Wideband spectrum sensing for cognitive radio

Abstract

Esta tese tem como objetivo o desenvolvimento de uma unidade autónoma de deteção espetral em tempo real. Para tal são analisadas várias implementações para a estimação do nível de ruído de fundo de forma a se poder criar um limiar adaptativo para um detetor com uma taxa constante de falso alarme. Além da identificação binária da utilização do espetro, pretende-se também obter a classificação individual de cada transmissor e a sua ocupação ao longo do tempo. Para tal são exploradas duas soluções baseadas no algoritmo, de agrupamento de dados, conhecido como maximização de expectativas que permite identificar os sinais analisados pela potência recebida e relação de fase entre dois recetores. Um algoritmo de deteção de sinal baseado também na relação de fase de dois recetores e sem necessidade de estimação do ruído de fundo é também demonstrado. Este algoritmo foi otimizado para permitir uma implementação eficiente num arranjo de portas programáveis em campo a funcionar em tempo real para uma elevada largura de banda, permitindo também estimar a direção da transmissão detetada.

The purpose of this thesis is to develop an autonomous unit for real time spectrum sensing. For this purpose, several implementations for the estimation of the background noise level are analysed to create an adaptive threshold and ensure a constant false alarm rate detector. In addition to the binary identification of the spectrum usage, it is also intended to obtain an individual classification of each transmitter occupation and its spectrum usage over time. To do so, two solutions based on the expectation maximization data clustering, that allow to identify the analyzed signals by the received power and phase relation between two receivers, were explored. A signal detection algorithm, also based on the phase relationship between two receivers and with no need for noise estimation is also demonstrated. This algorithm has been optimized to allow an efficient implementation in a FPGA operating in real time for a high bandwidth and it also allows the estimation of the direction of arrival of the detected transmission.