Date of Award

5-2015

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Electrical Engineering (MSEE)

Department

Electrical Engineering

First Advisor

Dr. Mohammed Abdel-Hafez

Second Advisor

Dr. Qurban Ali Memon

Third Advisor

Dr. Matti Hämäläinen

Abstract

The goal of this thesis is to study performance of cognitive radio networks in terms of total spectrum utilization and throughput of secondary networks under perfect and imperfect sensing for Additive White Gaussian Noise (AWGN) and fading channels. The effect of imperfect sensing was studied by applying non-collaborative and collaborative sensing techniques using energy detecting and square law combining techniques, respectively. Spectrum allocation for heterogeneous networks in cognitive radio networks was discussed and a new sharing algorithm that guarantee Quality of Service (QoS) for different secondary users’ applications was proposed. The throughput degradation of secondary users due to the activities of the primary users was explored by varying the arrival rate of the primary users in a given spectrum band. Computer simulation showed that increasing the primary user’s activity will increase the total spectrum utilization but decreases the secondary users’ throughput simultaneously. The effect of the received Signal to Noise Ratio (SNR) of the primary user on the cognitive radio network performance is studied in which, a high SNR of primary users led to a higher throughput of secondary network in AWGN channels compared to Nakagami fading channels. The effect of applying cooperative sensing is also presented in this thesis. As we increased the number of cooperating sensors, the network throughput increased which proves the advantage of applying cooperative sensing. A spectrum allocation algorithm for heterogeneous network model is developed to study the QoS assurance of secondary users in cognitive radio networks. The system performance of the heterogeneous network was investigated in terms of the total spectrum utilization. It is found that, higher number of secondary users, better channel’s condition and low required QoS of applications would increase the spectrum utilization significantly. vii In this thesis, the proposed allocation algorithm was applied to the heterogeneous cognitive radio model and its performance was compared to the First Come First Served (FCFS) algorithm in both AWGN and fading channels. The proposed algorithm provided a higher average SNR and spectrum utilization than FCFS algorithm and guaranteed the QoS requirement for applications of secondary users. The effect of imperfect sensing on the system performance was investigated, and it was shown that, as the probability of detection increases the total applications’ data rate increases significantly. The proposed algorithm guaranteed the QoS requirement for each application of secondary users. The effect of imperfect sensing on the system performance was investigated, and it was shown that, as the probability of detection increases the total data rate increases significantly.

Comments

الھدف من ھذه الأطروحة ھو دراسة أداء الشبكات الرادیویة الإدراكیة من حیث إجمالي استغلال الطیف و انتاجیة الشبكات الثانویة الإدراكیة باستخدام الاستشعار المثالي و غیر المثالي في القنوات ذات الضجیج الابیض المضاف و القنوات ذات توزیعيّ رایلي و نكاجامي. تمت دراسة تأثیر الاستشعار غیر المثالي بنوعیھ التعاوني و غیر التعاوني باستخدام تقنیتي كاشف الطاقة و موحّد القانون-التربیعي. تمت مناقشة تخصیص الطیف للشبكات غیر المتجانسة في الشبكات الرادیویة الادراكیة و تم اقتراح خوارزمیة توزیع جدیدة تضمن جودة الخدمة للتطبیقات المختلفة للمستخدمین الثانویین. تم استكشاف التدھور في الانتاجیة للمستخدمین الثانویین بسبب نشاط المستخدمین الاساسیین من خلال تغییر معدل وصول المستخدمین الاساسیین في نطاق طیفي معین و أظھرت المحاكاة الحاسوبیة أن زیادة نشاط المستخدمین الرئیسیین تؤدي الى استغلال أعلى للطیف و لكن تؤدي لنقص انتاجیة المستخدمین الثانویین في نفس الوقت. في ھذه الأطروحة أیضا، تمت دراسة تأثیر معدل -الاشارة الى الضوضاء- المستقبَل من المستخدمین الرئیسیین على أداء الشبكات الرادیویة الادراكیة و تم الوصول الى أن معدل أعلى لنسبة -الاشارة الى الضوضاء- یؤدي الى انتاجیة أعلى في الشبكات الثانویة في القنوات ذات الضجیج الابیض المضاف مقارنة مع القنوات ذات توزیع رایلي. عند زیادة عدد أجھزة الاستشعار تم الحصول على انتاجیة أعلى للشبكة مما یثبت مدى الاستفادة من الاستشعار التعاوني. تم تطویر خوارزمیة تخصیص الطیف لنموذج الشبكة غیر متجانسة التطبیقات لدراسة جودة الخدمة للمستخدمین الثانویین في الشبكات الرادیویة الادراكیة. تم تطبیق خوارزمیة التوزیع و تمت مقارنة أدائھا في القنوات ذات الضجیج الأبیض المضاف و القنوات ذات توزیع رایلي. تم الحصول على معدل أعلى لنسبة الاشارة الى الضجیج و استغلال للطیف باستخدام الخوارزمیة المقنرحة وذلك مع ix ضمان جودة الخدمة لكل تطبیق للمستخدمین الثانویین. تم أیضا في ھذه الأطروحة دراسة تأثیر الاستشعار غیر المثالي في أداء النظام و تبین أن الزیادة في احتمالیة اكتشاف المستخدمین الأولیین ترفع معدل البیانات للتطبیقات بشكل ملحوظ.

Download

Included in

Engineering Commons

COinS