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.     

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.     

基于用户公平性的抗干扰频谱接入方法

针对共存式频谱接入方法中存在干扰的问题和多认知用户无线通信系统中认知用户之间的系统资源分配不公平的现象,提出了一种基于用户公平性的抗干扰频谱接入方法.在该方法中,如果认知用户能够帮助授权用户达到目标速率,就能够获得机会接入授权用户的频谱,认知系统根据认知用户的信道条件和吞吐量选择出一个认知用户接入授权用户的频谱.认知用户接入授权用户的频谱后,利用一部分带宽转发授权用户的信息帮助其达到目标速率,然后利用剩余的带宽发送自己的信息.由于认知用户使用不同的带宽分别发送授权用户和自己的信息,所以授权用户和认知用户之间不会产生干扰.研究了认知用户如何进行带宽分配,使得在保证授权用户达到目标速率的条件下,最大化认知用户的速率,以及如何进行认知用户选择,保证认知用户频谱接入的公平性仿真结果验证了该频谱接入方法的有效性和公平性.     

LTE-U与WiFi系统在非授权频段共存机制研究

部署长期演进(long-term evolution,LTE)系统到非授权频段,已经被视为一种缓解目前频谱资源短缺的有效方法.当前的主要挑战是LTE与WiFi系统如何在非授权频段和谐共存.为降低系统总冲突概率,提升非授权频谱利用率并保障WiFi系统的传输性能,提出2种接入机制:基于先听后发(listen before talk,LBT)的随机接入机制(LBT-based random access mechanism,LBT-RA)和基于边听边发(listen and talk,LAT)的冲突避免接入机制(LAT-based collisions avoid access mechanism,LAT-CA).LBT-RA机制基于LBT检测发送方式在传输前对信道进行空闲信道评估(clear channel assessment,CCA),如果检测信道空闲,便随机接入可用的非授权频段.LAT-CA机制基于全双工技术的LAT检测发送方式,能实现频谱检测与数据传输的同时进行,降低用户间的冲突概率.仿真结果表明,提出的LBT-RA和LAT-CA机制能有效提升非授权频谱的利用率,并确保非授权频段LTE(LTE-unlicensed,LTE-U)与WiFi系统的和谐共存.     

一种改进的认知无线电信道选择方法

认知无线电可以通过动态频谱接入技术来有效的提高频谱的利用率,而在动态频谱接入中信道选择策略的优劣直接影响着系统的性能.提出了一种新的基于预测信道空闲概率的信道选择方法.仿真实验表明,该方法能有效减小主次用户之间的碰撞率,从而减小了认知用户对主用户的干扰以及降低了进行信道切换的可能.     

基于授权用户活动性的认知无线电频谱分配算法

考虑授权用户工作状态的切换概率对认知无线电系统的频谱分配的影响,提出了一种新的认知无线电频谱分配算法.在定义收益期望的基础上,从概率角度提出了两个新的效用函数,分别反映认知系统总的平均信道收益期望和收益期望公平性;并给出了算法的具体步骤.仿真结果表明:与传统的信道分配算法相比,新算法在认知系统总的频谱利用率效用上优势明显;在授权用户工作状态频繁切换时表现出了较好的系统公平性,更具有现实应用意义.     

基于频谱预留的一类频谱切换改进方法研究

在认知无线电网络中,认知用户通过择机接入主用户的空闲频谱来进行工作,当主用户出现在授权频谱上时,认知用户必须及时空出该频段。介绍了认知无线电中的频谱切换理论和现有的两类频谱切换方法,在此基础上对现有方法进行了改进及比较,并设计了切换流程。仿真结果表明,改进后的方法在保持较好切换时延性能的基础上,有效地降低了网络中的切换概率。     

非授权频段上Wi-Fi和5G NR共存优化研究

针对授权频谱资源短缺问题,提出了Wi-Fi和5G新空口在非授权频段共存优化方案.首先,分别分析了Wi-Fi系统、非授权频段新空口系统和二者共存系统吞吐量,并调整了非授权频段新空口帧结构.然后,考虑通过部分带宽技术灵活切换分配频谱资源,并利用用户碰撞概率来动态调整其频谱切换计时器长度.最后,考虑共存网络中新空口用户吞吐量...     

基于博弈论多个授权用户的空闲频谱分配

针对认知无线电系统中授权用户的空闲频谱共享问题,利用博弈论的基本模型,改进一种线性导数迭代的频谱分配方法。该方法利用授权用户前一时刻的分配策略,根据系统的收益函数变化最快方向,并且自适应地进行迭代,达到快速纳什平衡。与传统线性迭代算法相比,避免了根据用户通信参数确定调整因子的过程,使认知用户在考虑自身条件,不影响授权用户正常通信的条件下,得到通信质量较好的频段,有利认知用户的通信,同样也使授权用户获得较多的频谱分配收益。仿真结果表明：该算法与传统线性迭代相比,在相同误差下缩短了迭代周期。     

Dynamic spectrum allocations in multi-cells and intra-cell of cognitive network to enhance system performance

In this study,we propose new dynamic spectrum allocations in multi-cells and intra-cell of cognitive network to enhance system performance in terms of decreasing probability of interruption and spectrum handoff of communication services in a cognitive system.The inter-cells of the spectrum allocation mechanism is designed to share the risk of vacating spectrum caused by licensed incumbents re-occupying the spectrum and minimize probability of service interruption in the cognitive network.This mechanism also can guarantee fairness among multi-cells.The intra-cell of the proposed spectrum allocation is based on a service data hierarchical model and establishes a mapping mechanism between layered data and the spectrum.It can reduce probability of spectrum handoff.Finally,simulation results are given and show that the new mechanism can reduce service interruption ratio and the probability of spectrum handoff caused by licensed incumbents with reoccupying the spectrum.     

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％.     

认知无线电网络中的动态权值频谱切换判定算法

为了克服认知无线电网络中衬垫传输覆盖范围的限制,基于对衬垫传输范围的估计,提出了多小区的频谱切换机制。当认知用户超出衬垫传输范围时,采用动态权值调整的简单加权判定算法选择最优目标小区,进行频谱切换,继续保持数据传输。理论分析和仿真结果表明,该方案和算法能够降低认知用户的切换失败概率和服务中断概率,提高认知用户的服务质量。     

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。     

协作中继认知无线电中功率分配算法

基于协作中继的思想, 提出一种组成次用户协助主用户传输的系统模型, 用基于解码转发的Lagrange对偶优化功率分配算法进行功率分配, 解决了次用户接入主用户频段产生的干扰过大问题. 仿真结果表明, 该算法在保障次用户正常通信的前提下, 可大幅度降低对主用户的干扰, 即可有效增大主用户对外界环境的抵抗力, 并提高主用户的系统容量.     

协作中继认知无线电中功率分配算法

基于协作中继的思想, 提出一种组成次用户协助主用户传输的系统模型, 用基于解码转发的Lagrange对偶优化功率分配算法进行功率分配, 解决了次用户接入主用户频段产生的干扰过大问题. 仿真结果表明, 该算法在保障次用户正常通信的前提下, 可大幅度降低对主用户的干扰, 即可有效增大主用户对外界环境的抵抗力, 并提高主用户的系统容量.