   a nd   w i t t h e   e xi s t e n c e   o f   t h e   s e c o n da r y   us e r ,   r e s pe c t i v e l y .   L e t         a n d       ´   de n o t e   t h e   t hr o ug h pu t   o f   t h e   s e c o n da r y   s y s t e m   w i t h o ut   a nd  w i t h   t h e   e xi s t e n c e   of   pr i m a r y   us e r ,   r e s p e c t i v e l y   [1].   T h e r e f o r e   t h e   c ha nn e l   t hr o ug h pu t     c a b e   fo r m u l a t e a s   i [1] .                         (               ) (         )     (       )   (         )       (3)     W e   c a r e w r i t e   (3 a s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   16 ,   N o .   2 N o v e m be r   2 019   :     81 2 - 81 7   814                                             (4)     W h e r e   t h e   f i na l   f a l s e - a l a r m   p r o b a b i l i t y         a n t h e   f i n a l   de t e c t i o p r o b a b i l i t y   (     ) .   N o t e   t ha t ,           a n d         a r e   c o n s t a nt s   i n   t h e   o pt i m i z a t i o n   p r o b l e m   [1] .   In   m ul t i - c h a nn e l ,   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   s pe c t r um   s e n s i ng  h a s   b e e n   i n v e s t i ga t e i n   t e rm s   o o pt i m a l   n u m b e o f   CR   us e r s   (        )   i c o o pe r a t i o [8](a s   e v e r y   S U   r e p r e s e nt   o n e   c ha nn e l   i o u s y s t e m ),   t hr o ug h pu t   (   (              ) f o r   s e n s i n t i m e   a n m a xi m u m   t h r o ug h pu t             (          )   f o r   o pt i m a l   n u m b e r   o f   CR   us e r s .     T h e   r e c e i v e s i gn a l   a t   e a c h   CR   i s   s a m pl e a t   s a m pl i n f r e q ue n c y   fs .   E a c h   f r a m e   o f   C R   c o n s i s t s   of   s pe c t r u m   s e n s i n t i m e   (   )   a n d   da t a   t ra n s m i s s i o t i m e   (           ) ,   w h e r e       i s   t h e   t o t a l   f r a m e   t i m e .   L e t       b e   t h e   n u m b e r   o f   s a m pl e s   a v a i l a b l e   du r i ng  τ  . H e n c e   t h e   n u m b e r   o f   s a m pl e s ,                    [1 4,   8].         (   )               (     (           )   )   (5)         (   )               (     (               )          )   (6)     W h e r e   Ɣ   i s   t h e   S N R   a t   t h e   CR   r e c e i v e r   a n λ   i s   t h e   de c i s i o n   t hr e s h o l d.   T o   e n s u r e   r e l i a b l e   s e n s i n g   pe r f o r m a n c e ,   de t e c t i o p r o b a b i l i t y   m us t   b e   hi g h.   T h e   de c i s i o t hr e s h o l a s   i n   [ 8],               (     (        )              (       )       )           (7)     A   CR   us e r   c a n   t ra n s m i t   d a t a   w h e n   t h e   P U   i s   n o t   a c t i v e .   H e n c e ,   t h e   CR s   c a n   t ra n s m i t   d a t a   w h e n   t h e   de c i s i o n   go e s   i f a v o r   of   f a l s e   a l a rm   o m i s s e de t e c t i o n .   L e t   us   c o n s i de r   n o pt   t ha t   de n o t e s   t h e   num b e r   o CR s   i s pe c t r um   s e n s i n g.   T h e   t hr o ug h p ut   f o r   t h e   o v e r a l l   f a l s e   a l a r m   p r o b a b i l i t y   i s   [8,   5]                         (               (   ) )   (     )   (8 )       W h e r e         i s   t h e   t hr o ug hput   i t h e   a b s e n c e   o f   P U .   T h e   t hr o ug h p ut   f o r   t h e   o v e r a l l   m i s s e de t e c t i o p r o b a b i l i t y   i s                       (               (   ) )   (     )   (9)     W h e r e         i s   t h e   t hr o ug hput   i t h e   p r e s e n c e   o f   P U .   F r o m   ( 5), ( 6)  w e   ge t                     (           (   ) )     (10)                     (           (   ) )     (11)     F r o m   t h e   a b ov e   di s c us s i o n   w e   c a ge t   t o t a l   t hr o ug h put       (            )   i s   a   f un c t i o o f            a n d     .   H e n c e       (            o f   t h e   CR   n e t w o r c a b e   w r i t t e a s         (             )               (       (               (   ) )     (     )           (               (   ) )   (     ) )   (12)     F o r   a   f i xe d            (            )   i s   c o n c a v e   m e a n s   t h e r e   i s   a   m a xi m a   o f       (            )   i . e . ,           (        )   W h e n              ,   t h e       (            )   r e a c h e s   a t           (          )     W e   c a s a y   t ha t   C   i s   i n d i c a t e s   t h e   c a pa c i t y   ( w e   c a n   s a y   t h a t ,   i t   i s   c o s t   s pe n d   t o   ge t   h i g t hr o ug hpu t )   ga i n e d   i f   t h e   p r i m a r y   us e r   i n   s ub - b a n i s   a b s e n c e .   F o r m u l a t e a s   i [19] ,                   (                       )           (13)     W h e r e ,         r e p r e s e nt s   t h e   e n e r gy   of   e a c h   b i t   o f   i n f o r m a t i o n,       r e p r e s e n t s   t h e   f a di ng  c o e ff i c i e n t   o f   t h e   s e c o n da r y   us e r ,       r e p r e s e n t s   n o i s e   de n s i t y .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       Spe c t r um   s e ns i ng   i n   s i n gl e   c hann e l   and   m ul t i - c han ne l   c ogn i t i v e   r ad i ne t w or k s   ( A m i r O s am a )   815   3.   R ES U LTS   A ND  A N A L Y S I S   In   t hi s   s e c t i o n ,   w e   pr o v i de   a n a l y t i c a l   a n s i m ul a t i o n   r e s ul t s   t o   i n v e s t i ga t e   t h e   pe r f o r m a n c e   o s pe c t r um   s e n s i n w i t e n e r gy   de t e c t i o n   m e t h o i t h e   c o n s i d e r e s c e n a ri o s .       3. 1 .      S i n gl e   C h an n e l   F i gu r e   1   s h o w s   r e s ul t   o f   c ha nn e l   t hr o ug h pu t     v e r s us         a t               i w hi c s e n s i n g   pa ra m e t e r s   a r e   gi v e n   a s   a v e r a ge                  ,   t i m e   b a n dw i dt p r o duc t          ,   n um b e o f   s e c on d a r y   us e r s         ,   a n d   t h e   s y s t e m   pa r a m e t e r s          ,                 =   9   [3] .   F o r   a   gi v e   i t   i s   c l e a t ha t   w h e       r e a c h e s   0. t hr o ug h put   s t a r t s   t o   de c r e a s e   s l o w l y   t i l l         r e a c h e s   0. 4 ,   t hr o ug h pu t   b e gi n s   t o   de c r e a s e   w i t h   hi g h e r a t e .           F i gu r e   1 .   T hr o ug h put   v s   p r o b a b i l i t y   of   f a l s e   a l a r m       3. 2 .      M u l ti - C h an n e l   It   i s   c o n s i de r e t h a t   t h e   pri m a r y   us e r   i s   us i n B P S K   m o du l a t i o n   t o   t ra n s m i t   i t s   da t a   w i t h   M H z   b a n dw i dt h.   T h e   m a x i m u m   t i m e   f o r   w h i c h   t h e   s e c o n da r y   n e t w o r u na w a r e   o f   t h e   p r i m a r y   a c t i v i t y   i s   c h o s e n   s uc t ha t           = 3000   [4] .   T h e   f ra m e   t i m e   o f   de t e c t i o n   c y c l e   i s   1 00m s   a n d   t a rge t   de t e c t i o p r o b a b i l i t y   i s   0 . 7.   W e   c h o o s e     (       )           (     )         ,                    a n d                        F i gu r e   2   by   c o m pa r i s o w i t h   [ 13]  w e   o b t a i n e d   t ha t   a t            ,       i r e f e r e n c e   s y s t e m   r e a c h e s   t o   0. b ut   i o u r   p r o po s e s y s t e m   t ha t   w e   i m p r o v e d,       r e duc e s   t o   0 . 1 5. T hi s   m e a n s   t ha t   i m p r o ve m e n t   o f   t h e   s y s t e m   i s   by   30%.   F i gu r e   s h o w s   t h e   t hr o ug h put   a s   a   f un c t i o n   o f   s e n s i n g   t i m e   f o r   S N R   =   1 0dB ,       =   0 . 7.   I t hi s   c a s e   a t   n= 15 ,   It   i s   f o un t ha t   a s   t h e   s e n s i ng  t i m e   i n c r e a s e d,   t h e   t hr o ughput   i n c r e a s e unt i l            ,   a f t e r   t h a t   t hr o ughput   i s   s t o ppe i n c r e a s i n g   w i t h   i n c r e a s i n g   t i m e .               F i gu r e   2 .   S e n s i n g   t i m e   v s   p r o b a b i l i t y   of   f a l s e   a l a rm       F i gu r e   3 .   T hr o ug h put   v s   s e n s i ng  t i m e       F i gu r e   s h o w s   t hr o ug h pu t   f o r   n e t w o r a t   o pt i m a l   n u m b e r   o f   C R s   h a s   b e e n   c o m pa r e w h e   n=   [1 ,   5,   1 0,   1 5].   W e   o b t a i n e t ha t   a s   t h e   p r o b a b i l i t y   of   f a l s e   a l a rm   i n c r e a s e s ,   t h e   t hr o ug h pu t   o f   CR   n e t w o r de c r e a s e s .   H e n c e   t h e r e   i s   a o pt i m a l   s e n s i n g   t i m e   i e a c c a s e   fo r   w h i c h   t h e   t hr o ug h pu t   i s   m a xi m u m .   W h e n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   16 ,   N o .   2 N o v e m be r   2 019   :     81 2 - 81 7   816       = 0. 1 a n n= 5 ,   t h e   t hr o ug h p ut   R = 2 . 3 .   A t   n= 10  a n d   t h e   t hr o ug h pu t   R = 1 ,   w hi c m e a n s   t ha t   w h e n   i s   do ub l e d,   t h e   t hr o ug h pu t   de c r e a s e b y   43%. By   c o m pa ri n g   t hr o ug h pu t   a t       = 0. 2   w h e n = 1,   w e   o b t a i t ha t   t hr o ughput   i s   h i g h e i s i n g l e   c h a nn e l   t ha i m ul t i - c h a nn e l ,   i t   i s   a   l o gi c a l   c a s e .   F i gu r e   s h o w s   t h e   t hr o ug h put   a s   a   f u n c t i o n   o f   t i m e   w i t h   di f f e r e n t   c o s t s ,   w o r ki n a t   n= 15 . W e   ob t a i t h a t   w h e n   w e   i n c r e a s e   t h e   c o s t   t h e   pe a v a l ue   of   t hr o ug h put   i s   i n c r e a s e d .   W h e n   t = 2 m s ,   a t   C= 9 . 967 a n t h e   t hr o ughput   R = 7 . 9 ,   a t   C= 6. 65 82  a nd  t h e   t hr o ug hput   R = 5 . T hi s   m e a n s   i m p r o v i ng  t hr o ug h pu t   by   63%   w i t s pe n di ng  a dde c o s t   66% .     F i gu r e   s h o w s   t h e   e f fe c t   of   v a r y i n g   c o s t   a t   d i f f e r e n t   num b e o f   CRs ,   w o r ki ng  a t   t = 0 . 2 m s .   W e   o b t a i n   v a r y i n t hr o ug h pu t   a s   n   ( n u m b e r   o CRs i n c r e a s e s   t hr o ugh p ut   de c r e a s e s .   W h e n   n= 5 ,   a t   C = 9. 9 672  a n t h e   t hr o ughput   R = 3. 1 ,   a t   C= 6 . 6582  a nd  t h e   t hr o ug h put   R = 2. 2.   T h i s   m e a n s   i m p r o v i n t hr o ug h p ut   by   71%  w i t h   s pe n di ng  a dde c o s t   by   65%.               F i gu r e   4 .   T hr o ug h put   v s   p r o b a b i l i t y   of   f a l s e   a l a r m   F i gu r e   5 .   T hr o ug h put   v s   s e n s i ng  t i m e   a t   d i f f e r e n t   C           F i gu r e   6 .   T hr o ug h put   v s   n u m b e r   CR s         4.   C O N C LU S I O N   T h e   o pt i m a l   s e n s i n s e t t i n gs   t o   m a xi m i z e   t h e   c h a nn e l   t hr o ug h put ,   w h i c h   i s   o n e   of   gr e a t   pra c t i c a l   i n t e r e s t   t h a n   o t h e r   s e n s i ng  o bj e c t i v e s ,   h a v e   be e n   pr o po s e i n   o ur   w o r k.   T h e   p r o po s e d   o pt i m a l   s e t t i n gs   f o r   bo t h   t h e   s i n g l e   c ha nn e l   s e n s i ng  a nd  w i de - b a n s e n s i ng  i s   a na l y z e a n c a l c ul a t e i n   de t a i l   b y   u s i n s o m e   s i m pl e   b ut   r e l i a b l e   m e t h o ds .   W e   c o m pa r e b e t w e e n   s i n gl e   c h a nn e l   a n m u l t i - c ha nn e l   i t hr o ug h pu t   t o   ge t   m a x i m u m   t hr o ug h pu t   i n   b o t s y s t e m s .   It   i s   a i m p r o v e s y s t e m   b e c a us e   o ur   t a r ge t   i c o gn i t i v e   r a d i o   t o   h a v e   m i ni m u m   p r o b a b i l i t y   of   f a l s e   a l a r m ,   o ur  p r o po s e s y s t e m   d e c r e a s e t h e   p r o b a b i l i t y   of   f a l s e   a l a r m   b y   30%.   F r o m   r e s ul t ,   w h e w e   i n c r e a s e   t h e   c o s t   w e   i n c r e a s e   t hr o ug h p ut   by   63%  t o   71 de pe n di n g   o n u m b e r   o f   CR s .   T h e o r e t i c a l   a na l y s i s   a n s i m ul a t i o n   r e s ul t s   ha v e   b e e n   s h o w n   t h a t   t h e   pr o po s e o pt i m a l   s e t t i n gs   c a s ub s t a n t i a l l y   i m p r o v e   t h e   c ha nn e l   t hr o u g h pu t   i n   c o gni t i v e   ra di o   n e t w o r ks .       R EF ER EN C ES   [ 1]   O z g ur   B .   A ka n,   O s m a B .   K a r l i ,   a nd  O z g ur   E r g ul ,   C o g ni t i v e   R a di o   S e ns o r   N e t w o r k s ,   I E E E   N e t w or ,     09( 2 5) :   34 - 40,   2 009 .   [ 2]   D i a n - W Y ue ,   F r a nc i s   C .   M .   L a u,   a nd  Q i a W a ng ,   L og - A v e r a g e - S N R   R a t i o   a nd  C o o pe r a t i v e   S pe c t r um   S e n s i ng ,   I E E E   J ou r na l   of   C om m un i c at i on s   A nd   N e t w or k s   18 ( 3) : 311 - 319 ,   2 0 16 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       Spe c t r um   s e ns i ng   i n   s i n gl e   c hann e l   and   m ul t i - c han ne l   c ogn i t i v e   r ad i ne t w or k s   ( A m i r O s am a )   817   [ 3]   J uy na ng   S he n,   T a o   J i a ng ,   S i y a ng   L i u,   a nd   Z ho ng s ha Z ha ng ,   M a x i m um   C h a nn e l   T hr o ug hpu t   v i a   C o o pe r a t i v e   S pe c t r um   S e ns i ng   i C o g ni t i v e   R a d i o   N e t w o r ks ,   I E E E   T r an s ac t i o ns   o W i r e l e s s   C om m un i c a t i ons ,   8 ( 10 ) :   5166 - 517 5,   20 09 .   [ 4]   E.   S a r a n i y a ,   B .   L a ks hm i P r i y a ,   P e r f o r m a nc e   O pt i m i z a t i o o f   C og n i t i v e   R a d i o   w i t W i de b a nd  S pe c t r um   S e ns i ng ,   I E E E   I C I C E S ,   T a m i l   N a du ,   1 - 5 ,   2014 .   [ 5]   Y i ng - C ha ng   L i a ng ,   Y o ng ho n g   Z e ng ,   E dw a r d   C . Y .   P e h,   A nh  T ua H o a n g,   S e n s i ng - T hr o ug hput   T r a de o f f   f o r   C og ni t i v e   R a d i o   N e t w o r ks ,   I E E E   T r an s ac t i ons   on   W i r e l e s s   C om m uni c at i on s ,   0 7( 0 4) : 1326 - 1337 ,   2008 .   [ 6]   Z hi   Q ua n ,   S hug ua ng   C u i ,   A l i   H .   S a y e d,   H .   V i nc e n t   P o o r ,   O p t i m a l   M u l t i b a nd   J o i n t   D e t e c t i o f o r   S pe c t r um   S e ns i ng   i C o g ni t i v e   R a di o   N e t w o r ks ,   I E E E   T r an s ac t i on s   o Si g n al   P r o c e s s i ng ,   5 7( 3 ) : 1128 - 1140 ,   2009 .   [ 7]   H e ba   A . T a g   E l - D i e n ,   R o k a i a   M .   Z a ki ,   M o hs e M .   T a nt a w y ,   H a l a   M .   A bde l - K a d e r ,   N o i s e   U nc e r t a i nt y   E f f e c t   o a   M o di f i e T w o - S t a g e   S pe c t r um   S e n s i ng   T e c hni que ,   T E L K O M N I K A   I ndone s i an  J our n al   o f   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng 1( 2 ) : 341 - 348,   2014 .   [ 8]   A bhi j i t   B ho w m i c k,   M r i na l   K .   D a s ,   J o y de e B i s w a s ,   S a n j a y   D ha r   R oy   a nd  S um i t   K u ndu ,   T h r o ug hput   O pt i m i z a t i o w i t C o o pe r a t i v e   S p e c t r um   S e n s i ng   i C o g ni t i v e   R a di o   N e t w o r k ,   I E E E   I n t e r na t i ona l   A dv anc e   C om put i ng   C on f e r e nc e   ( I A C C ) ,   G ur g a o n,   329 - 33 2,   20 14 .   [ 9]   Y uj un  C h u,   S ho uy i L i u,   H a r D e c i s i o F u s i o B a s e C o o pe r a t i v e   S pe c t r um   S e n s i ng   o v e r   N a ka g a m i - m   F a di ng   C ha nne l s ,   I E E E ,   1 2( 3 1) : 1 - 4,   2 012 .   [ 10]   H o ng j ua L i ,   X i a o s h ua ng   X i ng ,   J und a   Z hu ,   X i uz he C he ng ,   K e q i u   L i ,   R o ng f a n g   B i e ,   a nd  T a o   J i ng ,   U t i l i t y - B a s e C oo pe r a t i v e   S pe c t r um   S e ns i ng   S c he dul i ng   i n   C o g ni t i v e   R a d i o   N e t w o r ks ,   I E E E ,   1 - 12 ,   201 5 .   [ 11]   S a y a nt a C ho w dhur y ,   P us pa l   C ha t t e r j e e ,   A m i t a v a   M ukh e r j e e ,   M r i na l   K .   N a s ka r ,   A   T hr o ug hput - e f f i c i e nt   C oo pe r a t i v e   S e n s i ng   a nd   A l l o c a t i o M o d e l   f o r   C o g ni t i v e   R a d i o   N e t w o r ks ,   I E E E   A N T S , 1 - 3 ,   2015 .   [ 12]   A bhi j i t   B ho w m i c k,   S . D .   R oy   a nd  S um i t   K un du ,   A   H y br i C oope r a t i v e   S pe c t r um   S e ns i ng   f o r   C og ni t i v e   R a d i o   N e t w o r ks   i P r e s e nc e   o f   F a di ng ,   N C C   I E E E ,   M um b a i ,   1 - 5,   201 5 .   [ 13]   Y ul o ng   G a o ,   N i ng   l i ,   J i a y a Z ha ng ,   K a ng   X u,   E f f e c t i v e   C a pa c i t y   o f   C og ni t i v e   R a d i o   S y s t e m s ,   I C SP   I E E E W e i ha i ,   1 757 - 176 1,   20 16 .   [ 14]   P e dr a m   P a y s a r v i - H o s e i n i ,   N o r m a C .   B e a ul i e u ,   O p t i m a l   W i de ba nd  S p e c t r um   S e n s i ng   F r a m e w o r k   f o r   C o g ni t i v e   R a di o   S y s t e m s ,‖   I E E E   Tr an s ac t i ons   on   S i gn al   P r oc e s s i ng ,   57( 3) : 1128 - 1140 ,   2011 .   [ 15]   S ha o j i e   Z ha ng ,   A bde l ha k i m   S e nha j i   H a f i d ,   H a i t a o   Z ha o , ― C r o s s - l a y e r   R e t hi n o S e n s i ng - t hr o ug hput   T r a d e o f f   f o r   M ul t i - c ha nne l   C o g ni t i v e   R a di o   N e t w o r k s ,‖   I E E E   T r an s ac t i on s   on  W i r e l e s s   C om m uni c a t i o ns .   201 6 ,   D O I   10. 1 109 / T W C . 2 016 . 259 2959: 1 - 15.   [ 16]   M a h di   H .   A l - B a dr a w i ,   N i c ho l a s   J .   K i r s c h,   B e s s a m   Z .   A l - J e w a d ,   A I nt r i ns i c   M o de   F unc t i o B a s e E n e r g y   D e t e c t o r   f o r   S pe c t r um   S e ns i ng   i C o g ni t i v e   R a d i o .   I nt e r na t i o na l   C o nf e r e nc e   o C o m put i ng ,   N e t w or k i ng  and   C om m uni c at i on s   ( I C N C )   I E E E U S A , 1 - 6 ,   2 017 .   [ 17]   R o s hd y   A bde l r a s s o ul ,   E m a F a t hy ,   M o ha m e S a a Z g hl o u l ,   C o m pa r a t i v e   S t udy   o f   S pe c t r um   S e n s i ng   f o r   C og ni t i v e   R a di o   S y s t e m   U s i ng   E ne r gy   D e t e c t i o o v e r   D i f f e r e nt   C ha nne l s ,   W o r l d   S y m po s i um   o C o m put e r   A ppl i c a t i o ns   a nd   R e s e a r c h ,   I E E E .   C a i r o .   2016 : D O I   10. 1 109 / W S C A R . 2016. 1 3: 32 - 35.   [ 18]   P i ng - R o ng  L i n,   Y i n - Z o ng   C he n,   P o - H a o   C ha ng ,   S hi a nn - S h i u J e ng C o o pe r a t i v e   S pe c t r um   S e ns i ng   a nd   O pt i m i z a t i o o M u l t i - A nt e nna   E ne r gy   D e t e c t i o i R a y l e i g F a di ng   C ha nne l .   t he   2 7t h   W i r e l e s s   a n O p t i c a l   C o m m uni c a t i o ns   C o nf e r e nc e   I E E E .   H ua l i e n . 2018 :   978 - 1 - 538 6 - 495 9 - 6/ 18: 1 - 5.   [ 19]   Z ha ng   N a i qi a n ,   L i   X i ny a n, J i L i b i a o ,   A ppr o xi m a t i o S h a nno L i m i t   S p e c t r um   A gg r e g a t i o A l g o r i t hm   i C og ni t i v e   R a d i o   N e t w o r ks ,   I E E E . 2017;   978 - 1 5386 - 04 97 - 7: 377 - 380 .   [ 20]   P r a d i V a r a de ,   A ka nks h a   W a ba l e ,   R a v i nd e r   Y e r r a m ,   R upe s J a i s w a l ,   T hr o ug hput   M a xi m i z a t i o o f   C og ni t i v e   R a di o   M u l t i   R e l a y   N e t w o r w i t I nt e r f e r e nc e   M a n a g e m e nt ,   I J E C E   I nt e r n at i on al   J o ur n al   o f   E l e c t r i c al   an C om put e r   E ng i ne e r i ng ,   8.   ( 208 8 - 8708 ) : 2230 - 2238,   2 018 .   [ 21]   Z .   Q ua n,   S .   C ui ,   A .   S a y e d,   a nd  H .   V .   P o o r ,   O p t i m a l   m u l t i b a nd  j o i nt   de t e c t i o f o r   s pe c t r um   s e ns i ng   i n   d y na m i c   s pe c t r um   a c c e s s   n e t w o r k s ,   I E E E   T r a ns ,   Si g na l   P r oc e s s i n g 57 . 11 2 8 - 1140 ,   2 009 .   [ 22]   L i J ,   S he L ,   B a o   N ,   e t   a l . ,   C ha n ne l   C ha r a c t e r i s t i c   A w a r e   S pe c t r um   A gg r e g a t i o a l g o r i t hm   i C o g ni t i v e   R a di o   ne t w o r k s ,   L oc a l   C om pu t e r   N e t w or k s   I E E E 9 .   ( 2 008 - 877 8) : 2222 - 2230 ,   2 011 .   [ 23]   H ua ng   F ,   W a ng   W ,   L uo   H ,   e t   a l . ,   P r e d i c t i o n - B a s e S p e c t r um   A ggr e g a t i o w i t H a r dw a r e   L i m i t a t i o i C o g ni t i v e   R a d i o   N e t w o r ks ,   I E E E   V e hi c u l a r   T e c hno l o gy   C o nf e r e nc e ,   V t c   S p r i ng   201 0;   7 .   ( 30 08 - 9768 ) : 3222 - 3232 .   [ 24]   Q.   Z o u,   S .   Z he ng ,   a nd  A .   H .   S a y e d,   C o o pe r a t i v e   s e ns i ng   v i a   s e q ue nt i a l   d e t e c t i o n,   I E E E   T r an s ac t i ons   on  S i g nal   P r oc e s s i ng ,   58 .   6266 628 3 ,   20 10 .   [ 25]   M a n s i   S ubh e da r a nd  G a j a n a B i r a j d a r ,   S p e c t r um   s e n s i ng   T e c hni que s   i C o g ni t i v e   R a d i o   N e t w o r ks .   A   s ur v e y ,   ( I J N G N ) ,   3 . 52 77 - 5288 ,   201 1.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.