Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-01-04T16:32:12Z No. of bitstreams: 1 2015_WanessadeAlvarengaSilva.pdf: 4783306 bytes, checksum: 4bba54eb177b0026d674cbcea99df29e (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-02-15T20:11:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_WanessadeAlvarengaSilva.pdf: 4783306 bytes, checksum: 4bba54eb177b0026d674cbcea99df29e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-15T20:11:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_WanessadeAlvarengaSilva.pdf: 4783306 bytes, checksum: 4bba54eb177b0026d674cbcea99df29e (MD5) / O desejo pela evolução dos sistemas de telecomunicações e as questões relativas à escassez es- pectral impulsionam o desenvolvimento de tecnologias de comunicação sem fio mais eficientes e mais inteligentes. Pautado neste paradigma tecnológico, este trabalho apresenta e investiga a análise de sistemas de rádios cognitivos com ênfase em sensoriamento espectral baseado em detecção de energia, operando em canais modelados pelas distribuições compostas Nakagami- m/Gamma e κ-μ sombreada. Investigam-se as probabilidades de detecção, de alarme falso e de perda de detecção em cenários de sensoriamento simples e cooperativo. Medidas de campo são utilizadas para investigar a utilidade prática dos modelos compostos Nakagami-m/Gamma e κ-μ sombreado, ilustrando o excelente ajuste destas distribuições a dados obtidos em ambien- tes reais. Comparando os modelos de desvanecimento tradicionais com os modelos compostos, observa-se a vantagem em se modelar canais com distribuições compostas, uma vez que estas caracterizam os canais de modo mais realístico. A fim de ampliar a análise de modelos de des- vanecimento compostos, esta dissertação propõe e realiza uma investigação prática da função de densidade de probabilidade (PDF) e da função de densidade acumulativa (CDF) da distribuição composta α-μ/α-μ que é um resultado recente na literatura. A distribuição composta α-μ/α-μ, que descreve mutuamente os efeitos dos desvanecimentos de pequena e de larga escala, pode ser considerada uma importante ferramenta matemática para modelar uma ampla variedade de canais de comunicação. A presente investigação inclui comparações entre PDFs e CDFs teóri- cas e práticas. A análise foi realizada para sistemas de comunicação operando em 700 MHz, 1800 MHz e 2500 MHz, em ambientes urbanos típicos. Os resultados comprovam a utilidade, a eficiência e a flexibilidade do modelo α-μ/α-μ e a investigação abordada proporciona uma base informativa para uma posterior análise em sistemas de rádios cognitivos. _______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The desire for the telecommunications systems evolution and the issues relating to spectral shortages drive the development of more efficient and smarter wireless communication techno- logies. Guided in this technological paradigm, this paper presents and investigates the analysis of cognitive radio systems with emphasis in spectrum sensing based on energy detection, under Nakagami-m/Gamma and κ-μ shadowed channels. The detection probability, false alarm pro- bability and the missing probability in single and cooperative sensing scenarios are investigated. Field measurements are used to investigate the practical use of the Nakagami-m/Gamma and κ-μ shadowed composite models. It can be observed that excellent fit of these distributions to data in real environments. There is the advantage in shaping channels with composite distri- butions, comparing the traditional fading models against composite fading models, since these characterize the channels more realistically. In order to expand the analysis of composite fading models, this paper proposes and carries out the practical research of the α-μ/α-μ probability density function (PDF) and cumulative density function (CDF) which are a recent result in the literature. The composite distribution α-μ/α-μ, describes the effects of fast and slow fading, it can be considered as an important mathematical tool for modeling a wide variety of commu- nication channels. This research includes comparisons between theoretical and practical PDFs and CDFs. The analysis was performed for radio channels operating at 700 MHz, 1800 MHz and 2500 MHz in typical urban environments. The results show the usefulness, efficiency and flexibility of the α-μ/α-μ model and the presented investigation provides information for pos- terior analysis based on cognitive radio systems.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-01-05T19:41:36Z No. of bitstreams: 1 2015_VictorHugoLázaroLopes.pdf: 1655014 bytes, checksum: 007f72392e42811d0c4aa675857eab5c (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-02-19T18:36:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_VictorHugoLázaroLopes.pdf: 1655014 bytes, checksum: 007f72392e42811d0c4aa675857eab5c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-19T18:36:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_VictorHugoLázaroLopes.pdf: 1655014 bytes, checksum: 007f72392e42811d0c4aa675857eab5c (MD5) / Embora as faixas do espectro eletromagnético destinadas às aplicações do grande público estejam quase todas licenciadas, estudos realizados revelam que o espectro é subutilizado. Tendo em vista que o sensoriamento de espectro é a principal funcionalidade que habilita as redes de rádios cognitivos (RC) a usarem as melhores oportunidades no espectro, diversos esforços têm sido empregados buscando-se melhorar o compromisso entre sensoriamento da rede primária e capacidade de transmissão da rede secundária, de forma a superar as limitações das abordagens clássicas, tal como o sensoriamento serial, que requer a interrupção da transmissão para a realização do sensoriamento. Neste sentido, este trabalho apresenta um método de sensoriamento de espectro contínuo e paralelo à transmissão para redes de rádios cognitivos MIMO, em que havendo múltiplos usuários primários (UPs) e usuários secundários (USs) transmitindo no mesmo canal de interesse, os sinais recebidos dos USs possam ser cancelados da matriz de sinais recebidos, com o emprego das técnicas dos mínimos quadrados (Least Squares - LS) e análise de componentes independentes (Independent Component Analysis - ICA), que realizam a completa estimação dos sinais dos múltiplos usuários secundários transmissores, possibilitando o cancelamento destes sinais antes deles chegarem ao detector de energia. Este trabalho demonstra que em ambientes de redes de RCs, nos quais o sensoriamento ocorre de forma paralela à transmissão, a existência de outros usuários secundários transmitindo no canal de interesse gera complicações na detecção dos usuários primários, e que este problema pode ser contornado com o uso das técnicas de cancelamento aqui descritas. Para validar o sistema proposto, simulações foram realizadas utilizando-se o método de Monte Carlo, de forma a verificar o desempenho do sensoriamento após o cancelamento dos sinais dos secundários, em diversos cenários, para cada uma das técnicas empregadas. ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Although the electromagnetic spectrum bands intended for applications from the general public have been almost all licensed, studies show that spectrum is under-utilized. Considering that spectrum sensing is the main feature that enables the cognitive radio networks (CR) to use the best opportunities in the spectrum, various efforts have been employed seeking to improve the compromise between the primary network sensing and transmission capacity of the secondary network, in order to overcome the limitations of traditional approaches, such as the serial sensing, which requires the interruption of the transmission to perform the sensing. In this sense, this work presents a method of continous spectrum sensing and parallel to the transmission for MIMO cognitive radio networks, in which having multiple primary users (PUs) and secondary users (SUs) transmitting on same channel of interest, the received signals of SUs they can be canceled from the matrix of received signals, by employing of the techniques of Least Squares (LS) and Independent Component Analysis (ICA), that perform a complete estimation of signals from multiple transmitters secondary users, enabling the cancellation of these signals before they reach the energy detector. This work demonstrates that in RC network environments, in which sensing occurs parallel to the transmission, the existence of other secondary users transmitting on the channel of interest creates complications in the detection of the primary users, and that this problem can be solved with the use of cancellation techniques described here. To validate the proposed system, simulations were performed using the Monte Carlo method, in order to check the performance of sensing after cancellation of signals of the secondary users, in various scenarios, by each of the employed techniques.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2010. / Submitted by Fernanda Weschenfelder (nandaweschenfelder@gmail.com) on 2010-11-08T17:20:06Z No. of bitstreams: 1 2010_ErikaPortelaLopesdeAlmeida.pdf: 2794544 bytes, checksum: 42433c04d0d153cc387ec2797e32fb86 (MD5) / Approved for entry into archive by Daniel Ribeiro(daniel@bce.unb.br) on 2010-11-09T01:10:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_ErikaPortelaLopesdeAlmeida.pdf: 2794544 bytes, checksum: 42433c04d0d153cc387ec2797e32fb86 (MD5) / Made available in DSpace on 2010-11-09T01:10:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_ErikaPortelaLopesdeAlmeida.pdf: 2794544 bytes, checksum: 42433c04d0d153cc387ec2797e32fb86 (MD5) / 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.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2015. / Submitted by Tania Milca Carvalho Malheiros (tania@bce.unb.br) on 2016-02-01T14:42:19Z No. of bitstreams: 1 2015_AnnitadeOliveiraPetrocchiRibas .pdf: 1074504 bytes, checksum: 58533254cb870707c878743ee4ef1440 (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br) on 2016-02-02T11:40:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_AnnitadeOliveiraPetrocchiRibas .pdf: 1074504 bytes, checksum: 58533254cb870707c878743ee4ef1440 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-02T11:40:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_AnnitadeOliveiraPetrocchiRibas .pdf: 1074504 bytes, checksum: 58533254cb870707c878743ee4ef1440 (MD5) / Este trabalho tem como objetivo estudar e investigar sistemas de rádios cognitivos operando por meio de sensoriamento do espectro utilizando detecção de energia baseada em dois limiares de detecção em canais sob desvanecimento generalizado kappa-mu. Neste contexto, são obtidas formulações e analisada a capacidade do sistema proposto. Para isso, utilizam-se duas métricas: curvas ROC (do inglês Receiver Operating Characteristics} e AUC (do inglês Area Under the ROC curve). Nas curvas ROC é possível investigar a probabilidade de não detecção (Pm, do inglês missing probability) versus a probabilidade de falso alarme (Pf, do inglês false-alarm probability). Nesta dissertação, curvas ROC são obtidas para diferentes valores dos parâmetros físicos da distribuição kappa-mu considerando os modelos de um limiar de detecção e dois limiares de detecção por energia, e estas curvas são comparadas para demonstrar o efeito de ambos os esquemas. Além disso, é analisado o impacto da incerteza na estimação da potência do ruído e o impacto da implementação de técnicas de diversidade espacial na performance do detector de dois limiares. Para os cenários de detecção por dois limiares de energia, análises numéricas e medições de campo são utilizadas para demonstrar a flexibilidade do modelo proposto sob ambientes de desvanecimento kappa-mu e incerteza no ruído. Para a métrica da área sob as Curvas ROC, diferentes cenários considerando desvanecimento, incerteza do ruído e diversidade são investigados, de forma a demonstrar a capacidade global de detecção do sistema. / This work's objective is to study the double threshold spectrum-sensing energy detection model for kappa-mu fading channels. Theoretical formulas will be obtained and help to analyze the channel's capability behavior for the proposed model. In order to do that, the ROC (Receiver Operating Characteristics) curve will be explained and the AUC (Area Under the ROC Curve) will be used as a way of measuring the performance of the system. In the ROC curve, it is possible to obtain the probability of miss detection (Pm) versus the probability of false alarm (Pf). Physical parameters are set using the kappa-mu distribution to generate different ROC curves for the single and double threshold models. Then, the graphics are compared so that both models characteristics and performance are better explained. Also, the uncertainty on the noise power estimation and diversity techniques are analyzed when using the double threshold model. Different scenarios considering noise uncertainty and diversity are investigated. Theoretical simulations are performed to better compare the ROC curves for these different scenarios using the single and double threshold models and considering fading.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2012. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2013-02-06T10:47:37Z No. of bitstreams: 1 2012_WilsonDinizWellisch.pdf: 2790851 bytes, checksum: 48f5f02733ff9c39a49fcb3bb66efa29 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-02-06T12:00:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_WilsonDinizWellisch.pdf: 2790851 bytes, checksum: 48f5f02733ff9c39a49fcb3bb66efa29 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-02-06T12:00:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_WilsonDinizWellisch.pdf: 2790851 bytes, checksum: 48f5f02733ff9c39a49fcb3bb66efa29 (MD5) / Em um sistema de rádio cognitivo no qual o usuário primário utiliza um sistema baseado em um esquema TDMA/FDMA, a detecção do espectro deverá ser capaz de identificar a ocupação tanto da banda de frequência quanto dos intervalos de tempo. Enquanto isso pode ser feito por sensoriamento de cada canal de frequência em banda estreita em turnos, nós também podemos realizar uma amostragem em banda larga do sinal transmitido, e identificar simultaneamente as bandas de frequência e os instantes de tempo ocupados por meio de uma Análise de Tempo-Frequência. Neste trabalho é proposta a utilização desta abordagem, utilizando o Espectrograma, a fim de detectar o espectro e determinar os canais ocupados de um sistema TETRA. Para esse fim, são apresentados os conceitos relacionados ao sistema TETRA, e aspectos regulamentares a serem considerados para disponibilização da tecnologia de rádio cognitivo no Brasil. Apresenta-se, também, as principais características de alguns dos métodos de sensoriamento espectral, como o Detector de Energia, a Detecção de Cicloestationaria, a Transformada de Fourier de Tempo Curto, o Espectrograma e a Wigner-Ville Distribuição. Por fim, um teste de desempenho do espectrograma é realizado. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / In a cognitive radio system where the primary user is a TDMA/FDMA based system, spectrum sensing must be able to identify the occupation of both a frequency band and a time slot. Whereas this can be done by scanning each narrowband frequency channel in turns, we can also perform a wideband sampling of the transmitted signal, and identify simultaneously the occupied frequency bands and time slots by means of a time-frequency analysis. In this work we propose the use of this approach, using a spectrogram, in order to sense the spectrum and determine the occupied channels of a TETRA system. For this purpose, it is presented the concepts related to TETRA systems and regulatory aspects to be consider in other to implement the cognitive radio technology in Brazil. It is presented, too, the main features of some spectral sensing methods, like Energy Detector, Cyclostationary Detection, Short Time Fourier Transform, Spectrogram and Wigner-Ville Distribution. Finally, a performance test of the Spectrogram is held.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2014-10-21T15:06:13Z No. of bitstreams: 1 2014_DiogoSandersStaruingChaves.pdf: 1166698 bytes, checksum: 65390bf55c59c293c1920377bef34e0a (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br) on 2014-11-18T16:06:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_DiogoSandersStaruingChaves.pdf: 1166698 bytes, checksum: 65390bf55c59c293c1920377bef34e0a (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-18T16:06:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_DiogoSandersStaruingChaves.pdf: 1166698 bytes, checksum: 65390bf55c59c293c1920377bef34e0a (MD5) / Este trabalho apresenta um estudo de sistemas de rádiosognitivos operando por meio de sensoriamento de espetro emanais em desvaneimento κ-μ e η-μ. Nesteontexto, aborda-se um esquema baseado em detecção de energia, em que é possível obter formulações e analisar as caraterísticas de operação do reeptor (ROC, do inglês reeiver operationharateristis). Nasurvas geradasé possível visualizar a probabilidade de não detecção (Pm, do inglês missing detetion probability)pela probabilidade de falso-alarme (Pf , do inglês false-alarm probability). Diversos cenários são analisados, nos quais os parâmetros de desvanecimento de cada função de distribuição são variados para representar desde um cenário de desvanecimento suave até um cenário de desvanecimento severo. Juntamente com as ROC sob desvanecimentos modelados pelas distribuições κ-μ e η-μ,são geradas ROCs para ambientes em desvanecimento Rayleigh, para efeito de comparação. Em seguida, é discutido o sensoriamento espetral cooperativo, em que é investigado o desempenho dos sistemas rádioognitivo quando se utiliza um número n de usuários colaboradores. Novamente,para estes esquemas colaborativos, são analisa dos cenários sob desvanecimentos típicos e severos.Características de operação do receptor são apresentadas para diferentes quantidades de usuários colaborativos. Visando demonstrar os ganhos obtidos em um cenário cooperativo, para um número pequeno de colaboradores até um número grande, novas formulações e análises das características de operação do receptor são geradas sendo possível visualizar a probabilidade de não detecção em relação à razão sinal-ruído média para cada grupo de n colaboradores. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Theurrent work presents a detailed study on spectrum sensing system under κ-μ and η-μ fadinghannels. For the spectrum sensing, the approah taken was the use of energy detetion, wherewe were able to generateomplementary reeiver operatingharateristis (ROC)urves, whihplot the missing detetion probability (Pm) versus the false-alarm probability (Pf ). Several sena-rios were detailed, where the fading parameters of eah distribution were diversied to representa typial fading senario until a severe fading. Along with the ROCurves of the κ-μ and η-μdistributions, curves were generated for theases of Rayleigh fadinghannel foromparison. Next,the disussion onooperative spetrum sensing was also analyzed, investigation on the behaviorofomplementary reeiver operatingharateristisurves when a number of nooperative usersis used. Again for theooperative spetrum sensing, senarios under a typial and severe fadingonditions werereated. Complementary ROCurves are presented for diferent numbers ofoo-perative users. In order to demonstrate the gain in aollaborative senario, from a small number of users to a large number of users, ROCurves were generated where itan be seen the missing probability versus the average signal-to-noise ratio for eah group of n collaboractive users.

Em 1997, o conceito de rádio cognitivo foi proposto pela primeira vez e evoluiu significativamente até os dias de hoje, como solução para o problema da escassez de espectro eletromagnético. Nessa proposta, usuários oportunistas, através de acesso dinâmico ao espectro, fazem uso das faixas de frequências atribuídas a usuários licenciados, quando eles não as estão utilizando. Para que isso seja possível, sem interferir ou degradar os sinais dos usuários licenciados, é necessário atender a quatro requisitos essenciais de rádios cognitivos: Sensoriamento espectral, Decisão do espectro, Compartilhamento do espectro e Mobilidade espectral. Neste trabalho, o sensoriamento espectral é investigado com base na detecção de energia. Um algoritmo é desenvolvido para se determinar o número de canais ocupados e o número de amostras necessárias na detecção para se atingir probabilidades de detecção e falso alarme pré-estabelecidas. Resultados de simulações são apresentadas mostrando que a incerteza do ruído degrada o desempenho do sistema quando a relação sinal-ruído é baixa. O algoritmo desenvolvido permite também determinar o limite inferior para a relação sinal-ruído, quando há incerteza do ruído. O comportamento da probabilidade de detecção em função da probabilidade de falso alarme parametrizado para número de amostras e relação sinal-ruído é apresentado. As curvas resultantes são muitas vezes referidas como curvas ROC - Receiver Operation Characteristics na literatura. Em função do grande interesse sócio-político pela banda de TV, que o cenário das telecomunicações atualmente apresenta, a mesma foi escolhida para alguns exemplos deste estudo. / In 1997, the concept of cognitive radio was proposed for the first time and evolved significantly to the present days, as a solution to the problem of electromagnetic spectrum scarcity. In the proposed approach, opportunistic users utilize frequency bands originally assigned to licensed users through dynamic spectrum access when the licensed users are not using them. To make this possible, without interfering or degrading the signals from the licensed users, it is necessary to fulfill four essential requirements of cognitive radios: spectrum sensing, spectrum decision, spectrum sharing, and spectrum mobility. In this work, spectrum sensing based on energy detection was investigated. An algorithm was developed for the determination of channel occupation and the number of samples needed for the detection process to achieve pre-established probabilities of detection and false-alarm. Simulations results are presented showing that noise uncertainty degrade the performance of the system when the signal-to-noise ratio is low. The developed algorithm allows determining a lower threshold for the signal-to-noise ratio, when noise uncertainty exists. The detection probability behavior as a function of the false alarm probability having the number of samples and the signal-to noise ratio as parameters is presented. The resulting curves are often denominated ROC - Receiver Operation Characteristics in the literature. Due to the high social and political interest in the TV broadcasting band, that telecommunications scenario currently presents, this band was chosen for same examples in this study.

Em 1997, o conceito de rádio cognitivo foi proposto pela primeira vez e evoluiu significativamente até os dias de hoje, como solução para o problema da escassez de espectro eletromagnético. Nessa proposta, usuários oportunistas, através de acesso dinâmico ao espectro, fazem uso das faixas de frequências atribuídas a usuários licenciados, quando eles não as estão utilizando. Para que isso seja possível, sem interferir ou degradar os sinais dos usuários licenciados, é necessário atender a quatro requisitos essenciais de rádios cognitivos: Sensoriamento espectral, Decisão do espectro, Compartilhamento do espectro e Mobilidade espectral. Neste trabalho, o sensoriamento espectral é investigado com base na detecção de energia. Um algoritmo é desenvolvido para se determinar o número de canais ocupados e o número de amostras necessárias na detecção para se atingir probabilidades de detecção e falso alarme pré-estabelecidas. Resultados de simulações são apresentadas mostrando que a incerteza do ruído degrada o desempenho do sistema quando a relação sinal-ruído é baixa. O algoritmo desenvolvido permite também determinar o limite inferior para a relação sinal-ruído, quando há incerteza do ruído. O comportamento da probabilidade de detecção em função da probabilidade de falso alarme parametrizado para número de amostras e relação sinal-ruído é apresentado. As curvas resultantes são muitas vezes referidas como curvas ROC - Receiver Operation Characteristics na literatura. Em função do grande interesse sócio-político pela banda de TV, que o cenário das telecomunicações atualmente apresenta, a mesma foi escolhida para alguns exemplos deste estudo. / In 1997, the concept of cognitive radio was proposed for the first time and evolved significantly to the present days, as a solution to the problem of electromagnetic spectrum scarcity. In the proposed approach, opportunistic users utilize frequency bands originally assigned to licensed users through dynamic spectrum access when the licensed users are not using them. To make this possible, without interfering or degrading the signals from the licensed users, it is necessary to fulfill four essential requirements of cognitive radios: spectrum sensing, spectrum decision, spectrum sharing, and spectrum mobility. In this work, spectrum sensing based on energy detection was investigated. An algorithm was developed for the determination of channel occupation and the number of samples needed for the detection process to achieve pre-established probabilities of detection and false-alarm. Simulations results are presented showing that noise uncertainty degrade the performance of the system when the signal-to-noise ratio is low. The developed algorithm allows determining a lower threshold for the signal-to-noise ratio, when noise uncertainty exists. The detection probability behavior as a function of the false alarm probability having the number of samples and the signal-to noise ratio as parameters is presented. The resulting curves are often denominated ROC - Receiver Operation Characteristics in the literature. Due to the high social and political interest in the TV broadcasting band, that telecommunications scenario currently presents, this band was chosen for same examples in this study.

Esta tese de doutorado trata de algoritmos de detecção cooperativa aplicados ao problema de sensoriamento espectral em sistemas de rádios cognitivos. O problema de detecção cooperativa é abordado sob dois paradigmas distintos: detecção centralizada e distribuída. No primeiro caso, considera-se que o sistema conta com um centro de fusão responsável pela tomada de decisão no processo de detecção. Já no segundo caso, considera-se que os rádios cognitivos da rede trocam informações entre si e as decisões são tomadas localmente. No que concerne ao sensoriamento espectral centralizado, são estudados os casos em que os rádios cognitivos enviam apenas um bit de decisão para o centro de fusão (decisão do tipo hard) e também o caso em que o detector envia a própria estatística de teste ao centro de fusão (decisão do tipo soft). No âmbito de sensoriamento espectral cooperativo com detecção distribuída, são tratados três cenários diferentes. No primeiro, considera-se o caso em que os rádios cognitivos têm conhecimento a priori do sinal enviado pelo usuário primário do sistema e do canal entre eles e o usuário primário. No segundo caso, há conhecimento apenas do sinal enviado pelo usuário primário. Já no terceiro, os rádios cognitivos não dispõem de qualquer informação a priori do sinal enviado pelo usuário primário. Além do problema de detecção distribuída, a tese também apresenta um capítulo dedicado ao problema de estimação, diretamente associado ao de detecção. Esse último problema é abordado utilizando algoritmos derivados da teoria clássica de filtragem adaptativa. / This doctorate thesis deals with cooperative detection algorithms applied to the spectral sensing problem. The cooperative detection problem is approached under two different paradigms: centralized and distributed detection. In the first case, is considered that a fusion center responsible for detection decision is presented in the system. On the other hand, in the second case, is considered that the cognitive radios in the network exchange information among them. Concerning the centralized spectrum sensing system, the case in which the cognitive radios send only one decision bit (hard decision) to the fusion center and the case in which the detector send the statistic test (soft decision) are considered. Regarding the spectrum sensing system with distributed detection, the work analysis three different scenarios. In the first one, where the cognitive radios explore an a priori knowledge of the primary user signal and the channel between the primary user and the cognitive radio. In the second one, the cognitive radios use an a priori knowledge of only the primary user signal. And, in the las scenario, there is no a priori knowledge about the primary user signal. Besides the distributed detection problem, the thesis also presents a chapter dedicated to the estimation problem, which is directed related to the detection problem. This last issue is approached using adaptive algorithms derived from the classic adaptive filtering theory.

Esta tese de doutorado trata de algoritmos de detecção cooperativa aplicados ao problema de sensoriamento espectral em sistemas de rádios cognitivos. O problema de detecção cooperativa é abordado sob dois paradigmas distintos: detecção centralizada e distribuída. No primeiro caso, considera-se que o sistema conta com um centro de fusão responsável pela tomada de decisão no processo de detecção. Já no segundo caso, considera-se que os rádios cognitivos da rede trocam informações entre si e as decisões são tomadas localmente. No que concerne ao sensoriamento espectral centralizado, são estudados os casos em que os rádios cognitivos enviam apenas um bit de decisão para o centro de fusão (decisão do tipo hard) e também o caso em que o detector envia a própria estatística de teste ao centro de fusão (decisão do tipo soft). No âmbito de sensoriamento espectral cooperativo com detecção distribuída, são tratados três cenários diferentes. No primeiro, considera-se o caso em que os rádios cognitivos têm conhecimento a priori do sinal enviado pelo usuário primário do sistema e do canal entre eles e o usuário primário. No segundo caso, há conhecimento apenas do sinal enviado pelo usuário primário. Já no terceiro, os rádios cognitivos não dispõem de qualquer informação a priori do sinal enviado pelo usuário primário. Além do problema de detecção distribuída, a tese também apresenta um capítulo dedicado ao problema de estimação, diretamente associado ao de detecção. Esse último problema é abordado utilizando algoritmos derivados da teoria clássica de filtragem adaptativa. / This doctorate thesis deals with cooperative detection algorithms applied to the spectral sensing problem. The cooperative detection problem is approached under two different paradigms: centralized and distributed detection. In the first case, is considered that a fusion center responsible for detection decision is presented in the system. On the other hand, in the second case, is considered that the cognitive radios in the network exchange information among them. Concerning the centralized spectrum sensing system, the case in which the cognitive radios send only one decision bit (hard decision) to the fusion center and the case in which the detector send the statistic test (soft decision) are considered. Regarding the spectrum sensing system with distributed detection, the work analysis three different scenarios. In the first one, where the cognitive radios explore an a priori knowledge of the primary user signal and the channel between the primary user and the cognitive radio. In the second one, the cognitive radios use an a priori knowledge of only the primary user signal. And, in the las scenario, there is no a priori knowledge about the primary user signal. Besides the distributed detection problem, the thesis also presents a chapter dedicated to the estimation problem, which is directed related to the detection problem. This last issue is approached using adaptive algorithms derived from the classic adaptive filtering theory.