Cooperative MIMO Transmission with Adaptive Power Control based on Decentralized Cognitive Radio

Abstract

Cognitive radio (CR) has been proposed as an effective technology for flexible use of the radio spectrum. The interference between primary users and CR users, however, becomes a critical problem when they are using adjacent frequency channels with different power. In this paper, cooperative multi-input multi-output (MIMO) transmission with adaptive power control scheme is proposed to avoid performance degradation of primary users due to adjacent channel interference (ACI) from CR users and to improve capacity of CR users. This new approach is characterized by an adaptive power allocation of subcarriers to guarantee performance of primary users by maintaining the ACI below interference threshold of primary users, and an adaptive hybrid MIMO and interference temperature based cooperation algorithm for subcarrier under heavy ACI. By computer simulation, it has been shown that the proposed algorithm outperforms the conventional CR system with regards to capacity.;Cognitive radio (CR)은 무선주파수 자원의 유연한 이용을 위한 효과적인 기술로 제안되었다. 그러나 서로 인접 대역에 위치한 primary 시스템과 CR 시스템의 전송 power나 운영 시스템이 상이할 경우에는 인접 대역 간섭(Adjacent Channel Interference, ACI)으로 인하여 primary 시스템과 CR 시스템의 성능이 떨어지게 된다. 본 논문에서는 CR ad hoc network에서 CR node가 primary 사용자에게 주는 ACI를 제어하여 primary 시스템을 보호하는 adaptive power allocation 기법과 primary 사용자에 의해 CR node가 받게 되는ACI로 인한 CR 시스템의 성능 저하 문제를 해결하기 위해 adaptive hybrid MIMO 기법과 interference temperature based cooperative transmission 알고리즘을 제안한다. Adaptive power allocation 기법은 CR node와 primary node의 interference temperature 를 기반으로 primary 사용자의 간섭 허용치를 만족하도록 각 subcarrier의 전송 power를 적응적으로 할당하여 primary 사용자의 성능을 유지토록 한다. 또한 primary 사용자로부터 발생하는 ACI로 인하여 CR node의 capacity가 떨어지는 문제를 해결하기 위해 diversity gain과 multiplexing gain을 subcarrier 별로 적응적으로 적용하는 adaptive hybrid MIMO 기법을 제안한다. 더불어 ACI의 영향에 민감한 주파수 대역의 경계에 위치한 subcarrier들이 adaptive hybrid MIMO 기법만으로 만족할만한 성능을 얻지 못할 경우를 위해 interference temperature based cooperative transmission 알고리즘을 제안한다. Interference temperature based cooperative transmission 알고리즘은 같은 대역이라 하더라도 각 CR node가 느끼는interference temperature가 다른 점을 이용하여 최적의 cooperator을 선택하는 cooperator selection 알고리즘을 포함한다. 본 논문에서 제안된 알고리즘을 통하여 CR node의 성능이 향상됨을 simulation에서 보인다.