基于预测机制的认知无线电机会频谱接入

基于认知无线电(CR)的机会频谱接入技术,近年成为一个研究热点,但大部分文献是根据当前主用户的频谱活动情况来指导次用户的频谱接入。提出一种新的接入机制,根据主用户过去和现在的频谱活动来预测其未来的频谱活动,从而使次用户可以接入可用性高的频段,减少与主用户发生冲突碰撞的可能性。另外,门限值的设定更进一步减少了不可靠的频段,使次用户的通信质量得以提高。通过仿真实验可看出,与传统的接入机制以及未设门限值的接入机制相比较,所提方案能有效地减少主次用户之间的冲突碰撞率。     

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。     

面向多异质用户的分布式动态频谱接入方法

针对认知无线电网络中多个次用户存在不同服务质量(quality of service,QoS)需求的频谱接入问题,提出了基于Dueling DQN(dueling deep Q-network)的分布式动态频谱接入方法.该方法通过与环境交互学习实现在次用户不掌握系统信道先验信息条件下动态获得最佳频谱接入策略,并以次用户碰撞次数以及成功接入信道次数分析比较所提出方法的性能.仿真结果表明,提出的方法在保护主用户不受干扰、满足多异质用户QoS需求的前提下,能够有效减少次用户间碰撞次数,提高次用户成功接入信道次数,相比随机接入与短视策略(myopic policy)频谱接入方法,该方法的碰撞次数分别降低60％和90％,其成功接入性能分别提高30％和50％.     

基于联盟的认知无线电机会频谱接入

在认知无线电中,由于次用户会因为错误感知未能发现主用户而接入信道,从而造成主次用户的冲突碰撞,而且竞争同一信道的次用户越多,冲突碰撞的概率越大。提出了基于联盟的MAC协议(ALLY-MAC),合理分配竞争各信道的次用户数量,从而减少与主用户发生冲突碰撞的可能性,提高网络吞吐量。通过仿真实验可看出,与OSA-MAC的接入机制相比较,所提方案能有效地减少主次用户之间的冲突碰撞率,提高网络吞吐量。     

一种基于博弈论价格机制的频谱分配算法

为了提高认知无线电系统频谱分配的效率,建立了基于博弈论价格机制频谱分配系统模型,避免了价格因主系统频谱增加而降低的缺陷.该模型利用频谱政策服务器对特定区域的频谱进行统一分配,充分发挥了主系统的先动优势和次用户的后动优势.同时,根据次用户对不同频段的偏好引入差异性的概念,设计了认知无线电的静态博弈算法.该算法在深入分析频谱需求函数、次用户效用函数、主系统成本函数和主系统效用函数的基础上,以最大化主系统和次用户效用为设计目标,验证了纳什均衡点的存在性.仿真结果表明,在主系统对称和非对称2种情况下,所提算法能够有效地改善主系统的频谱利用率,提高主系统和次用户的效用.     

双门限频谱感知中自适应烟花算法的应用研究

为了解决静态频谱分配仅将频谱分配给授权用户导致频谱资源紧缺的问题，对认知无线电中频谱感知部分进行优化。由于能量检测方法中选取固定门限值对不同信噪比信号检测误差较大，采用一种优化的双门限协作的感知方法。对于非授权用户接收信号时可能会受到干扰的情况，选取了联合频谱感知的方式。通过对爆炸半径进行自适应处理后的烟花算法来确定最小检测误差，利用其结果求得最优的门限值，得到最优的双门限值将接收到的能量区域分为3个区域，对于不能确定的区域将能量值发送到融合中心进行进一步判决，将所有判决结果用或(OR)准则融合得出频段是否有主用户占用。仿真结果表明了该方法与其他较新提出的双门限优化方法相比，具有一定优势。     

基于干扰门限的动态频谱接入及性能分析

如何在不干扰授权用户(主用户)正常通信的情况下提高次用户使用频谱的效率,这是认知无线电系统中需要解决的关键问题。在主用户优先的基础上,提出了基于干扰门限的动态频谱接入系统的M arkov频谱占用模型,并基于该模型对动态频谱接入过程进行了分析。为了进一步降低次用户间的相互干扰,通过对次用户接入概率的设计,以协调各类次用户间的频谱接入。在3种优化准则下,对次用户依据概率接入的基于干扰门限的主用户优先的动态频谱接入系统进行了仿真。仿真结果表明,基于干扰门限的主用户优先的动态频谱接入系统能大大提高次用户的接入机会,最大程度地提高了次用户的吞吐量。在比例公平准则下次用户接入的性能,与最大化吞吐量准则相比体现了更好的公平性,与最大化最小准则相比能够获得更大的吞吐量,因此基于比例公平准则可以使得系统在高效性和公平性间得到很好的均衡。     

核支持向量的主用户活动场景分类算法

针对认知无线电网络中传统频谱感知方法性能不足以及空白频谱利用率较低的问题，提出了一种基于核支持向量的主用户活动场景分类算法，通过判断地理区域内的活动主用户数量及分布情况来提高获得潜在频谱接入机会的可能性。根据核支持向量的边界对主用户活动场景作初分类处理，由此判定当前网络中的活跃主用户发射机的数量。初分类处理既能减少支持向量中矩阵计算量，也能减少人工标记数据所带来的成本。再对每一个初分类处理后的数据进行无监督聚类，从而得到实际对应的主用户活动场景细分类。实验结果表明，所提算法与直接使用核支持向量分类算法相比，不仅改善了频谱感知的性能，同时还大大降低了定标成本及时间成本。     

基于隐马尔可夫模型的联合概率信道预测动态认知无线电频谱接入

在基于固定检测周期的认知无线电频谱接入技术中,为了在降低认知用户对授权用户干扰的同时,尽可能地提高认知用户的频谱利用率,提出一种基于隐马尔可夫模型(hidden Markov model,HMM)的联合概率信道预测(joint probability channel prediction,JPCP)的动态认知无线电频谱接入技术.该技术以固定检测周期(fixed sensing period,FSP)为基础,若认知用户已占用授权频段,则利用JPCP值与设定阈值的比较来确定是否提前退出信道的机制,以降低认知用户对授权用户的干扰;若认知用户未能占用授权频段,则利用在二次固定检测周期中增加临时的频谱空穴检测机制来提高认知用户的频谱利用率.仿真结果显示,与传统的固定检测周期技术相比,该技术方案能在降低认知用户对授权用户干扰的同时,有效提高认知用户的频谱利用率.     

超密集组网中的自适应频谱规划算法

基于频谱重叠复用(FOM)的频谱规划算法中,簇间使用频谱重叠复用有效解决了超密集组网中频谱资源短缺的难题,但用户分布影响算法的最佳频谱复用门限值.针对该问题,提出超密集组网中的自适应频谱规划算法.以小区吞吐量最大化为目标,通过模型计算最佳频谱复用门限值,确定用户SINR的高低,据此分配用户频段资源.仿真结果表明,该算法可提高用户信干噪比和小区吞吐量,可有效解决频谱效率较低的问题,且设置参数时能节省人力成本.     

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.     

Traffic sensitive spectrum access scheme for cognitive radio networks

A traffic sensitive spectrum access scheme is proposed to satisfy the traffic load requirement of secondary users （SUs）. In the proposed design, SU only accesses available channels which can meet the traffic demand. To achieve this, the expected transmission time （E3W） of the SU is calcu- lated first based on the delivery ratio. Then, the channel idle time is estimated based on the activity of primary users （PUs）. Therefore, available channels with estimated idle time longer than ETr could be chosen. With high probability, the SU can finish transmission on these channels without disruption, thereby satisfying the traffic load demand of the SU. Finally, our method is extended to the multi-channel scenario where each SU can access multiple channels simultaneously. Performance analysis shows that our method satisfies the requirement of SUs while effectively improving the throughput.     

基于步进拍卖的认知无线网络动态频谱分配

动态频谱分配是认知无线电网络的关键技术之一,主要关心频谱拥有者如何将其空闲频谱动态地分配给二级用户.提出了一种基于拍卖理论的动态频谱分配模型--多卖家步进拍卖模型,其中频谱拥有者作为拍卖人,二级用户作为竞买人,其基本过程为:每个拍卖人从底价逐步抬高自己的频谱价格,每个竞买人决定是否购买频谱以及购买哪个拍卖人的频谱.所提方法的特点是:①分布式执行,复杂度很低;②频谱拥有者之间不需要信息交互,二级用户之间也不需要信息交互,节省信令开销;③最终的频谱分配结果近似于全局最优.     

基于次用户检测能力的认知无线电频谱共享博弈

基于博弈论研究认知无线电系统中主用户和次用户频谱共享方法. 认知无线电系统中,主用户出售空闲频谱给次用户,以获得收益,次用户则通过博弈竞争空闲频谱资源. 由于不同的次用户检测能力各异,主用户对次用户的频谱共享意愿也不同. 根据次用户的检测能力强弱为认知用户设置优先级,提出将反映次用户检测能力的终端设备剩余电量百分比体现在价格函数中,从而得到新的效用函数. 通过仿真表明了该博弈算法能使频谱分配更加有效、公平、合理.