基于特征值的频谱感知算法仿真研究

频谱感知是认知无线网络中的一个重要功能,是实现其他功能的基础。研究了新型的基于特征值的感知算法,充分利用随机矩阵的渐近谱分布特性和特征值的收敛特性来设置判决门限,提高感知性能。理论分析和仿真结果均表明,新型算法性能明显优于典型的能量检测算法,克服了能量检测算法的噪声不确定性问题。

Abstract：

Spectrum Sensing is an important function in the cognitive radio networks.A new eigenvalue-based detection scheme for spectrum sensing was studied,and decision thresholds were set to have good performance by using the property of asymptotic spectrum distribution and convergence of maximum eigenvalue of random matrices.Theoretical analysis and simulations results show that the new detection scheme can obviously outperform the classical energy detection,and overcome the noise uncertainty problem.     

Alpha稳定分布噪声下基于特征值之差频谱感知算法

针对基于特征值的谱感知算法在脉冲噪声的环境下感知性能不佳的问题,分析矩阵全部的特征值,引入矩阵特征值的几何均值,提出了基于分数低阶协方差矩阵的最大特征值与特征值几何均值之差(difference between maximum eigenvalue and geometric mean of eigenvalue, DMGM)的频谱感知算法。选择了Alpha稳定分布噪声模拟脉冲噪声环境,理论分析与仿真实验结果表明,在不增加算法复杂度的前提下,DMGM算法与其他算法相比,更适用于脉冲噪声环境,在低信噪比条件下具有更好的感知性能。     

基于特征值高阶矩的频谱感知增强技术

基于特征值的多天线盲频谱感知方法在认知无线电中得到了广泛的研究。基于特征值的检测算法设计依赖于随机矩阵理论和样本协方差矩阵的特征值特性。许多研究表明特征值的高阶矩可以提供额外的鉴别信息进而能改善统计推断问题的性能。基于此,利用所有特征值的p阶矩提出了新的基于特征值高阶矩的频谱感知增强算法,并利用随机矩阵理论推导了虚警概率和判决门限的解析表示。此外,基于仿真实验研究了特征值高阶矩幂次变化对检测性能的影响。最后,通过仿真实验验证了所提算法的有效性。     

基于特征值检测的多天线盲频谱感知算法的研究(英文)

在多天线感知场景中噪声不确定和信号相关现象可能同时存在,经典的基于能量检测(ED)感知性能将急剧恶化。利用多天线接收信号存在的相关特性,提出一种基于取样协方差矩阵(SCM)特征值的盲频谱感知方法。新方法无需噪声方差、主信号和无线信道的信息参与感知过程。与经典的能量检测方法相比,由于无需噪声方差参与感知节点的判决过程,新方法的感知性能对噪声不确定性具有良好的鲁棒性。利用多元统计理论和随机矩阵理论(RMT)获得了相应的理论判决门限。仿真结果表明新算法比基于ED的感知算法具有更好的误警性能和更可靠的检测性能。     

基于压缩感知的认知无线网络协作频谱感知技术

针对传统频谱感知算法受A/D器件物理瓶颈,硬件计算能力等限制难以实现宽频段授权用户实时检测的问题,将压缩感知技术应用于宽带频谱感知,建立了一个基于Xampling前端的新型协作频谱感知模型,在此模型基础上提出一种基于认知用户分组,纽内利用压缩感知技术进行信息融合,组间对各组检测结果进行判决融合,两者结合实现授权用户检测的新算法,并给出了认知用户的分组原则.与传统宽带频谱感知算法相比,该方法无需高速A/D,也不需要恢复原始信号,可有效降低宽带频谱感知的硬件复杂度,缩短频谱感知时间,仿真结果证实了新算法的有效性.     

控制信道受限的认知无线电联合频谱感知

在多用户认知无线电系统中,针对认知无线电用户合作频谱感知中联合检测性能的提高与控制信道带宽受限的矛盾,提出了一种基于能量检测的合作频谱感知方法。该方法放弃携带信息量较少的感知信息,并将携带信息量较多的感知信息量化后传送至数据融合中心。这种方法在兼顾认知无线电频谱感知性能的前提下,有效降低了控制信道开销。     

认知无线电中实现自适应压缩频谱感知

在实际生活中频谱通常是稀疏的,将压缩感知（compressed sensing,CS）技术运用到宽带频谱感知中具有很大优势。然而,实践中稀疏度通常是未知的,因此需要选择较大的测量数目,导致算法的感知性能下降。为解决这一问题,提出一种自适应压缩频谱感知方法,通过分析压缩测量的二阶导数与稀疏度之间的关系对稀疏度进行粗估计。在粗估计的基础上,逐步增加测量数并对训练子集与测试子集进行迭代计算,当满足停止准则时得到稀疏度的精确估计。仿真结果表明,所提方法在性能上优于现有的其他传统CS方法,对降低复杂度、减少存储空间等方面具有重要意义。此外还验证了所提方法在噪声环境中的有效性。     

多分辨率频谱感知算法性能的参数化评估方法

多分辨率频谱感知算法是一种利用小波变换时频尺度可变特性,对宽带通信系统进行快速准确地感知的频谱感知算法。基于多分辨率频谱感知算法的特性,提出了一套频谱感知性能参数化评估方法,构建了基于OFDM信号的多分辨率频谱感知算法仿真平台。分别从小波函数基的选取、调制方式、扫描速率以及实际IQ失配问题的影响等角度,对OFDM宽带信号的感知性能进行了系统的仿真评估和分析,获得感知系统在不同参数设置时的检测概率和误检概率评估结果’为认知无线电系统的进一步设计实现与性能评估提供了重要依据。     

基于双门限能量检测的协作频谱感知算法

为了克服传统能量检测算法的不足,提出了一种基于双门限能量检测的协作频谱感知算法（cooperative spectrum sensing algorithm based on double threshold energy detection, CSBDE）。该算法采用噪声不确定条件下的双门限值作为判决条件,将本地能量检测结果划分为硬判决和软判决。认知基站采用优化的融合准则,首先对所有本地硬判决进行融合,根据需要再进一步对本地软判决进行融合,最终给出全局判决结果。蒙特卡罗仿真结果表明,该算法能够克服噪声不确定性对能量检测的影响,提高了系统的检测性能。     

认知无线电中的一种频谱盲感知算法

认知无线电是一种用于提高无线电通信频谱利用率的新的智能技术,它能够通过与其运行环境交互而改变其发射机参数,特别是可让未授权用户使用授权用户的频谱,此外,它还为网络及终端提供更高的灵活性。高可靠性的频谱感知是实现频谱共享的关键。在分析了Parthapratim De提出的认知无线电中频谱Blinding Sensing算法的基础上提出了利用数据前、后向线性预测与矩阵QR分解结合的新算法。仿真实验表明,在同样的无线传输环境下,新算法比原算法能更可靠地感知频谱空穴。     

基于支撑集融合的分布式协作压缩频谱检测方法

针对认知无线电(cognitive radio, CR)宽带频谱检测过程中存在的采样压力大、数据传输量大、信道衰落严重等问题,提出了一种基于支撑集融合的分布式协作压缩频谱检测方法。在该方法中,本地信号重构过程和频谱稀疏支撑集的分布式融合过程反复交替进行,将本地重构过程中获得的稀疏支撑集信息进行分布式融合,又将融合结果作为先验信息指导本地信号再次重构,多次重复以实现信号重构与频谱检测。仿真结果表明,所提出方法的频谱检测性能可接近集中式的压缩检测方法,而该方法的迭代重构过程复杂度低,具有计算开销少的优势。     

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。     

基于FFT谱能量检测和互相关检测的快速频谱感知方法及其性能分析

为了解决无人机通信中频谱资源紧张的问题,利用认知无线电技术实现无人机动态共享地面通信的频谱资源.针对单用户频谱感知的遮挡效应问题,利用单用户移动检测,提出基于主用户空间范围内的频谱能量检测和互相关检测结合的二次检测方法,分析并给出所提算法在主用户随机出现情况下的虚警概率和检测概率的解析表示.仿真结果表明,所提算法在运算...     

Improved spectrum sharing algorithm based on feedback control information in cognitive radio networks

In order to avoid the system performance deterioration caused by the wireless fading channel and imperfect channel estimation in cognitive radio networks, the spectrum sharing problem with the consideration of feedback control information from the primary user is analyzed. An improved spectrum sharing algorithm based on the combination of the feedback control information and the optimization algorithm is proposed. The relaxation method is used to achieve the approximate spectrum sharing model, and the spectrum sharing strategy that satisfies the individual outage probability constraints can be obtained iteratively with the observed outage probability. Simulation results show that the proposed spectrum sharing algorithm can achieve the spectrum sharing strategy that satisfies the outage probability constraints and reduce the average outage probability without causing maximum transmission rate reduction of the secondary user.     

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.