非完美信道信息下LTE-V2V通信最优功率控制

针对非完美信道状态信息下LTE-V2V (long-term-evolution vehicle-to-vehicle)通信系统中V2V用户与蜂窝用户频谱复用带来的共道干扰问题,提出了一种以最大化能效为目标的最优功率控制方案。该方案通过V2V用户间通信距离的变化来刻画车载通信的时变特性,并利用随机几何理论对LTE-V2V通信系统中的共道干扰进行数学建模。同时,在蜂窝用户的中断概率和V2V用户最大功率约束条件下,得到V2V用户传输功率的可行域。并在此基础上,建立起最大化V2V用户能效目标函数,求解得到V2V用户的最优功率。数值分析表明,通过调整V2V用户的接入密度可最大化平均和速率,并且在不同V2V用户最大通信距离下,提出的功率控制方法所对应的能效均大于先前的最大功率分配方法所对应的能效。     

一种空时二维联合频谱感知区域划分方案

认知无线电空时二维联合频谱感知技术可以有效利用认知无线电网络的二维频谱资源,该文提出一种空时异构认知网络区域划分方案的设计方法。新的设计方法依据IEEE 802.22标准和应用需求,建立了一种鲁棒性空时二维感知模型,并明确定义了认知无线电网络构架的主用户分布边界、保护边界和感知边界;基于认知用户对主用户通信中断概率的条件约束,严格推导出了3种边界条件的数学闭式解。采用新的设计方案,在保证主用户通信功率和认知用户最大允许通信功率的条件下,能够灵活确定主用户分区和认知用户的Overlay及Underlay接入模式。理论分析和仿真结果表明,新的区域划分方案在保证主用户良好通信质量的前提下,能够实现认知用户在空间维度更有效的分配和接入可用频谱资源。     

CWNs中机会协作传输策略及其差错性能分析

在主用户和感知用户共存的认知无线网(cognitive wireless networks, CWNs)中,针对如何在保证主用户有效传输的同时满足感知用户无线业务通信要求的问题,提出了一种基于频谱感知的机会协作传输策略。在瑞利衰落信道下对所提方案进行理论分析,给出了协作传输与非协作传输策略下平均误比特率的解析表达式,理论分析和仿真结果表明,相对于传统非协作传输而言,机会协作传输策略的差错性能得到明显改善。     

多业务CDMA通信系统联合功率控制

结合多用户检测技术,对于多业务CDMA移动通信系统的上行链路功率控制问题,提出了一种联合功率控制算法。考虑实际系统可能存在负载过重情况,按照业务优先级,逐步切除过载用户,以满足其他用户的QoS。对三类业务进行了仿真研究,表明所给出的联合功率控制算法比传统的功率控制算法节省用户的发射功率,可以支持更多的用户接入小区,增加系统容量。     

基于强化学习的频谱决策与传输算法

在认知无线电(CR)通信中,各信道可能具有不同的带宽、干扰强度和主用户冲突概率,如何据自身业务特性选择最佳信道和传输策略是系统设计的关键问题之一.提出一种基于Q学习的在线学习算法,用于解决多用户多信道CR系统中的信道选择与自适应传输问题.在不知道信道状态信息和主用户业务特性情况下,通过在线学习,获得各种环境下的最佳频谱选择与自适应传输策略.为验证所提方法的有效性,采用随机频谱选择算法和最小干扰频谱选择算法与所提方法进行比较.仿真结果表明,提出的方法通过在线学习实现了认知无线电的自适应控制,能够有效增加认知无线电的通信性能.     

OFDM认知无线电系统中的自适应资源分配新算法

认知无线电能通过提高频谱资源利用率,来解决无线频谱资源紧缺的问题,正交频分复用(OFDM)被认为是能与认知系统完美结合的技术。提出了一种基于OFDM认知系统的动态资源分配算法。该算法从最大化次用户的总传输比特速率出发,在次用户总的发送功率限制和主用户的干扰门限限制下,基于构建的新的代价函数,运用改进的匈牙利算法进行子信道分配,然后根据次用户的需求,进行自适应比特和功率分配。仿真结果表明,该算法可以有效利用不同主用户频带间的频谱空穴,使次用户系统的吞吐量最大,同时保证各个主用户受到的干扰总量低于各自的干扰门限。     

基于分布式博弈论的频谱分配算法

在认知无线电多用户共享频谱中,认知用户之间不进行共同协作,他们总是保持理性,最大化自身的效用函数。不管其他用户使用什么策略,而多个参与者之间互相决策的关系刚好可以通过博弈论分析。针对这样的频谱共享问题,提出了分布式的博弈论频谱分配算法。仿真结果表明,认知用户之间进行博弈达到合理的功率分配,使自身的传输速率最大     

认知无线网络自适应功率控制博弈算法

为满足认知无线网络环境下各认知用户的需求,综合考虑认知用户距离基站的远近、算法稳定性及用户间的干扰问题,使用非合作博弈论对认知无线网络中的功率控制问题进行建模,提出一种使用收益函数和综合代价函数共同表示效用的自适应功率控制算法,理论证明了该算法存在唯一的纳什均衡解。通过引入综合代价函数,使各认知用户在非合作博弈下包含了协作的行为,从而获得帕累托最优解。Matlab仿真表明,该自适应功率控制算法在满足不同用户对SIR需求不同的前提下,克服了远近效应,降低了认知用户的发射功率,实现了高频效和频谱共享的公平性。     

基于公平度和惩罚函数的OFDMA自适应资源分配

针对基于速率自适应准则的正交频分多址自适应资源分配中系统容量和用户公平度的问题,提出了一种采用子载波分配和功率分配两步来解决该问题的新方案。该方案主要通过基于公平度的子载波分配算法和基于惩罚函数的功率分配算法来实现。在子载波分配算法中,当满足公平度约束时就提高系统的容量,否则就提升用户的公平度。而子载波分配后,并不能较好地兼顾系统容量和用户公平度。所以,在功率分配算法中,又基于惩罚函数提出了一种新的功率寻优策略,并且该策略利用基于模拟退火思想的改进人工蜂群算法来实现系统容量和用户公平度的折中。仿真结果表明所提出的方案不仅可以有效地提升系统容量,同时也可以实现给定的公平度约束,进而证明所提方案的有效性。     

空时复用多用户MIMO系统联合天线选择

在下行多用户MIMO通信系统中,用户间很难相互利用彼此间信息,用户间干扰消除必须在基站完成.又由于多用户MIMO系统的复杂结构,使得其链路成本极大增加.针对这些问题,提出一种低复杂度的预编码算法和相应的优化预处理算法,达到消除多用户干扰的目的,与传统线性预编码算法相比,所提算法可充分利用多用户系统容量,为用户提供较好的空间发射分集增益.同时,为了降低系统硬件成本,进一步给出一种基于误码率的发送端、接收端联合天线选择算法.所提天线选择算法可以取得与优化预处理算法相近的误码率性能,使得多用户通信系统性能与硬件成本间达到很好的折衷.仿真结果表明所提算法可以获得较好的性能,适用于实际的通信系统.     

基于隐马尔可夫模型的动态跳频信道接入算法

针对认知无线电信道接入中存在主用户和次级用户相互干扰、吞吐量下降的问题,提出基于隐马尔可夫模型的动态跳频信道接入算法。由于长时段的数据传输造成次级用户无法及时切换信道,将数据传输时段分为多个跳频时段,构建隐马尔可夫模型预测可用信道,建立跳频信道集合,设计动态跳频序列,使信道接入的效率更高。理论分析与仿真结果表明,该算法能够有效降低各级用户之间干扰概率并显著改善系统吞吐量,增加系统可靠性和信道利用率。     

用户随机到达的反馈叠加能量检测算法

在认知无线电网络中,用户（主用户或者次用户）随机到达对频谱检测的性能有很大影响,为解决这个问题,本文提出了一种反馈叠加能量检测算法。通过将检测周期后半部分采样点的瞬时能量值累加到检测周期前半部分采样点的瞬时能量值上,在不延长检测时间的基础之上,改善了整个检测周期的能量统计值。进一步,从理论上分析了本文算法的检测概率、虚警概率、数据碰撞概率和吞吐量。仿真表明,相对现有文献检测方案,本文算法不仅能提高检测性能,而且可以降低用户之间数据发生碰撞的概率,从而提高次用户的吞吐量。     

MIMO-NOMA系统中短包传输的功率分配方法

多输入多输出非正交多址接入(multiple input and multiple output-non-orthogonal multiple access,MIMO-NOMA)技术能够增加设备连接数量,有效提高系统的频谱效率,针对超可靠低时延应用业务中需要短包传输,而多用户簇的MIMO-NOMA系统同一簇用户对内远用户的吞吐量较低的问题,利用奇异值分解和最大比合并的方法消除簇间干扰,考虑近用户解码远用户的块错误概率低于给定阈值条件下,利用交替迭代算法联合优化簇内用户的发送功率和最大可达传输速率,实现远用户吞吐量的最大化。仿真结果表明与短包传输MIMO正交多址接入(orthogonal multiple access,OMA)系统相比,在保证块错误概率低于10^-5的条件下,远用户的吞吐量提高了32%。     

Joint power and spectrum allocation algorithm in cognitive radio networks

The spectrum sharing problem between primary and cognitive users is mainly investigated.Since the interference for primary users and the total power for cognitive users are constrained,based on the well-known water-filling theorem,a novel one-user water-filling algorithm is proposed,and then the corresponding simulation results are given to analyze the feasibility and validity.After that this algorithm is used to solve the communication utility optimization problem subject to the power constraints in cognitive radio network.First,through the gain to noise ratio for cognitive users,a subcarrier and power allocation algorithm based on the optimal frequency partition is proposed for two cognitive users.Then the spectrum sharing algorithm is extended to multiuser conditions such that the greedy and parallel algorithms are proposed for spectrum sharing.Theory and simulation analysis show that the subcarrier and power allocation algorithms can not only protect the primary users but also effectively solve the spectrum and power allocation problem for cognitive users.     

Multi-band spectrum auction framework based on location information in cognitive radio networks

Cognitive radio(CR) technology is considered to be an effective solution to allocate spectrum resources,whereas the primary users of a network do not fully utilize available frequency bands.Spectrum auction framework has been recognized as an effective way to achieve dynamic spectrum access.From the perspective of spectrum auction,multi-band multi-user auction provides a new challenge for spectrum management.This paper proposes an auction framework based on location information for multi-band multi-user spectrum allocation.The performance of the proposed framework is compared with that of traditional auction framework based on a binary interference model as a benchmark.Simulation results show that primary users will obtain more total system revenue by selling their idle frequency bands to secondary users and the spectrum utilization of the proposed framework is more effective and fairer.     

认知无线电系统中三维联合频谱分配算法

为了减少对授权用户的干扰和降低认知用户之间的竞争,保证认知无线电系统正常通信,采用可靠性理论描述一个信道是否能够被认知用户所使用及被连续使用一段时间的概率。从空间、时域和频域3个方面联合起来研究频谱分配,仿真结果表明,三维算法的传输数据量和系统的总吞吐量的值优于贪婪算法和二维算法,有助于减少认知用户对授权用户的干扰和降低认知用户之间的竞争,表明所提算法的有效性。     

Underlay认知无线电网络功率与允入控制优化算法

频谱共享认知无线电网络中允入控制算法对系统总吞吐量、总传输概率及认知用户中断概率的影响,并提出两种新功率与允入控制联合优化算法。所提算法基于信干噪比与功率对应关系,引入有效信干噪比、有效链路增益比两个新权值。在非可行系统中依据新权值逐步移除违规认知用户,使允入认知用户数目最大化并有效控制总传输功率。在可行系统中利用新权值将“极大-极小”服务质量和总吞吐量优化两个问题转化为易解决的传统线性规划问题。仿真实验结果表明,新算法复杂度低、用户中断概率小且系统吞吐量大。     

基于网络编码的D2D干扰消除算法

终端直通(device-to-device, D2D)通信与蜂窝网络共享无线资源的同时,会引起D2D用户、蜂窝用户和基站之间互相干扰,影响通信质量,为此提出一种蜂窝网络中基于网络编码的D2D干扰消除算法。该算法中,D2D发送端将检测到的蜂窝干扰信号与D2D信号进行网络编码,D2D接收端接收到编码信号后,利用干扰重构消除蜂窝干扰信号,达到消除干扰的目的。理论分析与仿真结果表明,该算法在保证D2D用户复用蜂窝用户资源以及提高频谱利用率的同时,可以提高D2D通信系统可达速率和系统吞吐量,进一步降低符号错误概率。     

基于信道分配的多跳认知无线电网络路由算法

现有认知无线电网络中路由算法没有综合考虑主用户的到达率和认知用户竞争使用信道对网络性能的影响。针对上述问题,结合认知无线电网络频谱动态变化的特性,提出一种基于信道分配的多跳认知无线电网络路由算法（multi-hop cognitive routing basedan channel allocation, MCRC）。MCRC算法先得到最大化总吞吐量的全局信道分配,然后考虑主用户使用授权信道的概率和认知用户竞争使用信道的概率,得到认知用户使用某个信道的概率,最后以信道的有效传输时延作为选路标准,根据Dijkstra算法选择最小时延的路径。性能评估结果表明,MCRC明显地减小了平均端到端时延,极大地提高了平均端到端吞吐量。     

下行卫星认知无线电门限与功率联合优化

用于卫星通信的频谱资源日益紧缺,但现存卫星系统却存在利用不足的问题。针对该问题,以最大化卫星通信中下行带内数据传输量为目标,提出了基于Underlay认知无线电的卫星信道检测门限与功率分配联合优化算法。首先分析了下行链路中信道融合检测误差、功率分配向量与数据传输量之间的数学关系,给出了信道数量及总功率均受限时信道与功率联合分配的可行性条件。之后,进行了目标模型可行性论证及融合误差分析,并将优化目标函数问题分解为检测门限与功率分配两个子优化问题。针对两个子问题,文中分别证明了加窗粒子群优化算法适用于数据融合后的门限优化,论证了信道与功率联合分配的可行性,在此基础上给出了信道与功率联合分配的最优解。引入中间量在两个子优化算法之间反复迭代,得到了本文目标函数的联合最优解。最后,仿真给出了检测门限优化性能,结果表明,改进型算法在准确度和迭代次数上均优于传统粒子群算法;比较了该联合优化算法与传统卫星通信方式及普通Underlay认知无线电用于卫星通信时的性能差异,结果表明,该联合算法能够有效提高频谱利用率;给出了算法复杂度。