I n t ern a t i o n a l  J o u rn a l  o f  E l ect ri ca l  a n d  C o m p u t er E n g i n eeri n g  ( I J E C E )   V o l.   8 ,  No .   5 O c t obe r   20 1 8,  p p.  29 34~ 2 941   I S S N :  2088 - 8708 D O I :  10. 11 591/ i j ece . v8 i 5 . pp 293 4 - 2941     2934       Jou r n al  h om e p age h ttp : //ia e s c o r e . c o m/ j our nal s / i nde x . php/ I J E C E   Sens ing  a nd Sha r ing  Sche m es   f o r S pect ra l E f f icie ncy  o f   Co g nit iv e Ra dio s       M.   K .  K a us hi k Y .  Y ogan an d a m , S K .   Sa ho o   D ep ar t m en t  o f  E l ect r i cal  E n g i n eer i n g ,   B I T S   P i l a ni  H y de r a ba d C a m pus I ndi a       A rt i cl e I n f o     AB S T RAC T   A r tic le  h is to r y :   R ecei v ed   N ov  23 ,  201 7   Re v i se d   J a n 1 1 ,  2 01 8   A ccep t ed   J un 1 8 ,  201 8       I n cr eas e i n  d at a t r a f f i c,  n u m b er  o f  u s er s  an d  t h ei r  r eq u i r em en t s  l ai d  t o  a  ne c e s s i t y  of   m or e  ba ndw i dt h.  C og ni t i v e  r a di o i s   one   of  t he  e m e r g i ng  t e c hnol og y   w hi c h a ddr e s s e s  t he  s pe c t r um  s c a r c i t y  i s s ue .  I n t hi s  w or k   w e   s t udy  t he  a dv a nt a g e  of  ha v i ng  c ol l a bor a t i o n   b et w een  co g n i t i v e en ab l ed  s m al l   cel l  n et w o r k  an d  p r i m ar y   m acr o cel l .  D i f f er en t  f r o m  t h e ex i s t i n g  w o r k s   at   s p ect r u m  s en s i n g  s t ag w e ar e ap p l y i n g  en h an ced  s p ect r u m  s en s i n g  t o  av o i d   p r o b ab i l i t y  o f  f al s e al ar m s  an d  m i s s ed  d et ect i o n s  w h i ch   h as  i m p act  o n   s p ec t r a l  e f f i c i e nc y .   L a t e r  po w e r  c ont r ol   opt i m i z a t i on f or  s e c onda r y  us e r s   k now n a s  H y br i d s pe c t r um  s ha r i ng  i s   us e d f or  f ur t he r   i m pr ov e m e nt  of   s p ect r al  ef f i ci en c y .  F u r t h er m o r e,  t h e f ai l ed  p ack et s  o f  P r i m ar y  u s er s  ar e   t ak en  car e b y  h i g h  r an k ed  r el ay s   w hi c h i n t u r n   d ecr eas es  t h e av er a g e P r i m ar y   u s er  p ack et  d el a y  b y  2 0 %   w h en   co m p ar ed  b et w een   as s i s t ed  S eco n d ar y  u s er   m e t hod  a n d no n - as s i s t ed  S eco n d a r y  u s er   m et h o d .   Ke y wo rd :   C ogn i t i v e  r a di o,   C o g n iti v e  s m a ll c e ll,   O p ti m a l p o w e r  a llo c a tio n ,   P ow e r  c on t r ol ,   S p ect r al   E ffi c i e n c y .   C opy r i g ht   ©  201 8   I ns t i t ut e  o f  A d v anc e d E ngi ne e r i ng  an Sc i e nc e   A l l  ri g h t s re se rv e d .   Co rre sp o n d i n g  Au t h o r :   M .   K .  K a us hi k,     D ep ar t m en t  o f  E l ect r i cal  E n g i n eer i n g ,   B I T S   P i l a n i  H y de r a ba d C a m pus ,   J a w ah ar  N a g ar ,  S h a m m er p et ,  H y d er ab ad ,   T el an g an a,  I n d i a.   E m a i l :  k a us hi kn i c ky 24 @ gm a i l . c om       1.   I NT RO D UCT I O N   D a y  b y  d a y  i n cr eas e i n  d at a t r af f i c  an d   w i d es p r ead  u s ag e   o f  s m ar t   m o b i l e d e v i ces  ar d em a n d i n g   m o r e b an d w i d t h .  S u r v e y  r e v eal s  t h at  t h e al l o cat ed  s p ect r u m  i s  ex t r e m el y   u n d er u t i l i ze d  i n  t e m p o r al  an d   s p ect r al  d o m ai n  [ 1 ] .   T h e p r o b l e m s   w h i c h  ar e en co u n t er ed  b et w e e n d e m a nd   gr o w t h a nd  und e r ut i l i z a t i o n o f   s pe c t r um  a r e  a ddr e s s e d by  t h e  i n t r odu c t i on  of   C ogn i t i v e  r a di os .  T h e  f or e m os t   f e a t u r e  of  C og n i t i v e  r a di o i s  t en h a n ce t h e s p ect r u m  e f f i ci en c y  b y  l et t i n g  s eco n d ar y  ( u n l i c en s ed )  u s er s  u t i l i ze t h e P r i m ar y  ( L i ce n ced )   ba n ds   o p p or t uni s t i c a l l w i t ho ut  c a us i ng i nt e r f e r e nc e .     I n c o gn i t i ve  r a d i o  e nvi r o n m e nt  t he  s e c o nd a r y   us e r s  s e ns e  t he  p r i m a r y   us e r  b a nd s  a nd  b a s e d  o n t he   d eci s i o n  t h e y  acce s s   t h s p ect r u m  f o r  t h ei r  co m m u n i cat i o n .  M o s t  co m m o n l y   u s ed  s p ect r u m  acces s   m o d el s   [3 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 1 3 ], [ 20]   ar e  i n t er w ea v m o d e an d  j o i n t  i n t er w e a v e u n d er l a y   m o d e.  I n  t h e i n t er w ea v e   m ode   s eco n d ar y   u s er s  t r an s m i t  t h i n f o r m at i o n   w h e n   p r i m ar y   u s er s   ar e s en s ed  t o   b i d l e.  D u e t o   s en s i n g   er r o r s   p r i m ar y  u s er   m a y   g et  i n t er f e r ed  b y  s eco n d ar y   us e r   tr a n s m is s io n .  I n  t h e  j o in t in te r w e a v e  u n d e r la y   m ode ,   s e c o n d a r y   u s e r s   w ill  tr a n s m it th e  in f o r m a tio n  ir r e s p e c ti v e  o f  p r i m a r y  u s e r  tr a n s m i s s io n ,  b u w i th o u t   i n t er f er i n g  an d   m ai n t ai n i n g  t h e Q u al i t y  o f  s er v i ce o f  p r i m ar y  u s er s .     T o  h av e i n t er f er en ce  f r ee  s p ect r u m  acces s  a r el i ab l s p ect r u m  s e n s i n g   m et h o d   m u s t  b e ch o s en  an d   a l s o t o a v oi d f a l s e  a l a r m s  a nd  m i s s e d de t e c t i ons .  G ood a m o un t  o f   s pe c t r um   s e ns i n g a l g or i t hm s  h a v e  be e n   d i s c us s e d  i n t he  s ur ve t o  r e c o gni s e  t he  p r e s e nc e  o f  p r i m a r us e r  t r a ns m i s s i o n s  [ 8 ] , [9 ] , [ 10 ] .   T h er e ar e t r ad e - o f f s  in  e x is ti n g  s o lu tio n s  lik e  r e q u ir e d  s e n s in g  ti m e ,  d e te c tio n  c a p a b ilitie s  a n d  c o m p l e x it y .  I n  g e n e r a l a   s eco n d ar y   u s er   i s   n o t  l i k el y   t o  h a v e a n y  p r i o r  k n o w l ed g e ab o u t  p r i m ar y  s i g n al s  t h at  ar e p r es en t   i n  p ar t i cu l ar   f r e q ue nc y b a nd .  I n   t h es s ce n ar i o s  t h e e n er g y  d et ect i o n   m et h o d  i s  u s ed  b ecau s e o f  i t s  cap ab i l i t y  t o   w o r k   w it h o u t h a v i n g  a n y  p r io r  k n o w le d g e  a b o u t t h e  s i g n a l to  b e   d e te c te d .  R e g a r d le s s  o f  its  p r a c tic a l li m ita tio n s  it   is  b e e n  c h o s e n  b e c a u s e  o f  it s  s i m p l ic it y ,   lo w  i m p le m e n ta ti o n c o s t s  a nd  c o m p ut a t i o n s .  B ut  t he  c o n ve nt i o na l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  E l e c &  C o m p  E ng   I SSN :   2088 - 8708     Se ns i ng a nd S har i ng  Sc h em es   f o r  S p ect r a l  E f f i ci en cy o f .. .   ( M.   K.  Ka u sh i k )   2935   en er g y  d et ect i o n   h as  i n cr eas e i n  t h e p r o b ab i l i t y  o f  f al s al ar m s  a n d   m i s s ed  d et ect i o n s .  T o  o v er co m e an   E nha nc e d  E n e r gy  de t e c t or  i s  pr opos e d i n  [ 1 1 ].   I n  5G   n e t w or ks  [ 12 ]  c o gn i t i ve  r a d i o  i s  o ne  a m o ng  t he   e m e r gi ng  t e c hn ol og i e s  t o i m pr ov e  t h e   s p ect r u m  acce s s  e f f i ci e n t l y .  S m al l  cel l   t ech n o l o g y  i s  p r o m i s i n g   i n  5 G   n et w o r k s  b ecau s e i t  can  o f f l o ad  t r af f i f r o m  p r i m ar y   m ar co cel l s  an d   i t  can  i n cr eas e t h e s p at i al  r e u s e an d  co v er ag e.  B y  h a v i n g  c o g n i t i v s m a l l  cel l   de pl oy m e n t s  i n  t h n et w o r k  r es o u r ce al l o cat i o n ,   s p ect r u m   acces s  a n d  i n t er f er en ce  m i t i g a t io n  a r e   m a in ta in e d   o p tim a ll y  [ 1 3 - 19 ] .  T h er ef o r e  s y s t e m  p er f o r m an ce ca n  f u r t h er  b e i m p r o v ed  b y  h a v i n g   s m al l  cel l  n et w o r k   c o e x is ti n g   w i t h  a  m acr o  cel l  n et w o r k  [ 2 0 ] .   T h e t h r ee p o t en t i al   w a y s  o f  s h ar i n g  p r i m ar y   m acr o cel l  s p ect r u m   b y  s m al l  cel l  n et w o r k  ar e:  1 )  S p ect r u m   s h ar i n g ,  p r i m ar y   m acr o cel l s   s p ect r u m   i s   s h ar ed  b y  s m al l  cel l  2 )   o p p o r t u n i s t i s p ect r u m  acces s ,  s eco n d ar y   s m al l  ce l l  ca n  acce s s  t h e p r i m ar y   m acr o  cel l  s p ec t r u m  i f  i t  i s   se n s e d   i dl e   3)   H y br i s pe c t r um   s h a r i n g ,   de pe n di n g   o n   t h e   s pe c t r um   s e n s i ng   r e s u l t   of   E n h a n c e d   s pe c t r um   s e ns i n s eco n d ar y  s m al l  cel l   s en s es  c h an n el   s t at u s  a n d  o p t i m i ze t h al l o cat i o n  o f  p o w er   [2 1 ]   In  [2 2 ] ,  f o r   p er f ect  s en s i n g  cas e au t h o r s  s t u d i ed  t h r o u g h p u t  t r ad eo f f  b et w een  o n l y   i n t e r w ea v e an d   c om bi n a t i o n  of   i n t e r w e a v e  unde r l a y   m ode .  I n  [ 22] - [2 5 ]  a u t h or s  h a s n’ t  c o n s i de r e d a ny  c oope r a t i on  be t w e e us e rs  t ra n s m i s s i o n .  In  [2 6 ] - [2 8 ]  u n de r  i n f or m a t i o n  t h e or e t i c  f r a m e w or k  a ut h or s  di s c u s s e d a bou t  be n e f i t s  i c oope r a t i on  be t w e e n us e r s .  I n [ 29 ]  S U s  r e c e i v i ng  pa c k e t s   f r om  t w o P U s  r e l a y i ng   t h e m   u s i ng  s u pe r pos i t i on  c odi n m e t ho d   w he n P U  i s  i d l e .  I n [ 3 0 ]  c o o p e r at i v e r el a y i n g  i s  d i s c u s s ed   w h er e t h f ai l e d  p ack et s  o f  P U  ar t r a ns m i t t e d  b y S U  r e l a ys   w h i c ha s   f i ni t e  q ue ue   l e ngt h.  C o m i n t o  s ur ve y o n  s ha r i n g t e c hni q ue s  i n  [ 3 1 ]  a  t h eo r et i cal l y  d er i v ed  s t o ch as t i c g eo m et r y   m o d el   w as  i n v es t i g a t ed  f o r  s p ect r al  s h ar i n g  s c h e m e b et w ee n   m acr o cel l   ( P r i m a r y ne t w o r k)  a nd  s m a l l   cel l   (S e c o n d a r y   n e t w o rk ).  In  [3 2 ] ,  a s t o ch as t i c d u al  co n t r o l  ap p r o ach   w a s  p r e s e n te d  to  a n a l y s e  d if f e r e n t i n te r f e r i n g   f o r c e s   w it h i n  s m a ll c e ll  n e t w o r k s ,   w it h o u in v o lv i n g  c e n tr a liz e d   a n d g l oba l  c on t r ol  e f f or t s .  In  [3 3 ] ,  a s t ack l eb er g  g a m e i n  co g n i t i v f e m t o  cel l s   w a s  s t u d i ed  f o r  en er g y   e f f ic ie n t p o w e r  a llo c a tio n  a n d   s pe c t r um  s h a r i n g .  A   po w e r  a da pt a t i on   g a m e  w a s  s t u di e d t de cr eas e en er g y   c on s um pt i o n  i n  [ 34 ] .   T h e ex i s t i n g   w o r k s  d i s cu s s ed   s o  f ar   u s ed  co n v en t i o n al  e n er g y  d et ect o r s  at  s en s i n g   s t a g e   d u e t o   w h i c h  f al s e al ar m s  a n d   m i s s ed  d et ect i o n s   w i l l  i n cr eas e an d  h a s  n o t  be e n   w e l l  t e s t e d on  i m pr ov e m e nt   o f  s p e c tr a l e f f ic ie n c y  b y   h a v i n g  p o w e r  c o n tr o l o p ti m iz a tio n .   I n  t h i s  pa pe r  a  c om bi n a t i on   of  E nh a n c e d s pe c t r um  s e ns i n g  ( E S S )  a n d hy br i d s pe c t r um  s h a r i ng  ( H S S )  ar u s ed   f o r  e n h a n ci n g  t h e  p r i m ar y  a n d  s eco n d ar y   u s er  s p ect r al  e f f ic ie n c y .  S p e c tr u m  s e n s in g   is  d o n e   b y  E S S  an d  b as ed  o n  t h s e n s i n g  r es u l t  co g n i t i v s m al l  ce l l ( C S C )  o p t i m i ze s  t h e p o w er   al l o cat i o n  b y  u s i n g   H S S .  I n  r ecen t  t i m es  t h e e f f o r t s  ar e t o w ar d s  s eco n d ar y   n et w o r k   h el p i n g  t o  r el a y  p r i m ar y   u s er   p ack et s   b y   c o nt i n ui ng  d at a t r an s f er  o f  t h ei r  o w n . T h i s  i s   m o t i v at ed  b ecau s e o f  j o i n t  i n t er w eav u n d er l ay   m o d e.  W i t h   v ar i o u s  co n s t r ai n t s  an d  o b j ect i v es ,  ex t e n s i v e r es ear ch  i s  d o n e i n  t h lite r a t u r e  [ 2 ] - [7 ].   H en ce  w e co n s i d er ed   t he   i nf l u e n c e  o f  h a vi ng  a  g r oup of  bu f f e r e d r e l a y  n od es   w i t h  co g n i t i v e cap ab i l i t i es  o n  P r i m ar y  a n d  s eco n d ar y   u s er  S p ect r al  ef f i ci e n c y .  R el a y  n o d es   w i l l   h el p  i n  d el i v er i n g   u n s u cces s f u l  p ack e t s  at   p r i m ar y  d es t i n at i o n   n o d es .  W h en  b o t h  p r i m ar y  an d  s eco n d ar y   n o d es  ar e s i l en t  t h e r el a y   n o d es   w i l l  s e n d  t h u n s u cces s f u l  p ack et s .       2.   S Y S T EM  M O D EL   I n   t h i s   w o r k   w e   co n s i d er ed   an   O F D M A   b as ed   co g n i t i v e n ab l ed   s m al l   ce l l   n et w o r k .   I n   O F D M A   s y s t e m  N  s u b ch a n n el s  ar e d i v i d ed  f r o m  a t o t al  b an d w i d t h  o f  B  an d   i s  as s u m ed  t h at   w i t h i n  a s u b ch a n n el ch an n el  f ad i n g  o f  each  s u b ca r r i er  i s  s i m i l ar ,  b u t  d i f f er  acr o s s  d i f f er e n t   s u b c h an n el s .  T h m ai n   f o c u s  o f  o u r   w or k i s  opt i m a l  po w e r  a l l oc a t i on  i n  do w n l i nk  o f  s e c o n da r y  s m a l l  c e l l  ba s e d on s pe c t r um  s e ns i n g r e s u l t  a n d   s e t o f  S U  r e la y s  h e lp in g  P U  t o  tr a n s m it   th e ir   f a ile d  p a c k e t s .  C o g n it iv e  s m a ll c e ll p e r f o r m  E S S  o n  p r i m a r y   m acr o  cel l s  t o  f i n d  t h e s t at u s  o f  s u b ch a n n el s .  B as ed  o n  t h e s e n s i n g  r es u l t  C S C  ad ap t s  t h e t r an s m i t  p o w er .       2 . 1 .  E nha nc e d Spe c t r u m   Se n s i ng   O ne  o f  t he  p r i m e  c ha l l e n ge s   o f  c o g ni t i ve  r a d i o  ne t w o r k i s   i t  s ho ul d   no t  c a us e  a n ki nd   o f  ha r m f u l   i n t er f er e n ce t o  p r i m ar y   u s er s .  I n  o r d er  t o  h av e i n t er f er e n ce  f r ee n et w o r k   s eco n d ar y   u s er  o r  co g n i t i v e r ad i o   m u s t   i d en t i f y   t h p r es en ce  o f   p r i m ar y   u s er   r el i ab l y .   T o   do   s w e   a r e   a ppl y i ng   e nh a n c e s pe c t r um   s e ns i ng  w h ic h   h a s   lo w   p r o b a b ility   o f   f a ls e   a la r m s   a n d   m is s e d   d e te c tio n s   c o m p a r e d   to   c o n v e n tio n a e n e r g y   d et ect o r s . T h e  p r o b a b ility   o f  d et ect i o n  a n d   f al s e  al ar m s  [ 1 1 ]  ar e g i v e n  as  b el o w .  T h e t h r es h o l d   f o r  a t ar g e t   pr oba bi l i t y  of   f a l s e  a l a r m s  [ 35 ]  i s  gi ve n b y                           =   1    ,     2 +     2   (1 )     T he t h e  E SS [ 3 6 ]  t h eo r et i c p er f o r m an ce  m a y  b e ch ar act er i zed  b y         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SSN :   20 88 - 8708   I nt  J  E l e c &  C o m p  E ng,   V o l.   8 , N o 5 O c t o be r  201 8   :   2 934   -   2941   29 36      =           { ( ) > } 1 + { ( ) } 1 {  ( ) > ( ) } 1       =   { ( ) > } 0 +   { ( )   ,  ( ) } 0                             =   { ( ) > } 0 + { ( ) } 0   (2 )     {  ( ) > ( ) } 0   (3 )       + ( 1  )     (4 )         + 1       (5 )     W h er e,      is  th e  p r o b a b ility  o f  d e te c tio n  u s in g  t h e  E S S ,      i s  t h av er ag e t i m e f o r  d et ect i o n ,       is  th e   p r o b a b ilit y  o f   f a ls e  a la r m s   u s in g  t h e  E S S .      a nd       a r e  th e  p r o b a b ility  o f  d e te c tio n  a n d   f al s e al ar m s   u s i n g  th e  c la s s ic a l e n e r g y  d e te c tio n .      a nd      ar e t h me a n   t he   v ar i an ce o f  t h s a m p l e s  [ 3 7 ].     2 .2 .  H y br i d Spe c t r u m  Se ns i ng   A s  s ho w n  i n t he   f i gur e   be l o w  [ 38 ]  t h e f r a m e s t r u ct u r e o f  co g n i t i v e  s m al l  cel l   n et w o r k  i s  d es i g n ed .  I t   is   o b s er v ed   f r o m   t h f i g u r t h at   s en s i n g   t i m τ   i s   as s i g n e d   i n   t h b eg i n n i n g   o f   each   f r am e.   T h co g n i t i v e   s m al l  cel l  ( C S C )  ad ap t s  i t s  t r an s m i t  p o w er  at  t h e b eg i n n i n g  o f  each  f r a m e d ep en d en t  o n  t h e s e n s i n g  r es u l t .           F i g ur e   1 .  F r a m e  s t r uc t ur e  o f   C S C  ne t w or k       I f  t h e s u b ch a n n el  i s  d et ect ed  i d l e,  C S C  c a n t r a ns m i t   w i t hi gh p o w e r   P v s, n : if  n o C S C  c a n  tr a n s m i t   wi t h   l o p o w e r  P o s, .   T h i s   m et h o d   i s   t er m ed  as   H y b r i d   S p ect r u m   S h ar i n g ”.   B as ed   o n   s h an n o n s   cap aci t y   f o r m u l ae  t h e f eas i b l cap aci t y  o f   s u b c h an n el  n  w h e n  s e n s in g   o u tc o m e  is  id le  i n  s m a ll c e ll i s  g iv e n  b y     , =   l og 2 ( 1 +    ,     . , 2 )   (6 )     W h er  ,     i s  t h e c h an n el   g ai n  b et w ee n   m acr o cel l  b as e s t at i o n  ( M B S )  an d   C S C   o f  s ub c h a nne l   n.  T he   c a p a c i t y  o n s ub c ha nne l   n i n C S C   w h e s e n s i n g r e s ul t  i s  o c c up i e d / a c t i ve  i s  gi ve n a s     , =   l og 2 ( 1 +    ,     .     0 ,  ,     .     0 , + 2 )   (7 )     W h er  ,     i s  t he  c ha n ne l   ga i n a nd   0 ,   i s  t he  t r a n s m i t  p o w e r  o n s ub c ha n ne l   n.           2 .3 .  F or m u l at i on  of   I n t erf eren ce   a nd T r a ns m i t  P o w e r  C o ns t r a i nt s   I n  t h i s  s ect i o n   w e  ar e t r y i n g  t o  d et er m i n e t h e o p t i m al   p o w er s  o f   C S C s   w h i c h  o v e r co m e  t h e   i n t e rf e re n c e  m i t i g a t i o n .   F ro m  [3 3 ], [3 9 ] , [4 0 ]  av er ag e i n t er f er en ce an d  t r an s m i t  p o w er s  ar e co n s i d er ed  an d  can   b e f o r m u l at ed   a s  f o llo w s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  E l e c &  C o m p  E ng   I SSN :   2088 - 8708     Se ns i ng a nd S har i ng  Sc h em es   f o r  S p ect r a l  E f f i ci en cy o f .. .   ( M.   K.  Ka u sh i k )   2937   ,     ( 0 ) 1    +   ( 1 ) ( 1 )                  (8 )       ,   {     ( 1 ) ( 1 )       }     Г         (9 )     W h er          t he   m a xi m u m  a ve r a ge  i s  t r a ns m i t  p o w e r  o f   C S C  u s e r s  a nd   Г   i s  t h m ax i m u m  a v er ag i n t er f er e n ce p o w er   w h i c h  can   b e t o l er at ed  b y  P U .   T h e en h a n ced  s p ect r u m  s e n s i n g  i s  co n s i d er ed  as  m et h o d  o f   d et ect i o n ,  t h e d et ect i o n  an d   f al s e al ar m  p r o b ab i l i t y  ar e g i v en  b y  E q u a tio n   8 a n d E q u a tio n   9 .  N o w t h e   f o r m u l at i o n   f o r  av er ag e i n t er f er en ce a n d  t r an s m i t  p o w er   co n s t r ai n t  o f  C S C   u s er s   f o r  t h e co m b i n at i o n  o f   H y b r i d  s p ect r u m   s h ar i n g  an d   en h a n ce s p ect r u m   s en s i n g  i s  g i v en  a s           ,    ;     ,    =   ,     ( 0 ) 1   . l og 2 ( 1 +    2 )   +   ( 1 ) ( 1  ) . l og 2 ( 1 +     2 + 2 )     ( 10)     W he r e  g a nd   h a r e  i n s t a nt a ne o us  c ha n ne l   ga i n s .   2   a nd   2   ar e   v ar i an ce o f  n o i s e an d  s i g n al .   ( 0 )   a nd   ( 1 )   a r e   pr o ba bi l i t y  of  P U  pr e s e n t  or  n ot  pr e s e n t .   B y  l et t i n g  s i m i l ar  av er ag e i n t er f er e n ce p o w er  co n s t r a in i n c o gni t i ve  ne t w o r ks  [ 4 1 ] ,  th e      b eco m es  an  o p t i m i zat i o n  v ar i ab l e f o r  m a x i m i zi n g  t h e ach i e v ab l s p ect r al  ef f i c i en c y .  B y  o b s er v i n g  E q ua t i o n 1 0   it is  e v id e n t th a t th e  f o r m u la tio n  is  c o n v e x   w ith  tr a n s m it p o w e r   P  b u t n o w ith  r e s p e c t to    ,  b ecau s e o f  d ep en d en c y  o n  p r o b ab i l i t y  o f   f al s e  al ar m       on   t he   pr oba bi l i t y  of  de t e c t i on   [4 2 ]   H e n c e ,  th e  o p ti m a l d e te c tio n   p r o b a b ilit y  c a n n o y ie ld  f r o m   c o n v e x  o p ti m iz a tio n  te c h n iq u e s .  I n  th i s   cas e f o r   m i n i m i zat i o n  o f  s p ec t r al  ef f i c i en c y  o f   t h e  pr opos e d H S S  a n d E S S   w e  s h ou l d c on s i de r  t h e  de t e c t i o pr oba bi l i t y  i s  i n  t h e  r a ng e  [ 0, 1] .  B y  doi n g  s o t h e  opt i m a l  po w e r  a l l oc a t i on  c a n  be  de t e r m i n e d f or  a  de t e c t i on   pr oba bi l i t y   =  .   L ag r a n g i a n  ca n  b e d et er m i n ed  f o r  d et ect i o n  p r o b ab i l i t y   =    i n  acco r d an ce  w i t h   tr a n s m it p o w e r  P  is  g iv e n  b y     ( , , ) = ,     ( 0 ) 1    . l og 2 ( 1 +    2 )   +   ( 1 ) 1  . lo g 2 ( 1 +     2 + 2 )       ,   . ( 0 ) 1      +   ( 1 ) 1    ,   [   ( 1 ) ( 1 )     ]   Г     ( 11)     N o w  t he  l a gr a nge  d ua l  o p t i m i z a t i o n p r o b l e m  i s  gi ve n a s            0 ,   0 ,         (   , )         ( 12)     W h er (   , )   i s  l a gr a n ge  d ua l   f unc t i o n a nd  gi ve n a s       (   , ) =          ( , , )   ( 13)     F ro m  [4 2 ]  th e  p r im a opt i m i z a t i on  pr obl e m  ( E q 10)  c a n  be  s ol v e d b y  E qu a t i on   1 2   w it h   r e s p e c t to  tr a n s m it  po w e r  P .  H e n c e  ou r   f oc us  i s   t o s ol v e  l a g r a n g e  du a l  opt i m i z a t i on  pr obl e m   E q ua t i o n 1 0 .   T h e  S u p r e mu m o f   l a gr a n gi a   ( , , )   is  to  f in d  f ir s t to  c a lc u la te  t h e  la g r a n g e   d ua l  f u nc t i o (   , )   w it h  r e s p e c t to  tr a n s m i t   p o w er  P  as   i n  E q u a tio n   13.  W i t h t h e   h e l p of  K K T  c ondi t i on s  [ 42 ]  t h e  o p ti m a l p o w e r  a llo c a tio n  P   f o r   m u ltip lie r s          can  b e o b t ai n ed  b y       = [ +   2   ] +   ( 14)     T h p ar am et er s   A   an d   Δ   ar g i v en   a s   f o llo w s  a n d  th e   w h o le  t e r m  [ X ] +   d e no t e s  m a x( o , x)       =   l o g 2   ( 0 ) 1      +   ( 1 ) 1    ( 0 ) 1      +   ( 1 ) 1  +   ( 1 ) 1    2 2 + 2     ( 15)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SSN :   20 88 - 8708   I nt  J  E l e c &  C o m p  E ng,   V o l.   8 , N o 5 O c t o be r  201 8   :   2 934   -   2941   2938   = 2 +   4 l o g 2   ( 0 ) 1      ( 2 + 2 ) +   ( 1 ) 1  2   ( 0 ) 1  ( )   +   ( 1 ) ( 1 ) +   ( 1 ) 1    2 2 + 2   ( 16)       3.   R ES U LT S   A ND AN AL Y S I S   I n  th is   s e c tio n  to  e v a lu a te  th e  p e r f o r m a n c e  of  t h e  pr opos e m e t h od   w e  a r e  go i ng  t o   p r e s e nt  t he   s i m ul a t i o n r e s ul t s  o f  t he  ne t w o r k  co n s i s t i n g  o f  co g n i t i v e s m al l  cel l  an d   m acr o cel l  n et w o r k s .  T h e co m p ar i s o n   r es u l t s  ar e b et w ee n  H SS+ E S S ,  O SS+ E SS [ 4 0 ]  a n d  C SS [ 5 ]   [ 6 ] .  F r o m  t h e  f o llo w i n g  r e s u l ts  it is  e v id e n t t h a t   b y   ha vi ng o p t i m a l  p o w e r s  i n  H y br i d s pe c t r um   s h a r i ng  [ 21 ]  w i t h t he  i n vo l v e m e nt  o f  E nha nc e d  e ne r g d e te c tio n   [1 1 ]   w i l l   y i el d  b et t e r  r es u l t s .  T h e p ar a m e t er s  co n s i d er ed  ar e,  s a m p l i n g   f r eq u en c y ,   f =6 MH z,  T =0 . 1   s ec,   an d   n u m b er   o f   n o d es   i n   t h n et w o r k ,   N =5 0 ,   v ar i a n ce  σ 2 =   1x 10 - an d   ch a n n el   g ai n s   ar co n s i d er ed   as   bl oc k  f a de d a n d di s t r i b u t ed  ex p o n en t i al l y   w i t h  0 . 1   m ean .  O n  each  c h an n el  o f  p r i m ar y   m a cr o cel l  t h e t r an s m i t   p o w e r  is  s e t a s  1 0   m W .  T h e  a s s u m p tio n s  a r e ,  th e  d e te c tio n   p r o b a b ilit y  is  c o n s id e r e d  a s  9 0 %  if  it i s  n o s ta te d   a n d 0. 3bps / H z  i s  t h e   m i n i m um  da t a  r e qu i r e m e n t   f or  be t t e r  Q u a lit y  o f   S er v i ce.   A s  i t  ca n  b e s een   f r o m  F ig ur e   b y  h a v i n g  ef f i c i en t  en er g y  d et ect i o n  s c h e m e at  s e n s i n g  u n i t   an d  o p t i m al  p o w er  al l o cat i o n   f o r  s eco n d ar y  u s er s   i n  H y b r i d  s p ect r u m   s h ar i n g   w i l l  e v en t u al l y   i n cr ea s e s p ect r al  ef f i ci e n c y   w h en  co m p ar ed   w i t h  O p p o r t u n is ti c   [ 38]  a n d C on v e n t i o n a l   S pe c t r um  s e n s i ng   [5 ]   [ 6]  i n   t h e  e nv i r onm e n t   w i t h pa r a m e t e r s  c o n s i de r e d a bov e .  O n e   m o r e r eas o n   f o r  i n cr e m e n t   i n  s p ect r al  ef f i ci e n c y   i s  t h f ai l ed  p ack et s  o f  P U  ar e t ak e n  c ar e b y  a  s et  o f   h i g h   r an k ed  S U  r el a y s .  H e n ce t h S p ect r al  ef f i ci en c y  o f  P U  h a s  i n cr eas e d c o m pa r e d t o ot h e r   m e t h ods  [ 25]   [ 2 6]   [ 27]   [2 8 ].         F i g ur e   2.  C o m pa r i s on  of  a v e r a g e  num be r  of  r e l a y s  a n d i t s  i m pa c t  on  P U  S pe c t r a l  E f f i c i e nc y b e t w e e d if f e r e n t m e th o d s         F i g ur e  3 .   C o m p ar i s o n  o f  a v er a g e n u m b er  o f  r el a y s  a n d  i t s  i m p act  o n  S U  S p ect r al  E f f i ci en c y  b et w ee n   d if f e r e n t m e th o d s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  E l e c &  C o m p  E ng   I SSN :   2088 - 8708     Se ns i ng a nd S har i ng  Sc h em es   f o r  S p ect r a l  E f f i ci en cy o f .. .   ( M.   K.  Ka u sh i k )   2939   F i gu r e  3 di s pl a y s  t h a t  b y  c h oo s i ng  opt i m a l  po w e r s   t o S U s  a n d i n c r e a s e  i n  t h e  num be r  of  r e l a y s   w i l l   in c r e a s e   its  s p e c tr a e f f ic ie n c y   w i th o u c a u s i n g   i n t er f er en ce  t o   P U s .   I f   w o b s er v t h S U s   w h o   o p p o r t u n i s t i cal l y  acce s s  t h e P U  s p ect r u m  ( C S S )  [ 5 ]   [ 6 ]   w i t h  co n v en t i o n al  en er g y  d et ect o r  an d  E n h an ced   en er g y  d et ect o r  ( O S S +E S S )   [ 40 ]  h av e l o w   s p ect r al  e f f i ci e n c y  co m p ar ed  t o   t h e  p r o p o s ed  m et h o d  ( H S S +E S S )   be c a u s e  of  n ot  a s s i gn i ng  opt i m a l  po w e r s           F i g ur e   4 .   S p ect r al  E f f i ci e n c y   v s .  P m a x  ( * 1 0 d b m )  i n  b o t h  P r i m ar y   m acr o cel l  an d  C o g n i t i v e s m al l  cel l       F i gu r e  4 pr ov i de s  t h e  s pe c t r a l  e f f i c i e n c y  c o m pa r i s on be t w e e n  pr opos e m e t h od a n d t h e  ot h e r   m e t h ods  of  pr i m a r y   m a c r oc e l l  a n d c og n i t i v e   s m a l l  c e l l .  B y   i m p l e m e n t i ng  t h e  pr opos e d m e t h od a n w or k i n in  c o m p le te  e n v ir o n m e n t   w h e r e  p r i m a r y   m a c r o c e ll a n d  c o g n iti v e  s m a ll c e ll  n o d e s  a r e  p a r itic ip a tin g  i n   co m m u n i cat i o n .  T h e s p ect r al  ef f i ci e n c y  h a s  i n cr eas ed  i n   b o t h  t h e n et w o r k s   b y  h a v i n g H y br i d s pe c t r u m   s ha r i ng p l us  e nha nc e d  e ne r g d e t e c t i o n a nd  S U  r e l a y   no d e s  he l p i n g P U  f a i l e d  p a c ke t  t r a ns m i s s i o n.           Fi g ur e  5 .   A v e r a g e  D e la y  o f  P U  p a c k e ts   w it h  r e s p e c t to  ti m e   w it h  a n d   w it h o u t a s s is ta n c e  o f  C o g n it iv e   s m a ll  c e ll r e la y s       F i g ur e   5  i n d i cat es   t h r el at i o n   b et w een   S e n s i n g   T i m an d   av er ag e d el a y   o f   P U   p ack et s   w i t h   a n d   w i t h o u t  as s i s t a n ce o f  S U  r el ay s .  O n e o f  o u r  o b j ect i v w as   i f  an y   f ai l ed  p ack et s  ar e t h er e f r o m  P U ,  t h e h i g h   r a n k e d  S U  r e la y s   in  c o g n iti v e  s m a ll c e l w il h e lp  P U s  to  tr an s f er  t h e p ac k et s .  B y  d o i n g  s o  i t  i s  o b s er v ed   f ro m  fi g ur e   5  t h at  t h e a v er ag e d el a y  o f  P U  p ack et s  h a s  d ecr eas ed  b y  2 0 % .  H en ce  w e can  s a y  t h at  o u r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SSN :   20 88 - 8708   I nt  J  E l e c &  C o m p  E ng,   V o l.   8 , N o 5 O c t o be r  201 8   :   2 934   -   2941   2940   p r o p o s ed  s ch e m e s  s p ect r al  ef f i ci en c y  i s  b et t er   w h en  co m p ar ed  w i t h  o t h er   m et h o d s  an d  t h e av er ag e p ack e t   d el ay   i s  al s o  d ecr eas ed .         4.   CO NCL U S I O N   I n  t h i s   w or k ,   w e  pr opos e d a  m e t h od  w h i c h  a l l oc a t e s  a n  op t i m a l  po w e r  t o S U s   i n  or de r  t m i t i g a t e   i n t er f er e n ce f o r  P U s .  W e al s o  h av e i n v es t i g at ed  a co o p er a t i o n   m et h o d   w h er e a co g n i t i v e s m al l  cel l  n o d es   ( S U s )   w i l l   h el p   P r i m ar y   m a cr o   cel l   n o d es   ( P U s )   i n   t r a n s m i s s i o n   o f   f ai l ed   p ack et s .   W an al y s ed   s p ect r al   ef f i ci en c i es  a n d  av er ag e P U  p ack et  d el a y .  I t   w a s  o b s er v e d  f r o m  t h e r es u l t s  t h a t  t h e p r o p o s ed  m et h o d s   s p ect r al  ef f i ci e n c y  i s  i m p r o v e d  f o r  p r i m ar y   m acr o cel l  a n d  co g n i t i v s m a l l  cel l .  T h e av er a g e P U  p ack et  d el a y   of  a s s i s t e d S U   m e t h od i s  de c r e a s e d by  20%   w he n  c o m pa r e d  t o n on  a s s i s t e d S U   m e t h od.       R EF ER EN C ES   [ 1]   M c H e nr y  M A .  N S F  s pe c t r um  oc c upa nc y   m e a s ur e m e nt s  pr oj e c t  s um m a r y .  S ha r e d s pe c t r um  c om pa ny  r e por t .  2 00 A ug  15.   [ 2]   T r a g o s  EZ,  Ze a d a lly  S ,  F r a g k ia d a k is  A G ,  S ir is  V A .  S p e c tr u m  a s s ig n m e n t in  c o g n itiv e  r a d i o  n e tw o r k s : A   c om pr e he ns i v e  s ur v e y .   I E E E  C om m uni c at i ons   Sur v e y s   &  T ut or i al s .  20 13  J a n 1;   1 5 (3 ):   11 08 - 35 .   [ 3]   G a a f a r  M ,   A m i n O ,   A be di s e i W ,   A l oui ni  M S .  U nde r l a y  s p e c t r um  s ha r i ng  t e c hni que s  w i t h i n - b a nd f ul l - d up l e s y s t e m s  us i ng  i m pr ope r  G a us s i a n s i g na l i ng .  I E E E   T r ans ac t i o ns  on W i r e l e s s  C om m uni c at i ons .   2 017 J a n ;   1 6( 1) :   235 - 49 .   [ 4]   F e ng   D ,   J i a ng   C ,  L i m  G ,   C i m i ni  L J ,   F e ng  G ,  L i  G Y .  A   s ur v e y   o f  e ne r gy - e f f i ci en t  w i r el es s  co m m u n ic a tio n s .   I EE C om m uni c a t i o ns  S ur v e y s   &  T ut or i al s .  20 13 M a r ;   1 5( 1) :   16 7 - 7 8.     [ 5]   A m i n O ,   A be di s e i d W ,   A l oui ni   M S .  O v e r l a y  s pe c t r u m  s ha r i ng  us i ng  i m pr ope r  G a us s i a n s i g na l i ng .   I E E E  J o u r n a l   on  Se l e c t e d A r e as  i n C om m u ni c at i ons .  20 17   J a n;   35( 1) :   50 - 62.   [ 6]   O z c a n G ,   G ur s oy  M C .  O pt i m a l  pow e r  c ont r ol  f or   un de r l a y  c og ni t i v e  r a di o s y s t e m s   w i t h a r bi t r a r y  i nput   d is tr ib u ti o n s .   I E E E  T r ans ac t i o ns  on  W i r e l e s s   C om m uni c at i o ns .  20 15  A ug ;   14( 8) :   42 19 - 3 3.   [ 7]   P e i  Y,  L i a n g  YC ,   T e h  KC ,   L i  KH.  E n e r g y - e f f i c i e nt  de s i g n of  s e que nt i a l   c ha nne l  s e ns i ng  i c og ni t i v e  r a di ne t w or k s :  opt i m a l  s e ns i ng  s t r a t e gy ,  pow e r  a l l oc a t i on,  a nd  s e ns i ng  or de r .   I E E E  J our nal  o Se l e c t e d A r e as  i C om m uni c a t i o ns .  20 11 S e p;   29( 8 ) :   16 48 - 5 9.   [ 8]   A r i a na nda  D D ,  L a ks hm a na n M K ,  N i k ook a r  H .   A  s ur v e y  on s p e c t r um  s e ns i ng  t e c hni que s  f or  c ogn i t i v e  r a di o.   I nC og ni t i v e  R a di o a nd A dv anc e Spe c t r um  M ana ge m e nt ,   20 09 .  C o gA R T  2009.  S e c on d I nt e r na t i ona l  W or k s hop on  200 M a y  18 ( pp .  7 4 - 7 9 ) . I E E E .   [ 9]   A li S S ,  L iu  C ,  J in  M .  M in im u m  Ei g e n v a lu e  D e t e c tio n  f o r  S p e c tr u m  S e n s in g  in  C o g n itiv e  R a d io .  I nt e r nat i on al   J our n al  o f  E l e c t r i c al   an d C om pu t e r  E ngi ne e r i ng .   20 14  A ug  1;   4 (4 ):   62 3.   [ 1 0]   A m i n i  M ,  M i r zav an d i  A ,  R ezaei  M .  D i s cr et e M ar k o v  ch ai n  b as ed  s p ect r u m  s en s i n g  f o r  co g n i t i v e r ad i o .   I nt e r nat i o nal  J our n al   of  E l e c t r i c al  an d C om pu t e r  E n gi ne e r i n g .  20 1 A pr   1;   5 (2 ):   2 97.   [ 1 1]   K a us hi k  M K ,  S a i  T S ,  Y og a na nda m  Y .  E nhanc e d e ne r gy  de t e c t i o n an d m ov i n g av e r age  t hr e s h ol d i ng f or  c o gni t i v e   f em t o cel l  n et w o r ks .  I n M i cr o el ect r o n i cs  an d  E l ect r o n i cs  ( P r i m e A s i a) ,  2 0 1 3  I E E E  A s i a P aci f i c C o n f er en ce o n   P os t g r a dua t e  R e s e a r c h i 20 13  D e c  19 ( p p.   25 0 - 2 5 3 ) . I E E E .   [ 1 2]   J i a n g  C , Z h a n g  H , R e n  Y , C h e n   H H . E n e r g y - e f f ic ie n t n o n - c oo pe r a t i v e  c og ni t i v e  r a di o ne t w or k s :  m i c r o,  m e s o,  a nd  m acr o  v i e w s .   I E E E  C om m uni c at i ons  M a gaz i ne .  2 01 4 J ul ;   5 2( 7) :   14 - 20 .     [ 1 3]   Z ha ng  H ,  C hu  X ,  G uo W ,  W a ng   S .  C oe x i s t e nc e  of   W i - F i  a nd he t e r og e ne ous  s m a l l   c e l l  ne t w or k s  s ha r i ng  unl i c e ns e d   s p ect r u m .  I E E E  C om m u ni c at i ons   M agaz i ne .  20 15  M a r ;   53( 3) :   1 58 - 64.   [ 1 4]   S am ar ak o o n  S ,  B en n i s  M ,   S aad  W ,  D eb b ah  M ,  L at v a - A h o  M .  U ltr a  d e n s e  s m a ll c e ll n e t w o r k s T u r n in g  d e n s ity  in to   en er g y  e f f i ci en c y .   I E E E   J our nal   on  Se l e c t e d A r e as  i n C om m u ni c at i ons .  2 01 M a y ;   34( 5) :   12 67 - 80 .   [ 1 5]   Z ha ng  H ,  D o ng  Y ,  C he ng  J ,  H o s s a i n M J ,  L e ung  V C .   F r o nt ha ul i ng  f or  5G  L T E - U  u l t r a d en s e cl o u d  s m al l  cel l   ne t w or k s .  I E E E  W i r e l e s s  C om m uni c at i ons .  2 01 D e c ;   23( 6) :   48 - 5 3.   [ 1 6]   D i k m es e S ,  I l y as  Z ,  S o f o t as i o s  P C ,  R en f o r s  M ,  V al k a m a M .  S p ar s e F r eq u en c y  D o m ai n  S p ect r u m  S en s i n g  an d   S ha r i ng  B a s e d on C y c l i c  P r e f i x   A ut oc or r e l a t i on.   I E E E  J our n al  o n Se l e c t e d A r e as  i n C om m uni c a t i ons .  2 01 7 J a n;   35( 1) :   15 9 - 7 2.     [ 1 7]   Z h an g  H ,  J i an g  C ,  B eau l i eu  N C ,   C hu X ,  W e n X ,  T a o M .  R e s our c e  a l l oc a t i on i n s pe c t r um - sh a r i n g  OF DM f e m t o c el l s  w i t h  h et er o g en eo u s  s er v i ces .  I E E E  T r ans ac t i o ns  o n C om m uni c at i o ns .  20 14  J ul ;   6 2( 7) :   23 66 - 77 .     [ 1 8]   B en n i s  M ,   P er l aza S M ,  B l as co  P ,  H an  Z ,   P o o r  H V .  S el f - o r g an i zat i o n  i n  s m al l  cel l  n et w o r k s :   A  r ei n f o r ce m en t   l e a r ni ng  a ppr oa c h.   I E E E  t r a ns ac t i ons   on w i r e l e s s  c om m uni c at i ons .  20 13 J ul ;   12( 7) :   32 02 - 1 2.   [ 1 9]   Z h an g  H ,  J i an g  C ,  B eau l i eu  N C ,   C h u   X ,  W an g  X ,  Q u ek   T Q .  R es o u r ce al l o cat i o n  f o r  co g n i t i v e s m al l  cel l  n et w o r k s :   A  c oope r a t i v e  ba r g a i ni ng  ga m e   t he o r et i c ap p r o ach .   I E E E  T r a ns a c t i ons  on W i r e l e s s  C om m uni c at i ons .  20 15  J u n;   14( 6) :   34 81 - 93 .   [ 2 0]   K i b r i a M G ,  V i l l ar d i  G P ,  N g u y e n  K ,  I s h i zu  K ,  K o j i m a F .  H et er o g en eo u s  N et w o r k s  i n  S h ar ed  S p ect r u m   A cce s s   C om m uni c a t i ons .  I E E E  J o ur nal  o n Se l e c t e d A r e as   i n C om m un i c at i ons .  20 17   J a n;   35 ( 1) :   14 5 - 5 8.   [ 2 1]   Z ha ng  H ,  N i e  Y ,  C he ng  J ,  L e ung  V C ,  N a l l a na t ha n A .  S e ns i ng  t i m e  opt i m i z a t i on a nd pow e r  c ont r ol  f or  e ne r gy   e f f ic i e n t c o g n itiv e  s m a ll c e ll  w ith  i m p e r f e c t h y b r id  s p e c tr u m  s e n s in g .   I E E E  T r ans ac t i ons  on W i r e l e s s   C om m uni c a t i o ns .  20 17 F e b;   16( 2 ) :   7 30 - 43 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  E l e c &  C o m p  E ng   I SSN :   2088 - 8708     Se ns i ng a nd S har i ng  Sc h em es   f o r  S p ect r a l  E f f i ci en cy o f .. .   ( M.   K.  Ka u sh i k )   2941   [ 2 2]   K u l k ar n i  K ,  B an er j ee A .   A dapt i v e  t r ans m i s s i on s t r a t e gi e s  t o m ax i m i z e  pac k e t  t hr ou gh put   of  c o gni t i v e  r adi o u nde r   pr i m ar y  us e r  que ue  s t a bi l i t y  c on s t r ai nt .  In   S i g na l   P r oc e s s i ng  a nd  C om m uni c a t i ons  ( S P C O M ) ,  2 0 14 I n t e r na t i o na l   C onf e r e nc e  on 2 0 1 4 J u l  2 2 ( pp.  1 - 6 ) . I E E E   [ 2 3]   D a i J ,   W a n g  S .  C lu s te r in g - B a s e d S pe c t r um  S ha r i ng  S t r a t e gy   f or  C og ni t i v e  R a di o N e t w or k s .   I E E E  J our na l  on   Se l e c t e d A r e as  i n  C om m u ni c at i on s .  20 17  J a n;   35 ( 1) :   22 8 - 3 7.   [ 2 4]   D u a n  R,  E l m u s ra t i  M ,  V i rra n k o s k i  R.   St a bl e  t r ans m i s s i o n f or  a c og n itiv e - s har e d c h an ne l  w i t h r e c har ge a bl e   t ra n smi t t e rs.   I n C o mmu n i c a t i o n s ( I C C ) ,  2012  I E E E  I nt e r na t i ona l  C onf e r e nc e  on 2 01 2 J u n 1 0 ( p p.  4 63 2 - 46 36 ) .   I E E E .   [ 2 5]   S i m eo n e O ,  B ar - N e s s  Y ,  S pa g nol i ni  U .   S t a bl e  t hr o ug hp ut   of  c og ni t i v e  r a di os  w i t h a nd w i t h out  r e l a y i ng  c a pa b ility .   I E E E  T r a ns ac t i ons   on  C om m u ni c at i o ns .  20 07  D e c ;   55( 12) :   23 51 - 60 .     [ 2 6]   Z ha ng  Q ,  J i a  J ,  Z ha ng  J .  C oope r a t i v e  r e l a y  t o i m pr ov e  di v e r s i t y  i n c og ni t i v e  r a di o ne t w or k s .   I E E E  C om m uni c at i o ns   M agaz i ne .  20 09  F e b;   4 7( 2) :   11 1 - 7.   [ 2 7]   Z o u  Y Z h u  J , Z h e n g  B , Y a o  Y D . A n   ad ap t i v e co o p er at i o n  d i v er s i t y  s ch e m w i t h  b es t - r el a y  s el ect i o n  i n  co g n i t i v e   r a di o ne t w or k s .  I E E E  t r ans ac t i o n s  on s i gn al   pr oc e s s i ng.   20 10  O c t ;   58( 10) :   54 38 - 4 5.     [ 2 8]   L e e  J ,  W a ng  H ,  A ndr e w s  J G ,  H ong  D .  O ut a g e  pr oba bi l i t y  of  c og ni t i v e  r e l a y  ne t w or k s   w i t h i nt e r f e r e n ce co n s t r ai n t s .   I E E E  T r a ns ac t i ons   on  W i r e l e s s  C om m uni c at i o ns .  20 11 F e b;   10( 2) :   390 - 5   [ 2 9]   K r ik id is  I ,  D e v r o y e  N ,  T h o m p s o n  J S .  S ta b ility  a n a l y s is   f o r  c o g n itiv e  r a d io  w ith  m u lti - acce s s  p r i m a r y  t r an s m i s s i o n .   I E E E  T r a ns ac t i ons   on  W i r e l e s s  C om m uni c at i o ns .  20 10  J a n;   9( 1) .   [ 3 0]   W an g   L ,  F o d o r   V .  D y n a m i c c o o p er at i v e s eco n d ar y  acce s s  i n  h i er ar ch i cal  s p ect r u m  s h ar i n g  n et w o r k s .   I E E E   T r ans ac t i ons   on  W i r e l e s s  C om m uni c at i ons .  2 01 N o v;   13 ( 11 ) :   6 068 - 80 .   [ 3 1]   C he ng  S M ,  A o W C ,   T s e ng  F M ,   C he n K C .  D e s i g n a nd a na l y s i s  of  dow nl i nk  s pe c t r um   s h a r in g  in  tw o - tie r  c o g n itiv e   f e m t o ne t w or k s .  I E E E  T r a ns ac t i o ns  o n V e hi c ul ar   T e c hno l o gy .  20 12  J un ;   6 1( 5) :   21 94 - 20 7.     [ 3 2]   W a ng X Y ,  H o P H ,  C he n K C .  I nt e r f e r e nc e  a na l y s i s  a nd  m i t i g a t i on f or  c og ni t i v e - e m pow e r e f e m t oc e l l s  t hr oug h   s t oc ha s t i c  dua l  c ont r ol .   I E E E  T r a ns ac t i o ns  o n W i r e l e s s  C om m uni c at i o ns .  20 12  J un;   1 1 (6 ):   20 65 - 75 .   [ 3 3]   X i e  R ,  Yu  F R ,  Ji  H,   L i  Y.  E n e r g y - e f f i c i e nt  r e s our c e  a l l oc a t i on f or  he t e r og e ne ous  c og ni t i v e  r a di o  ne t w or k s   w i t h   f e m to c e lls .  I E E E  T r ans ac t i ons   on  W i r e l e s s  C om m uni c at i ons .  2 01 2 N o v;   11( 11) :   39 10 - 20 .     [ 3 4]   L e   L B ,  Ni y a t o  D,  Ho ssa i n  E ,   Ki m  DI ,  Ho a n g  D T .  Qo S - aw ar e an d  en er g y - e f f i ci en t  r es o u r ce m an ag e m en t  i n   OF DM A  f e m t o c e l l s.   I E E E  T r ans ac t i o ns  o n W i r e l e s s  C om m uni c at i ons .  20 13   J a n;   12 ( 1) :   18 0 - 9 4.   [ 3 5]   O m e y ,  E.  e t S .  V a n  G u lc k  ( 2 0 0 8 ) ,  “ C e n tr a l lim it th e o r e m s   f o r   v ar i an ce s  an d  co r r el at i o n  c o ef f i ci en t s . ”  -   ht t p: / / w w w . e dw a r dom e y . c o m / nons a v e / C L T f or s a ndr . pdf   [ 3 6]   L ópe z - B en í t ez M ,  C as ad ev al l  F .  I m p r o v ed  en er g y  d et ect i o n  s p ect r u m  s en s i n g  f o r  co g n i t i v e r ad i o .   I E c om m uni c at i o ns .  2 01 2 M a y  22;   6 (8 ):   78 5 - 9 6.     [ 3 7]   B l um e nf e l d,  D . :  ‘ O pe r a t i o ns  r e s e a r c h c a l c ul a t i ons   ha nd bo ok  ( C R C   P r e s s ,  20 01)   [ 3 8]   L i a ng   Y C ,  Z e ng   Y ,  P e h E C ,  H oa ng   A T .  S e ns i ng - t hr o ug hp ut  t r a de of f   f or  c og ni t i v e  r a di o ne t w or k s .  I E E E   t r ans ac t i ons   on  W i r e l e s s  C om m uni c at i ons .   20 08  A pr ;   7( 4) :   13 26 - 37 .   [ 3 9]   U r g a onk a r  R ,  N e e l y  M J .  O ppor t uni s tic  c o o p e r a ti o n   in  c o g n itiv e  f e m to c e ll n e tw o r k s .   I E E E  Jo u r n a l  o n   S el ect ed   A r e as  i n C om m uni c at i o ns .   20 12  A pr ;   30( 3) :   60 7 - 16.   [ 4 0]   S t o t as  S ,  N al l an at h an  A .  O n  t h o u t ag e cap aci t y  o f  s en s i n g - e nha nc e d s pe c t r um  s ha r i ng   c og ni t i v e  r a di o s y s t e m s  i f a di ng  c ha nne l s I E E E  T r a ns ac t i o ns  o n c om m u ni c at i ons .  20 11  O c t ;   59( 10) :   28 71 - 82 .     [ 4 1]   H ong  X ,  W a ng  J ,  W a ng  C X ,  S h i  J .  C og ni t i v e  r a di i 5G :  a  pe r s pe c t i v e  on e ne r g y - s p e ct r al  ef f i ci en c y  t r ad e - o f f.   I E E E  C om m u ni c at i o ns  M ag az i ne .  20 14 J ul ;   52( 7) :   46 - 5 3.     [ 4 2]   N g  D W L o  E S , S c h o b e r  R . E ne r gy - e f f ic ie n t r e s o u r c e  a llo c a tio n  i n  m u lti - c e ll O F D M A  s y s te m s  w ith  lim ite d   b ack h au l  cap aci t y .   I E E E  T r ans ac t i ons   on  W i r e l e s s  C om m uni c at i on s .  2 01 2 O c t ;   11 ( 10 ) :   36 18 - 31.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.