Desenvolvimento de técnica de sensoriamento do espectro embasada em detecção de energia para aplicações em sistemas rádio-cognitivos

Abstract

A tecnologia de rádio cognitivo tem sido uma importante área da pesquisa em telecomunicações para a solução do problema da escassez espectral. Além de permitir a alocação dinâmica do espectro eletromagnético, os rádios cognitivos devem ser capazes de coexistir com sistemas não cognitivos, ou seja, devem ser capazes de identificar as transmissões de sistemas não cognitivos. Essa operação só é possível por meio do sensoriamento contínuo do espectro eletromagnético. Neste contexto, este trabalho apresenta um estudo detalhado sobre uma das técnicas propostas na literatura para o sensoriamento do espectro, a técnica de detecção de energia. Os fundamentos teóricos da detecção de energia são apresentados, bem como as desvantagens práticas de sua utilização: a incerteza do ruído e a falta de conhecimento sobre as larguras de banda dos sinais presentes no espectro. Avalia-se o desempenho de uma técnica de detecção automática da largura de banda baseada na transformada wavelet, e são propostas alterações que a melhorem. Este trabalho apresenta também três estudos realizados com o intuito de diminuir a incerteza do ruído e melhorar o desempenho do detector de energia. O primeiro consiste na utilização de uma técnica de estimação do ruído combinada com a técnica de detecção de energia. O segundo, na utilização de uma técnica de supressão do ruído, também combinada com a técnica de detecção de energia. O terceiro, é a avaliação de uma forma alternativa de detecção de energia, baseada na estimação bayesiana. Por fim, são apresentados resultados do desempenho de algumas técnicas de detecção apresentadas no trabalho em relação ao espectro medido nas faixas VHF, very high frequency, e UHF, ultra high frequency. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Cognitive radio technology has been an important research topic in telecommunications to solve the problem of spectrum scarcity. While cognitive radios allow the dynamic spectrum allocation, they must be able to coexist with non-cognitive systems, ie, they must be able to identify transmissions of non-cognitive systems and avoid interfering with them. This operation is only possible through the continuous sensing of the available spectrum. Under these conditions, this work presents a detailed study about one of the techniques proposed in the literature for spectrum sensing, the energy detection technique. The fundamentals of energy detection are presented, and also its practical disadvantages, such as noise uncertainty, and lack of information about primary signals bandwidth. The performance of an automatic bandwidth detection technique based on the wavelet transform is evaluated, and some modifications for its improvement are proposed. This work also presents three suggestions to reduce noise uncertainty, and consequently improve the performance of the energy detection technique. The first one is related to the use of a noise estimation technique combined with energy detection. The second one investigates the use of a denoising technique before energy detection. And the third one presents the evaluation of an alternative energy detection technique, based on bayesian estimation. Finally, the performance of two of the presented techniques are evaluated in relation to a measured spectrum, at the UHF and VHF frequency bands.