Listen-and-Talk: Protocol Design and Analysis for Full-duplex Cognitive Radio Networks

In traditional cognitive radio networks, secondary users (SUs) typically access the spectrum of primary users (PUs) by a two-stage "listen-before-talk" (LBT) protocol, i.e., SUs sense the spectrum holes in the first stage before transmitting in the second. However, there exist two major problems: 1) transmission time reduction due to sensing, and 2) sensing accuracy impairment due to data transmission. In this paper, we propose a "listen-and-talk" (LAT) protocol with the help of full-duplex (FD) technique that allows SUs to simultaneously sense and access the vacant spectrum. Spectrum utilization performance is carefully analyzed, with the closed-form spectrum waste ratio and collision ratio with the PU provided. Also, regarding the secondary throughput, we report the existence of a tradeoff between the secondary transmit power and throughput. Based on the power-throughput tradeoff, we derive the analytical local optimal transmit power for SUs to achieve both high throughput and satisfying sensing accuracy. Numerical results are given to verify the proposed protocol and the theoretical results

Adaptive Self-Interference Cancellation in Full -Duplex Radio

Full-duplex transmission is a scheme where the transmitter and the receiver of a transceiver can transmit and receive simultaneously using same carrier frequency. Full-duplex transmission theoretically doubles the spectral efficiency and avoids using the separate frequency bands for transmitted and received signal. Full duplex transmission suffers from the self-interference because of the powerful transmit signal coupling back to its own receiver chain. This self-interference signal should be mitigated for the efficient operation of the full duplex radio. This thesis work includes the experiment on the cancellation of self-interference signal induced during the full duplex transmission. LMS algorithm has been adopted for the channel estimation of self-interference channel and the self-interference cancellation has been carried out at the baseband level. Rician channel has been used as a self-interference channel with a high power in the line of sight direction. Effect of K parameter of Rician channel and LMS algorithm on self-interference cancellation has been studied in this thesis work. The simulation work has been carried in a LabVIEW™ environment. Different level of attenuation has been observed by varying the number of samples for estimation/cancellation, step size and the length of estimation filter. In this thesis, the used figure of merit is the output power of self-interference digital canceller (error signal)

Analog Imperfections in Wireless Full-Duplex Transceivers

Käytössä olevien taajuusalueiden ruuhkautumisen vuoksi langattoman tiedonsiirron spektritehokkuuden lisääminen on tullut yhä tärkeämmäksi. Vastauksena tähän, useat viimeaikaiset tutkimukset osoittavat, että on itse asiassa mahdollista lähettää ja vastaanottaa radiosignaaleja langattomasti käyttäen vain yhtä keskitaajuutta. Nämä niinkutsutut full-duplex lähetin/vastaanottimet voivat teoriassa jopa kaksinkertaistaa spektritehokkuuden, koska ne eivät tarvitse erillisiä taajuuskaistoja lähetetyille ja vastaanotetuille signaaleille. Haasteena tällaisessa tiedonsiirrossa on kuitenkin se, että lähetetty signaali on vastaanottimen näkökulmasta voimakas häiriölähde, sillä se kytkeytyy lähettimestä suoraan vastaanottimeen. Tämä itse-interferenssi on suurin käytännön este full-duplex lähetin/vastaanottimen toteutukselle, joten on erittäin tärkeää pystyä jollakin keinolla vaimentamaan sitä. Tässä työssä tutkitaan itse-interferenssin vaikutusta tyypilliseen full-duplex lähetin/vastaanottimeen, kun itse-interferenssiä vaimennetaan sekä analogisesti että digitaalisesti. Lisäksi työssä esitetään analogiselle vaimennukselle kaksi vaihtoehtoista toteutustapaa. Kaiken kaikkiaan, työn tuloksena saadaan tietoa full-duplex lähetin/ vastaanottimessa esiintyvien eri epäideaalisuuksien voimakkuuksista. Varsinainen analyysi perustuu yksinkertaistettuihin malleihin, joilla pyritään mallintamaan yksittäisten komponenttien synnyttämiä analogisia häiriöitä. Näiden mallien avulla johdetaan lausekkeet eri signaalikomponenttien tehoille, joilla saadaan laskettua lopullinen signaali-kohina-interferenssi suhde. Tämän lisäksi johdetuilla lausekkeilla lasketaan lukuisia esimerkkituloksia käyttäen todenmukaisia parametreja. Saadut tulokset osoittavat, että analogia-digitaalimuunnoksessa vaaditaan runsaasti bittejä, tai vaihtoehtoisesti, että itse-interferenssiä täytyy vaimentaa analogisesti huomattava määrä. Lisäksi havaittiin, että tietyt analogiset häiriöt, etenkin tehovahvistimen aiheuttama epälineaarinen vääristymä, sekä mahdollisesti myös vastaanottimen epälineaarisuus, täytyy ottaa huomioon vaimennettaessa itse-interferenssiä digitaalisesti. Saadut tulokset ovat yhtäpitäviä aaltomuotosimulaatioilla saatujen tulosten kanssa, mikä vahvistaa niiden luotettavuuden

機械学習を用いたコグニティブ無線におけるOFDM信号認識に関する研究

電気通信大学201