İkincil kullanıcıların spektrum paylaşım modelinde Nakagami- m ve log-normal sönümlemeli kanallar üzerindeki kapasite analizi

Basgumus, Arif; ARDIÇ, MAİDE SULTAN; Namdar, Mustafa

doi:10.17341/gazimmfd.1111493

İkincil kullanıcıların spektrum paylaşım modelinde Nakagami- m ve log-normal sönümlemeli kanallar üzerindeki kapasite analizi

Arif BAŞGÜMÜŞ, (Kütahya Dumlupınar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, 43100, Kütahya, Türkiye)

Maide Sultan ARDIÇ, (Kütahya Dumlupınar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, 43100, Kütahya, Türkiye)

Mustafa NAMDAR (Kütahya Dumlupınar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, 43100, Kütahya, Türkiye)

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi

2 0

Yıl: 2023 Cilt: 38 Sayı: 4 Sayfa Aralığı: 2205 - 2212 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.1111493 İndeks Tarihi: 29-09-2023

İkincil kullanıcıların spektrum paylaşım modelinde Nakagami- m ve log-normal sönümlemeli kanallar üzerindeki kapasite analizi

Öz:

Bu çalışmada, bilişsel radyo ağı için spektrum paylaşım modelinde birincil kullanıcıdan gelen girişimin etkisi dikkate alınarak, ortalama alınan güç kısıtlaması altında ikincil kullanıcı için ergodik kapasite performansı analiz edilmektedir. Kapasiteyi maksimuma çıkaran su doldurma çözümü ve güç tahsisi yaklaşımı ile Nakagami-m ve log-normal dağılımlı sönümlemeli kanallar üzerinde ergodik kapasiteye ilişkin teorik çıkarımlar türetilmektedir. Nümerik sonuçlar, birincil ağ kaynaklı girişim kanallarının, ikincil kullanıcının kapasitesi üzerinde önemli ölçüde etki oluşturduğunu göstermektedir. İkincil kullanıcı için ergodik kapasite performansı; Nakagami dağılımın sönümleme parametresi, log-normal dağılımın standart sapması ve ikincil kullanıcın optimum gücünü belirleyen Lagrange çarpanı parametreleri dikkate alınarak, Monte Carlo benzetimleriyle doğrulanmaktadır.

Anahtar Kelime: Bilişsel radyo Ergodik kapasite Nakagami-m ve log-normal sönümleme kanalları Spektrum paylaşımı

Capacity analysis of the secondary users in spectrum sharing model over Nakagami- m and log-normal fading channels

Öz:

In this study, ergodic capacity performance for the secondary user is analyzed under the average received power constraint taking into account the effect of interference from the primary user in the spectrum sharing model for the cognitive radio network. With the capacity-maximizing water-filling solution and power allocation approach, the theoretical derivations for ergodic capacity are provided on Nakagami-𝑚 and log- normally distributed fading channels. The numerical results show that interference channels originating from the primary network have a significant impact on the capacity of the secondary user. Ergodic capacity performance for the secondary user is verified by Monte Carlo simulations, taking into account the fading parameter of the Nakagami distribution, the standard deviation of the log-normal distribution, and the Lagrange multiplier parameters that determine the optimum power of the secondary user.

Anahtar Kelime: Cognitive radio Ergodic capacity Nakagami-𝑚 and log- normal fading channels Spectrum sharing

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

1. Haykin S., Cognitive radio: Brain-empowered wireless communications, IEEE Journal on Selected Areas in Comm., 23 (21), 201-220, 2005.
2. Haneet K., Jha R. K., Jain S., and Kumar P., Protocol design and resource allocation for power optimization using spectrum sharing for 5G networks, Telecommunication Systems, 72, 95–113, 2019.
3. Ridhima and Buttar A. S., Fundamental operations of cognitive radio: A survey, IEEE Int. Conf. on Electrical, Computer and Comm. Technologies (ICECCT), 1-5, 2019.
4. Federal Communications Commission, Spectrum Policy Task Force Report, ET Docket No. 02-135, 2002. https://www.fcc.gov/document/spectrum-policy-task-force. Yayın tarihi Kasım 15, 2002. Erişim tarihi Nisan 20, 2022.
5. Panwar N., Sharma S., and Singh A. K., A survey on 5G: The next generation of mobile communication, Physical Comm., 18 (2), 64-84, 2016.
6. Namdar M. and Ilhan H., Exact closed-form solution for detection probability in cognitive radio networks with switch-and-examine combining diversity, IEEE Trans. on Vehicular Technology, 67 (9), 8215-22, 2018.
7. Namdar M. et al., Iterative interference alignment with spatial hole sensing in MIMO cognitive radio networks, Annals of Telecommunications, 9 (3), 1-9, 2021.
8. Gastpar M., On capacity under received-signal constraints, 42nd Annual Allerton Conf. Comm. Control Computing, 1322-31, 2004.
9. Musavian L. and Aissa S., Capacity and power allocation for spectrum sharing communications in fading channels, IEEE Trans. on Wireless Comm., 8 (1), 148-156, 2009.
10. Ghasemi A. and Sousa E.S., Fundamental limits of spectrum-sharing in fading environments, IEEE Trans. on Wireless Comm., 6 (2), 649-658, 2007.
11. Kang X., Liang Y. C., Nallanathan A., Garg H. K., and Zhang R., Optimal power allocation for fading channels in cognitive radio networks: Ergodic capacity and outage capacity, IEEE Trans. on Wireless Comm., 8 (2), 940-950, 2009.
12. Bagayoko A., Fijalkow I., and Tortelier P., Power control of spectrum- sharing in fading environment with partial channel state information, IEEE Trans. on Signal Process., 59 (5), 2244-56, 2011.
13. Kim H., Wang H., Lim S., and Hong D., on the impact of outdated channel information on the capacity of secondary user in spectrum sharing environments, IEEE Trans. on Wireless Comm., 11 (1), 284- 295, 2012.
14. Noh G., Lim S., and Hong D., Exact capacity analysis of spectrum sharing systems: Average received-power constraint, IEEE Comm. Letters, 17 (5), 884-887, 2013.
15. Xia M. and Aissa S., Cooperative AF relaying in spectrum-sharing systems: Performance analysis under average interference power constraints and Nakagami-m fading, IEEE Trans. on Comm., 60 (6), 1523-33, 2012.
16. Gradshteyn I. S. and Ryzhik I. M., Tables of integrals, series, and products, Elsevier, 7th edition, U.S.A., 2007.
17. Ucar-Gul M., Namdar M., and Basgumus A., Performance analysis of two-way AF relaying system with the presence of hardware impairments over Nakagami-m fading channels, IET Comm., 14 (15), 2618-27, 2020.
18. Kurnaz Ç., Mutlu M., Monitoring and modelling of long-term radiofrequency electromagnetic field levels, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 36 (2), 669-683, 2021.
19. Namdar M., Ilhan H., and Durak-Ata L., Dispersed chirp-z transform- based spectrum sensing and utilization in cognitive radio networks, IET Signal Process., 8 (4), 320-329, 2014.

APA	Basgumus A, ARDIÇ M, Namdar M (2023). İkincil kullanıcıların spektrum paylaşım modelinde Nakagami- m ve log-normal sönümlemeli kanallar üzerindeki kapasite analizi. , 2205 - 2212. 10.17341/gazimmfd.1111493
Chicago	Basgumus Arif,ARDIÇ MAİDE SULTAN,Namdar Mustafa İkincil kullanıcıların spektrum paylaşım modelinde Nakagami- m ve log-normal sönümlemeli kanallar üzerindeki kapasite analizi. (2023): 2205 - 2212. 10.17341/gazimmfd.1111493
MLA	Basgumus Arif,ARDIÇ MAİDE SULTAN,Namdar Mustafa İkincil kullanıcıların spektrum paylaşım modelinde Nakagami- m ve log-normal sönümlemeli kanallar üzerindeki kapasite analizi. , 2023, ss.2205 - 2212. 10.17341/gazimmfd.1111493
AMA	Basgumus A,ARDIÇ M,Namdar M İkincil kullanıcıların spektrum paylaşım modelinde Nakagami- m ve log-normal sönümlemeli kanallar üzerindeki kapasite analizi. . 2023; 2205 - 2212. 10.17341/gazimmfd.1111493
Vancouver	Basgumus A,ARDIÇ M,Namdar M İkincil kullanıcıların spektrum paylaşım modelinde Nakagami- m ve log-normal sönümlemeli kanallar üzerindeki kapasite analizi. . 2023; 2205 - 2212. 10.17341/gazimmfd.1111493
IEEE	Basgumus A,ARDIÇ M,Namdar M "İkincil kullanıcıların spektrum paylaşım modelinde Nakagami- m ve log-normal sönümlemeli kanallar üzerindeki kapasite analizi." , ss.2205 - 2212, 2023. 10.17341/gazimmfd.1111493
ISNAD	Basgumus, Arif vd. "İkincil kullanıcıların spektrum paylaşım modelinde Nakagami- m ve log-normal sönümlemeli kanallar üzerindeki kapasite analizi". (2023), 2205-2212. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1111493

APA	Basgumus A, ARDIÇ M, Namdar M (2023). İkincil kullanıcıların spektrum paylaşım modelinde Nakagami- m ve log-normal sönümlemeli kanallar üzerindeki kapasite analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38(4), 2205 - 2212. 10.17341/gazimmfd.1111493
Chicago	Basgumus Arif,ARDIÇ MAİDE SULTAN,Namdar Mustafa İkincil kullanıcıların spektrum paylaşım modelinde Nakagami- m ve log-normal sönümlemeli kanallar üzerindeki kapasite analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38, no.4 (2023): 2205 - 2212. 10.17341/gazimmfd.1111493
MLA	Basgumus Arif,ARDIÇ MAİDE SULTAN,Namdar Mustafa İkincil kullanıcıların spektrum paylaşım modelinde Nakagami- m ve log-normal sönümlemeli kanallar üzerindeki kapasite analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.38, no.4, 2023, ss.2205 - 2212. 10.17341/gazimmfd.1111493
AMA	Basgumus A,ARDIÇ M,Namdar M İkincil kullanıcıların spektrum paylaşım modelinde Nakagami- m ve log-normal sönümlemeli kanallar üzerindeki kapasite analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2023; 38(4): 2205 - 2212. 10.17341/gazimmfd.1111493
Vancouver	Basgumus A,ARDIÇ M,Namdar M İkincil kullanıcıların spektrum paylaşım modelinde Nakagami- m ve log-normal sönümlemeli kanallar üzerindeki kapasite analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2023; 38(4): 2205 - 2212. 10.17341/gazimmfd.1111493
IEEE	Basgumus A,ARDIÇ M,Namdar M "İkincil kullanıcıların spektrum paylaşım modelinde Nakagami- m ve log-normal sönümlemeli kanallar üzerindeki kapasite analizi." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38, ss.2205 - 2212, 2023. 10.17341/gazimmfd.1111493
ISNAD	Basgumus, Arif vd. "İkincil kullanıcıların spektrum paylaşım modelinde Nakagami- m ve log-normal sönümlemeli kanallar üzerindeki kapasite analizi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38/4 (2023), 2205-2212. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1111493