基于动态多频谱感知的认知无线网络信道接入策略

针对固定频谱感知信道接入机制授权信道分配效率低的问题,提出一种多用户场景下基于动态多频谱感知的认知无线网络信道接入策略.该策略根据认知用户接入请求等级与空闲频谱发现概率为认知用户动态分配感知信道数量,首先分析了认知用户的最佳感知频谱分配数量,在此基础上通过建立认知用户信道接入模型和授权信道可用度更新机制,设计了一种动态感知频谱分配策略,并采用短视策略对网络吞吐量进行了分析.仿真结果表明,所提信道接入策略要比现有认知无线网络信道接入策略提高了网络吞吐量和认知用户接入的公平性,降低了认知用户的平均接入时延.     

基于Kuhn-Munkres算法保证认知用户QoS的动态频谱分配

本算法采用图论方法解决认知无线网络动态频谱分配(DSA)问题.首先,根据认知用户的服务质量(QoS)以及空闲信道的状态,分别为认知用户和信道划分优先权.然后,提出一种新的计算方式预计认知用户使用信道可获得的带宽效益.最后,将划分优先权后的认知用户、信道建立二分图,将带宽效益作为图的权重.在兼顾考虑认知用户的带宽效益和频谱利用率的前提下,使用Kuhn-Munkres算法将信道分配给认知用户.实验仿真结果表明,本算法可以同时优化带宽效益和频谱利用率,在认知用户等待分配信道时间方面也能取得较好服务质量要求.     

认知无线网络中频谱预测的能量有效性设计

基于频谱预测对认知用户进行能量有效性设计,重新设计认知用户的帧结构,在频谱感知前加入频谱预测时隙,在预测为空闲的信道中选择信道进行频谱感知,避免浪费频谱感知能量,与传统认知用户相比,提高了能量有效性。推导表明,认知用户能量效率由频谱预测能量、频谱预测时长、认知无线网络通信强度、信道数量决定。仿真结果表明,为了提高认知用户的能量效率,频谱预测参数必须满足预测能量低于32mW、预测时长小于15ms的条件。认知无线网络的通信强度的提高和信道数量的增加能够提高认知用户的能量效率。     

基于POMDP模型的分布式机会频谱接入算法

针对认知无线电（cognitive radio,CR）信道的动态特性,以部分可观测马尔科夫决策过程（POMDP）为模型对认知无线电网络用户的频谱感知和频谱接入过程进行研究,提出了基于POMDP模型的分布式机会频谱接入算法.该算法利用网络信道的历史频谱感知信息对主用户接入信道的状况作出估计,以认知用户吞吐量最大化为目标进行频谱接入.同时,通过贪心算法得到此优化策略的次优解,降低了最优策略的计算复杂度.论文分析了认知用户接入吞吐量与网络中信道数目以及信道状态转移概率之间的关系,将贪心算法与随机检测接入算法进行了仿真比较.仿真结果显示,该算法获得的吞吐量比随机检测接入算法提高了约25％,能够更有效地做出接入策略.     

一种自适应的协作频谱感知方法

在认知无线网络中,协作频谱感知技术可有效提高衰落信道下的检测性能,提高对主用户的保护程度以及认知用户的接入机会。在信道状态良好的情况下,参与协作的认知用户数越多,感知性能越好。而在实际的频谱感知过程中,如果感知信道条件较差的话,认知用户的本地感知结果并不准确,此时该认知用户的本地感知结果对于总的协作感知并不能起到积极的作用;其次,参与协作的认知用户数越多,发送本地决策值占用的系统带宽也越大。为了节约系统资源避免不必要的信令传输,本文提出一种自适应的协作频谱感知方法,只有当认知用户的感知信道条件较好时才将其本地感知结果发送到融合中心,否则不发送,以节约系统资源。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。结果表明,所提方法可有效节约系统开销。     

认知无线电系统中感知时间的优化

以能量检测作为频谱感知的基本方法,以次用户平均信道效率作为衡量认知无线电系统性能的参考标准,分析了存在多条主用户信道时,在次用户频谱感知的不同阶段,感知时长对认知无线电系统性能的影响.推导了授权用户对干扰的防护得到满足的前提下,使次用户平均信道效率最大时,感知时长必须满足的条件,并通过仿真对理论分析进行了验证.仿真结果表明:次用户可以通过选择最佳的感知时长,使其平均信道效率得到优化.     

基于协作频谱感知和干扰约束的认知异构网络

针对异构无线网络的空闲信道检测准确率及网络吞吐量的优化问题,提出一种基于协作频谱感知和干扰约束的认知异构网络.首先,所提出的认知异构网络系统模型采用多个中心次用户(Center Secondary Users,CSU)节点协助其他节点进行频谱感知,并引入了能量检测阈值,在提高空闲信道检测准确率的同时节省检测能耗.接着,采用最大化数据速率的联合优化方程,在干扰功率的限制约束下为节点分配最佳的发射功率,降低干扰程度并优化网络吞吐量.实验仿真结果表明,相比较基于集群的协作频谱感知分配策略算法和基于QoS约束的能量感知竞争功率分配算法,该算法的网络吞吐量分别提升了3.4%和1.5%,平均频谱利用率分别提高了9.3%和7.4%.     

采用空时分组编码的动态分组加权合作频谱感知方案

针对认知无线电网络中存在的非理想反馈信道与用户间信道使合作频谱感知算法难以有效提高频谱检测性能的问题,提出了一种基于空时分组编码的动态分组加权合作频谱感知(DCWCSS)方案。首先将所有未分组认知用户中具有最高用户间信道平均信噪比的两个用户分为一组,并依此将剩余用户进行两两分组,然后根据各认知用户检测结果对系统检测性能的贡献对认知用户进行加权,赋予不同权重,最后采用空时分组编码(STBC)方案将用户检测结果传输给基站进行判决。DC-WCSS方案可依据用户间信道平均信噪比进行动态分组,并根据认知用户检测结果的可靠性设置用户权重,能有效降低反馈阶段的误码率,从而提高系统检测性能。仿真结果表明,与基于传输分集的合作频谱感知方案相比,在虚警概率为0.3时,DC-WCSS方案的一次加权和二次加权后的系统检测概率可分别提升至少20%和30%。     

认知异构无线网络中可信频谱切换机制

在认知异构无线网络中,针对频谱切换过程中次用户发生自私或恶意行为,导致网络性能下降的问题,提出一种基于信誉系统的频谱切换机制。通过提取用户行为特征信息,评估次用户接入信道后的行为,并依据次用户的行为确定其信誉值,在认知基站建立信誉系统。根据次用户的信誉状况来对次用户进行分级,并根据分级情况,为次用户分配授权信道或共享频段的信道。在可信次用户接入授权频谱的过程中,当满足用户等待时延要求时,信誉值高的次用户有更高的接入优先权。可疑次用户可以在共享频段中进行传输。仿真结果表明,算法能够有效地提升系统吞吐量,降低切换及中断概率,减少低信誉次用户接入授权频谱的机会,提升了系统的安全性。     

认知无线电中感知信道的优化选择方法

在认知无线电中,频谱感知是实现频谱动态接入的重要前提和核心环节,文中在多用户多信道环境下基于能量检测提出了一种感知信道优化选择的方法。该方法从最大化一个次用户感知一个主用户信道能获得的归一化吞吐量出发,在目标检测概率限制下,提出了基于改进的匈牙利算法进行感知信道选择的最优方法。仿真结果表明,与感知信道随机选择方法相比较,文中提出的方法可以大大提高整个次用户网络的归一化吞吐量。     

分布式非负矩阵分解的认知无线网络感知能力研究

针对传统的认知无线网络的频谱感知能力差、频谱感知的检测率低、频谱检测误差大的问题,提出一种分布式非负矩阵分解的认知无线网络频谱感知能力研究方法。该方法采用基于感知性能的非负矩阵分解进行频谱数据降维,降低数据处理的复杂度,提高运算速度和频谱感知准确率。采用频谱能量检测模型,通过采集到的信号能量来确定共同决策是否存在空闲频谱。通过对频谱感知误差分析,减少出错率,提高分布式频谱的感知能力。实验结果表明,该算法能提高频谱检测的准确率,降低频谱感知的能量消耗,具有较好的实用性。     

基于解码转发的认知无线电机会功率控制算法

频谱感知是认知无线电网络正常工作的基础,而功率控制问题的解决是认知网络和主用户网络正常运行的保证。文中研究协作认知无线电通信,在保证授权用户服务质量和认知用户最大功率受限条件下,将高信噪比时的解码转发(decode-and-forward,DF)和基于频谱感知结果的机会功率控制算法结合,提出新的机会DF功率算法。通过基于对主用户感知结果的最优中继选择策略,在保证主用户正常通信不受影响的前提下,最大程度提高次用户信道信噪比,提高认知网络容量,并且认知系统能够获得空间满分集度。理论和仿真结果同时表明,基于主用户出现概率的最优中继选择最大程度的消除了次用户对主用户的干扰,提高了认知系统容量。     

认知无人机网络中多机协作频谱感知研究

多无人机协同工作模式在未来通信中有着重要的应用前景。结合频谱资源短缺的问题,建立认知无人机网络模型,并研究多机协作频谱感知性能,提出一种最佳融合准则来优化检测性能。针对无人机数量较多的大型认知无人机网络,提出一种快速高效的协作频谱感知算法,并比较该算法在瑞利衰落以及Nakagami衰落2种信道环境下的性能。仿真结果表明:①采用最佳融合准则可以使协作频谱感知总错误率达到最小;②快速协作频谱感知算法可以利用较少的无人机来保证协作频谱感知的检测准确度,避免了不必要的感知过程,减少了参与协作频谱感知的次级用户数量,降低了协作感知时间,从而节省了感知过程开销,而且相比于瑞利衰落信道,该算法在Nakagami衰落信道环境下具有更好的性能。     

基于POMDP的贪婪算法次优频谱接入

在ad hoc网络中, 由于受硬件和能量的限制,在没有数据发送的情况下,次用户无法监控到频谱,不能执行全频谱的感知,因此,针对现有的机会频谱接入(OSA)算法大都基于信道状态具有完全知识的马尔科夫建模的情况,本文提出了基于部分可观察的马尔科夫(POMDP)的决策论方法,该方法综合考虑了机会频谱共享系统的感知和接入优化策略。由于受维数灾难的影响,本文设计了一种基于贪婪算法次优的频谱接入方法,并从理想感知和感知错误存在两方面进行仿真分析。结果表明,在POMDP模型下该方法能有效地避免主次用户之间的资源使用冲突,实现对频谱的有效利用。     

认知异构无线网络中频谱切换建模与分析

在具有频谱认知功能的异构无线网络中,针对传统频谱切换算法未考虑次用户业务的多样性,且空闲信道不足造成次用户服务时延大的问题,提出基于次用户分级的频谱切换策略。与以往单一的认知无线电网络不同,该策略融合利用免授权频谱的开放式无线网络和机会式利用授权频谱的认知无线电网络,提出了认知异构无线网络场景。根据次用户的业务类型对其进行优先级划分,并在此基础上设计数据分割因子优化策略。进一步采用混合式抢占优先权(preemptive resume priority /non-preemptive resume priority,PRP/NPRP) M/G/1排队模型,分别对主用户网络和开放式无线网络中的频谱切换过程进行建模,提出一个最小化时延的动态自适应频谱切换策略。实验仿真了不同参数对次用户时延的影响,结果表明,该策略较传统的频谱切换策略明显提升了次用户的时延性能。     

基于协作频谱感知的多无人机通信网络谱效优化研究

针对无人机应用场景频谱效率较低的问题,提出一种结合认知无线电技术的多无人机通信网络谱效优化方案.首先基于协作频谱感知,建立空地信道下多机协作的认知无人机网络模型,设置无人机（unmanned air vehicle,UAV）数量、感知时间和判决门限等优化参数,在此基础上提出高谱效联合优化算法对构建的非凸优化问题求解,最后分析无人机飞行过程中谱效的变化情况.仿真结果表明,存在最优感知时间使系统谱效获得最大值,且UAV数量和判决门限等因素会影响该谱效最优值;提出的高谱效联合优化算法具有较好的收敛性,有效提高了UAV次级认知网络的频谱效率.      

认知无线电MAC层感知结盟方案及实现

认知无线电是一种新兴的智能无线系统,它能够感知授权频段的使用情况,当授权用户不存在时接入通信,当授权用户出现时从该频段退避,以缓解日益紧张的频谱资源使用。文中主要研究认知无线电基于硬件平台的MAC层感知结盟方案及其实现。首先介绍文中所用的认知无线电感知结盟的场景,对结盟情况进行了仿真,验证了结盟相对于一般的协作能够提高系统性能并减少信道开销。在此基础上提出了MAC层基站与终端的方案与时隙划分、广播帧的机制,最后将该方案应用于实际硬件平台,显示出其检测的准确性及汇报的实时性。     

认知异构网络中基于非理想频谱感知的凸优化资源分配算法

当前认知异构网络中无线频谱日益紧缺,而传统固定频谱分配模式日益成为限制无线通信性能的重要瓶颈,在非理想频谱感知情况下资源分配的问题尤为突出。为实现非理想频谱感知情况下无线资源的高效分配,提出一种基于认知异构网络的凸优化资源分配算法。该算法首先构建了基于主用户活跃度的用户到达模型,以精确描述认知网络中主用户的频谱使用状态,为认知用户分配资源提供依据;并通过认知异构网络干扰分析构建非理想频谱感知条件下的干扰容限条件,最后通过凸优化算法实现对认知网络中频谱资源的优化分配。仿真结果表明,在非理想频谱感知条件下,该算法能够有效降低系统平均时延,提升认知异构网络的传输速率和系统吞吐量。     

认知无线网络中频谱预测技术研究进展

随着无线网络业务的迅猛增长,稀缺的无线频谱资源成为制约无线通信技术发展的瓶颈。认知无线电技术通过对授权频谱进行二次利用的方法为缓解频谱资源匮乏与日益增长的无线业务需求之间的矛盾提供了一种十分有效的技术解决方案。频谱预测技术作为认知无线电的关键技术之一,其在降低系统能量消耗,提高系统灵敏度,降低频谱冲突及提高系统容量等方面发挥重要作用。为此,对认知无线网络中频谱预测技术的研究现状及最新进展进行较为全面和深入的研究,从频谱感知,频谱决策,频谱迁移及频谱共享等4个方面对频谱预测技术及其在认知无线网络中的应用进行了分析,并指出频谱预测技术未来的发展趋势及存在的挑战。