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%.     

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。     

一种卫星认知无线网络高效频谱感知与分配策略

针对传统地面认知无线网络频谱感知机制直接应用于卫星通信网时存在的频谱感知效率与频谱利用率低下的问题,提出了一种新的适用于卫星认知无线网络的频谱感知与分配策略.该策略利用卫星覆盖范围大的优点,以卫星为频谱感知的中心节点,实现了对广域空间内多频段频谱的同步感知,克服了传统逐一频谱感知策略效率低下的问题.在此基础上,定义了频谱的有效性与可用度2个参数以表征空闲频谱特性.卫星节点和认知用户通过对空闲频谱的有效性与可用度进行综合分析,确定最佳可用频谱.理论分析与仿真结果表明,该策略提高了卫星认知无线网络频谱感知的效率,减小了认知用户与授权用户之间的频谱占用冲突概率.     

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。     

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。     

基于节点选择的特征值频谱感知算法

为提高认知无线电系统对微弱信号的频谱检测能力,基于特征值的频谱感知算法越来越受到关注.在统一的框架内研究了随机矩阵特征值的极限分布特性,分析了特征值频谱感知算法中各种设置判决门限方法的特性和性能.为了降低特征值频谱感知算法的计算复杂度,提出了一种认知接收节点选择方法,大大减少了运算量.     

Femtocell系统中的频谱感知技术研究

Femtocell是为了适应3G发展而推出的超小型移动基站系统,通过认知无线电频谱感知技术与运营商的其它基站共享频谱资源。然而,由于3G系统采用了功率控制技术,使得传统的能量检测频谱感知性能受到影响。针对以上问题,根据Femtocell系统的特点,提出应用能量检测频谱感知和时间提前量检测频谱感知相融合的协作频谱感知方法,将能量检测感知和时间提前量检测感知的结果"相与",以确定系统最终的频谱感知结果。分析和仿真结果表明,在相同的频谱感知精度条件下,该方法能缩小Femtocell系统的虚警范围,从而提高频谱资源的利用效率。     

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.     

协同频谱感知中的融合策略

在认知无线网络中,协作频谱感知从多个分布式认知用户中收集感知数据,有效地提高了检测的可靠性.如何利用多个认知用户的感知信息进行融合是协作频谱感知的关键技术.在当前的研究中,融合的方式可以分为两种:决策融合和数据融合,文中对基于决策融合和数据融合的5种融合准则算法进行了研究,采用这5种融合算法在认知无线电网络中进行协作频谱感知,并比较了它们的频谱检测性能.仿真结果显示,5种融合算法都可改善性能不佳的单个次用户的检测情况,并随着协作节点数的增大性能得到显著提高.其中,数据融合由于较决策融合接收到的数据值更加完整以换得更优越的感知性能.     

基于RMT的协作MIMO频谱感知

针对认知无线电技术中的频谱感知问题,将已经广泛应用于无线通信领域的随机矩阵理论（RMT）引入到多认知用户MIMO环境中,提出了基于随机矩阵理论的协作MIMO频谱感知算法。该算法不需要预知噪声的统计特性和噪声方差,而是利用大维随机矩阵特征值的极限分布特性进行频谱感知。新算法充分利用了协作技术及MIMO技术的优点来提高感知性能。理论分析和仿真结果均表明,新算法整体性能优于同类算法和典型的能量检测算法。     

基于K-out-of-N融合准则的认知无线电网络优化

在认知无线电网络中,单个用户的感知很容易受到环境的影响,导致对目标频谱状态检测的误判。为提高系统频谱感知的准确性,引入了协作频谱感知机制。协作感知有效地降低了多径和阴影效应的影响,提高了系统检测精度。为了使协作频谱感知发挥出最优的性能,本文主要研究协作频谱感知中的数据融合方式,对K-out-of-N准则进行优化,考虑在漏检概率约束下,通过最小化错误概率从而求得K-out-of-N准则中的最优K值,降低协作遍历搜索K值所耗时间与能量,并在不同信道下进行仿真对比,验证优化后K-out-of-N准则的有效性。仿真结果表明,优化后的K-out-of-N准则可有效改善系统感知性能。     

一种基于能量检测及用户合作的协作感知技术

随着无线技术的飞速发展,频谱缺乏已经成为一个非常严重的问题.感知无线电技术能有效解决频谱紧张的现状.介绍了感知无线电概念及其内涵,然后介绍了检测频谱空穴的方法.为提高检测概率、降低设备复杂度及计算复杂度,将UWB与感知无线电结合,提出了基于能量检测及用户合作(EDAUC)的协作感知方法.仿真和分析表明:该方法能有效提高检测频谱空穴的概率.     

基于速率的认知无线网络低复杂度宽带频谱接入算法

为解决认知无线网络中宽带频谱感知模式的计算量大和感知时间延长等问题,提出了一种基于速率的认知无线网络低复杂度宽带频谱感知算法。在宽带频谱感知的基础上,设定选择条件,对信道的期望传输速率进行比较,确定需要感知的信道,以实现减少认知无线网络次用户系统的信道感知时间和感知计算量的目标。经过仿真实验分析对比表明,该算法可以有效地平衡次用户系统吞吐量最大化和主用户系统的干扰之间的矛盾。     

多用户协作频谱感知的性能分析

实际的无线信号传输会受到阴影效应、噪声等因素的影响,单个认知用户的频谱感知性能会下降。因此,采用硬合并协作方案,分析了多用户协作感知在高斯、瑞利和莱斯信道下的检测性能。同时,对控制信道由于衰落和噪声影响而产生误码情况下的系统检测性能进行探讨。结果表明,多用户协作检测可以提高系统的检测概率,但虚警概率会随着参与协作的用户数的增多而上升,当控制信道不理想时,协作检测会导致虚警概率下限的出现,造成频谱利用率低下。     

分布式信息融合的物联网事件检测方法

事件检测是物联网感知技术的一项重要应用。由于感知节点资源受限,事件检测准确率与节点能量有效性较难平衡。提出了一种新的物联网事件检测方法,基于分布式无线传感器网络,采用特征选择与人工智能学习算法,对感知数据进行局部与全局的二级信息融合,在降低节点功耗的同时提升了检测的准确率。进行要地周界入侵事件检测实验,结果表明,该方法相比传统的事件检测方法更加有效。     

一种基于支持向量机的认知无线电频谱感知方案

针对以能量检测为代表的传统频谱感知算法一般存在低信噪比下性能不足,容易面临隐藏节点效应,对检测灵敏度要求高等问题,提出一种新型的基于蜂窝认知用户位置定位的频谱认知方案。该方案以无线指纹数据库为基础,通过无线指纹定位驱动认知用户实现频谱认知功能。认知用户利用无线指纹对其自身进行定位,并根据指纹数据库确定其对于授权频段接入的可能性。针对网络中的主用户发射机位置存在已知和未知2种情况,可通过认知用户读取数据库来确定授权频段可用性,或将已收集获取的历史数据作为训练数据,引入支持向量机(support vector machine,SVM)算法对认知用户所处位置的授权频段可用状态进行预测。此外,针对单个用户频谱状态预测性能不足的缺陷,提出了联合地理位置相近的多个认知用户的合作预测机制。仿真实验验证了本方案相对于传统能量检测算法的性能优势以及能效优势。     

无线认知传感器网络的节能频谱感知策略

针对无线认知传感器网络频谱感知过程中的能耗,提出两种节能策略:①使用可信度投票算法来减少传输检测结果的节点个数;②使用基于部分可观测马尔可夫决策过程的检测算法来减少检测次数.仿真结果表明这两种算法均能有效减少检测能耗,而且组合使用时相比一般算法能节省不低于30%的能量,同时保证检测可靠度满足系统要求.     

TDCS的压缩感知稀疏信道估计方法

为充分利用变换域通信系统高速无线传输时信道表现出来的稀疏多径传输特性,提高TDCS的信道估计精度,提出一种基于压缩感知的TDCS稀疏信道估计方法。针对TDCS设计了一种导频图案,该导频图案设计的数据帧结构保证了TDCS信号授权用户的正交性,且其构造的测量矩阵具有较低的互相关特性;利用Dantzig Selector重构稀疏信道冲激响应值。基于COST207乡村信道模型的仿真表明:新方法可有效降低稀疏信道估计的均方误差,在误比特率为0.002时可获得比最小二乘估计方法高约1dB的性能增益。     

非负矩阵分解及其改进方法

首先,给出非负矩阵分解的数学形式,分析欧式距离和相对熵(KL)散度两种分解误差评价函数.然后,针对3种特殊形式的非负矩阵进行分解方法的改进,优化函数和迭代过程分别适用于正交非负矩阵、凸非负矩阵、投影非负矩阵的分解.结果表明:提出的改进方法简化了非负矩阵分解的过程.     

认知无线电网络中一种可靠的分布式频谱检测策略

在认知无线电网络中,频谱环境的不确定性严重影响了频谱检测的准确性和可靠性。针对上述问题,提出一种基于动态信誉模型的可靠的分布式认知无线电频谱检测策略。该策略建立认知用户的频谱检测协作组,基于主观逻辑理论设计分布式节点信誉库,通过信誉的动态更新结果作为频谱检测的信道搜索顺序的依据,提高信道搜索的准确性。该策略能够对恶意用户进行有效地隔离,以避免其对频谱检测的影响,从而提高了频谱检测的可靠性。通过仿真分析可知,与其他信道搜索算法比较,根据该策略设计的分布式频谱搜索算法不仅能够有效地提高频谱检测的效率,而且能够确保频谱的可靠性,从而提高信道的利用率。