一种基于信道感知和预测的多址接入方法

为了实现认知无线电系统中机会式的频谱接入、主动避免对主用户的干扰,提出了一种基于信道感知和预测的多址接入方法。考虑主用户对信道的占用过程具有一定的突发性和相关性,将主用户的活动规律建模为半马尔可夫过程。新算法充分利用信道感知结果和主用户的活动规律预测下一个时刻主用户的状态及剩余状态持续时间,并采用递归预测误差法进行参数估计。仿真结果表明,与传统的载波侦听多址接入算法相比,新算法能够在保证主用户阻塞概率约束的前提下,较大地提高频谱利用率,非常适用于认知无线电。     

一种基于隐马尔可夫模型的自适应联合频谱预测方法

基于隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)的频谱预测是次用户(SU)根据频谱感知历史信息得到主用户(PU)信道状态训练集,用前M个时刻信道的状态组成的矩阵作为待测矩阵与训练集匹配,根据匹配的相似度对下一时刻的信道状态进行预测。由于信道预测是基于前M个时刻的信道状态,其信道状态的不确定性直接影响到预测的准确性。文中针对这一问题,提出一种基于HMM的自适应联合频谱预测方法,根据本地预测中各待测矩阵的可信度给予不同的权值,通过数据融合来得到最终的预测结果。此外,为了解决文中的数据融合问题又提出一种基于本地预测可信度的自适应分组融合算法。仿真结果表明,该方法能够明显提高频谱预测的准确性。     

优化型自适应频谱感知调度算法

针对传统的周期性频谱感知机制对空闲频谱机会的有效利用率不高,且与主用户碰撞概率较大等问题,在多用户协作感知场景下,提出了一种优化型自适应感知调度（OASS）算法.利用部分可观测马尔可夫决策过程理论,将自适应感知调度建模为决策优化控制问题,当每个时隙开始时,从频谱感知、数据传输、休眠等待、信道切换4种可选策略中选择最优策...     

感知无线电系统中主用户的中断概率分析

在感知无线电系统中,不精确的频谱检测错误将会引起感知用户和主用户之间的冲突,对主用户的通信造成干扰.使用马尔可夫链对系统进行建模,得到2种冲突解决方案下的系统状态转移图.采用主用户中断概率作为性能指标估计感知用户对主用户造成的干扰.仿真结果表明,随着感知用户检测概率不断增加,主用户中断概率不断降低,仿真结果和理论分析结...     

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。     

感知无线网络感知用户接入授权系统的模型研究

在感知无线网络中,感知用户接入授权系统是提高频谱利用率的一种有效方法.本文将感知用户接入两种授权无线电系统的连续时间的马尔可夫模型,进一步推广到接入多种授权无线电系统的一般模型.在此基础上,推导并讨论了几个重要的系统参数:阻塞概率,被迫中断概率和信道利用率.数值结果表明,该系统在阻塞概率,被迫中断概率和信道利用率方面具有良好的QoS性能,并为进一步研究感知无线网络奠定基础.     

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。     

多信道认知网络的直观信道感知策略

为了提高频谱利用率,认知无线电技术可使非授权用户在不影响授权用户正常通信的情况下,利用瞬时的频谱空穴满足自身通信需求。如何通过感知频谱及时有效地发现频谱空穴是一个至关重要的问题,尤其是对于多信道认知无线电网络。针对多信道认知无线电网络,该文在连续时间Markov链的信道占用模型基础上,根据信道状态可能发生变化的概率,提出了一个动态的直观信道感知策略,并考虑了感知周期的影响。仿真结果表明:在感知周期合适的情况下,该策略能够有效地发现并利用频谱空穴,并且比周期感知和随机感知策略消耗更少的能量用于感知。     

认知多址接入系统中的能量消耗优化研究

考虑认知多址接入系统中的多个次用户与主用户同时共享多个信道的能量消耗问题,次用户能够同时感知和接入多个主用户信道并把对主用户的干扰维持在一定的范围内。为了减少能量消耗,需要对感知时间、信道以及功率进行合理的分配,同时,把干扰功率作为约束条件以保证主用户的服务质量。在基于多用户多信道感知的频谱共享方案中,所建立的初始优化问题为非凸整型组合分式规划问题,为了对感知时间、信道及功率进行联合优化,将其进行凸松弛并进一步转化为一个含参数的线性问题,从而提出一种最小化能量消耗的算法。通过实验仿真讨论次用户数量,信道数量及干扰功率对能量消耗和最优感知时间的影响,同时也验证了分析结果。     

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。     

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.     

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.     

基于隐马尔可夫模型的协作频谱检测策略

频谱检测是认知无线电的基础和关键技术,将其建模为隐马尔可夫模型(hidden Markov model,HMM),并由此提出基于隐马尔可夫模型的协作频谱检测策略.该策略首先使用Baum-Welch法对HMM的系统参数进行最大似然估计;然后基于HMM模型,利用各次用户的检测信息以及过去信道状态的后验概率信息进行贝叶斯推理,更新当前时隙信道状态的后验概率;最后根据最大后验概率准则对当前时隙的信道状态进行最终判决.使用后验概率,该策略可进一步估计系统协作检测的性能,在满足系统协作检测性能要求的前提下,选择尽可能少的、检测性能较优的次用户来参与协作,以节约开销和降低复杂度.仿真实验表明,所提出的策略的系统检测性能优于基于大数判决、似然比和Chair-Varshney准则的协作频谱检测策略.     

对M/M/1非抢占优先权排队平稳指标的分析

讨论M/M/1非抢占优先权排队模型.该模型可以用一个具有可数位相的拟生灭(QBD)过程来描述.对该过程采用生成函数法得到平稳状态时低优先权顾客数分布的概率母函数,以及其逗留时间分布的LaplaceStieltjes变换.所得结论同时也说明了这两个分布都不是PH分布.     

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。     

通过部分状态的观察确定一类离散时间马氏链

对于具有离散时间参数的星型分枝马氏链,证明了整个链的概率分布能由各个分枝末端状态的逗留时间序列和击中时间序列唯一确定,因而整个马氏链的统计性质由它们的观测与统计所决定.     

基于马氏链的感知无线电信道状态预测及容量估计

针对感知无线电(cognitive radio,CR)信道的动态特性,对感知无线电频谱占有模型进行了研究,利用马尔可夫模型对频谱占用情况以及信道状态变化情况进行概率统计和估计,基于估计结果,进行实时预测频谱占用情况和实现信道容量估计,并给出了一个容量估计公式。仿真结果显示信道状态预测及容量估计准确性很高,为基于QoS的感知无线电动态选频提供了很好的参考依据。     

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。     

饱和情况下基于非竞争带宽请求机制的IEEE 802.22 MAC层协议性能分析

为了分析IEEE 802.22 MAC（Medium Access Control）协议性能以及各协议参数对性能的影响,针对饱和情况下基于非竞争BR（Bandwidth Request）机制的IEEE 802.22 MAC协议提出了一种三维离散时间马尔科夫链分析模型. 该模型同时考虑了协议的子信道预留机制和频谱感知的虚警概率,在帧节点处分析了离开事件以及到达事件,并在建模场景下准确得到了马尔科夫链的状态转移概率矩阵. 通过马尔科夫链分析,得到了吞吐量、强迫中断率和切换队列的平均排队时延3种最主要性能指标的表达式. 仿真结果表明：本文的分析模型可以准确评估协议性能,定量分析各项性能指标,为合理地选取协议参数提供理论依据.