Effects of Correlated Local Spectrum Sensing Decisions on the Throughput of CR Systems

It is widely known that cooperative spectrum sensing in which secondary users scattered in some region collaborate to detect primary users can significantly reduce the performance degradation due to the fading phenomenon. Most of previous works on cooperative spectrum sensing are based on the assumption that the local spectrum sensing decisions of secondary users are statistically independent. However, there can be practically some statistical correlation between the local decisions of any two secondary users in close proximity, which is caused by shadowing effect. In order to evaluate the effect of this correlation on the performance of collaborative spectrum sensing, we assumed that, for the case that a primary user are active in the spectrum of interest, any two local decisions are statistically correlated to each other with some level of constant correlation and independent otherwise, and analyzed the achievable throughput with the degree of correlation varying. The results showed that, as the degree of correlation gets higher, the throughput increases for the case of the AND fusion rule and decreases for the OR fusion rule.

스펙트럼 감지 결정간의 상관 관계가 CR 시스템의 전송 용량에 미치는 영향

협력 스펙트럼 감지(cooperative spectrum sensing) 방식은 지역적으로 분산되어 있는 다수의 부 사용자들이 협력하여 스펙트럼 감지를 수행하는 방법으로, 페이딩으로 인한 검파 성능의 손실을 효과적으로 줄일 수 있는 것으로 알려져 있다. 지금까지 협력 스펙트럼 감지에 관해 발표된 대부분의 연구 결과들은 부 사용자들의 스펙트럼 감지 결정이 통계적으로 서로 독립이라는 가정에 기초한 것이다. 그러나 실제 환경에서는 음영 효과(shadowing effect)로 인해 서로 가까이에 위치한 부 사용자들의 감지 결정(decision)들은 상관 관계(correlation)를 가질 수 있다. 이런 요인이 협력 스펙트럼 감지 방식의 성능에 미치는 영향을 평가하기 위하여, 본 논문에서는 주 사용자(primary user)가 활동할 때는 서로 다른 부 사용자 2명의 스펙트럼 감지 결정 사이에 일정한 통계적 상관도(correlation)가 존재하고, 활동하지 않는 경우에는 통계적으로 독립인 것으로 CR 시스템 환경을 설정한 후, 통계적 상관도에 따라 전송 용량(throughput)이 어떻게 변화하는 지를 분석하였다. 분석 결과 부 사용자들의 스펙트럼 감지 결정 사이의 상관 계수가 커질수록 OR 융합 규칙을 사용하는 경우에는 전송 용량이 줄어들은 반면 AND 융합 규칙을 사용하는 경우는 전송 용량이 증가하는 것으로 나타났다.