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.     

基于模糊逻辑的频谱分配算法

提出一种在认知无线电中利用模糊逻辑进行频谱分配的新算法.先对每个认知用户根据其与认知用户基站的距离进行通信优先级划分.再利用每个认知用户的频谱利用率、移动速度、认知用户发射机与主用户接收机之间的距离进行模糊逻辑运算,得到该认知用户的频谱接入概率.定义认知用户的通信优先级与其频谱接入概率之积为基站收益,基站收益越大,该认知用户越易得到频带.仿真结果证实了该算法的可行性.     

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.     

基于效用理论的多标拍卖信道分配算法

针对传统多标拍卖信道分配机制无法确保认知用户获得频谱资源公平性的问题,结合微观经济学中的效用理论提出了一种新的标价算法。该算法基于用户自身带宽需求和等待时间等因素对信道效用的影响,以信道效用为基准对信道进行等效标价处理,确保在系统效益最大的同时可获得频谱资源认知用户数量容纳性的最大化。对采用该算法与采用传统算法的系统中用户等待时间、需求满足情况及系统总体效益等关键技术性能在频谱资源充足与频谱资源匮乏两种情况下进行了仿真对比分析,结果显示该算法不仅能够在频谱资源充足时获得较好的系统效益,在频谱资源匮乏时能够在保证系统效益的同时大大提高了弱势用户获得频谱资源的概率,提高系统的公平性。     

基于DAQL算法的动态频谱接入方案

针对传统的动态频谱接入方案一般没有考虑自主性,不具备普适性这一缺点,提出了一种基于双动作Q学习算法DAQL（double action Q-learning）的频谱接入方案,该方案将DAQL引入到多授权用户存在的环境下频谱接入问题中,用以降低接入未知频谱环境时的冲突概率。仿真结果表明,提出的方案与随机接入方案相比,不但有更小的冲突概率,而且能动态适应环境的变化,适合认知无线电的需要。     

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.     

一种新型认知无线电信道状态的预测算法

基于部分可测马尔科夫决策过程(POMDP)模型,结合认知无线电频谱侦测技术,提出一种新的多无线电多信道环境下认知无线电检测信道算法.该算法通过对信道状态历史信息的分析,推导出信道信念状态的初始分布和转移概率;然后,以此选择出具有最佳回报的信道以供接入,使得次用户能获得最佳带宽回报,从而达到提高信道利用率的目的.仿真结果表明,算法获得相对于传统认知无线电频谱接入方式更高的信道带宽,并接近无漏检和虚警现象的理想情况,有效地提高了信道利用率.     

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.     

非对称认知网络中分布式多用户频谱共享算法

为解决多用户冲突导致非对称认知网络吞吐量降低的问题,根据网络中用户信道收益矩阵的特点,提出了一种分布式多用户联合频谱共享方法.首先,基于Gale-Shapley理论实现认知用户和信道之间的"一对一"频谱分配,以避免认知用户之间的竞争冲突;其次,在未知信道先验知识或者认知用户仅有部分信道感知能力时,通过顺序最优学习算法获取信道收益信息;同时设置接入定时器,实现分布式机会频谱共享.仿真结果表明:所提方法的平均网络吞吐量明显优于随机等分布式算法,且复杂度比最优算法大大降低,收敛速度较快,适于感知带宽受限和用户地理位置分散的非对称认知网络.     

基于损失制轮询调度的频谱接入机制研究

动态频谱接入技术在确保授权用户权利的同时,允许认知用户暂"借"空闲频谱,可有效解决频谱资源匮乏问题.针对认知无线电网络,只有一个信道但有多种数据需要发送的情况,提出基于损失制的多优先级轮询动态频谱接入机制.通过运用马尔可夫排队论理论,求解平衡状态下系统平均排队队长、平均排队时间等重要参数结果.数值分析和仿真实验结果表明,该机制提高了认知无线电网络系统的排队性能,可有效减少频谱空洞.     

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。     

一种新颖的多用户协作频谱检测算法

频谱检测是认知无线电的一项核心技术,其检测性能容易受到信道衰落的影响.与单用户频谱检测相比较,多用户频谱检测能够克服认知无线电中衰落环境对系统检测性能的影响.文章分析了能量检测在高斯信道、瑞利衰落信道和阴影衰落信道下的检测性能,提出了一种新的多用户协作频谱检测数据融合算法.该方法采用1 bit的双极性信号表示单节点认知用户能量检测的判决结果并送至融合中心,融合中心根据每个认知用户的信噪比进行加权融合.仿真结果表明,该算法能够更加有效地克服信道衰落对频谱检测性能的影响,其检测性能明显优于OR准则算法.     

一种新颖的多用户协作频谱检测算法

频谱检测是认知无线电的一项核心技术,其检测性能容易受到信道衰落的影响.与单用户频谱检测相比较,多用户频谱检测能够克服认知无线电中衰落环境对系统检测性能的影响.文章分析了能量检测在高斯信道、瑞利衰落信道和阴影衰落信道下的检测性能,提出了一种新的多用户协作频谱检测数据融合算法.该方法采用1 bit的双极性信号表示单节点认知用户能量检测的判决结果并送至融合中心,融合中心根据每个认知用户的信噪比进行加权融合.仿真结果表明,该算法能够更加有效地克服信道衰落对频谱检测性能的影响,其检测性能明显优于OR准则算法.     

认知网络中一种基于最大吞吐量的中继机制

为了抵抗信道衰落以及提高频谱利用率,提出了在多信道多主用户的认知无线电网络中,次用户协作主用户通信的模型.同时基于实际情况中最大化主用户吞吐量的准则,建立了分配问题,通过理论分析,将该问题转化为数学中的指派问题,并根据匈牙利算法提出了分配次用户协作主用户通信的算法以及相应的次用户的接入机制.仿真结果表明,提出的次用户协作主用户通信机制能够较好地抵抗信道衰落,大幅提升主用户的吞吐量,从而提高频谱利用率.     

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。     

一种支持时延约束的卫星认知网络功率控制算法

针对卫星通信网频谱资源利用率低下的问题,以信道有效容量最大化为优化目标,提出了一种支持时延约束的卫星Underlay认知无线网络功率控制与优化算法。首先根据网络拓扑结构建立了功率干扰模型,通过引入时域信道相关系数,推导了完全与非完全信道环境下基于时延约束的认知用户有效容量优化目标函数,并利用Lagrange方法求解得到不同场景下认知用户的最佳功率调整策略,简化了功率控制优化过程,最后通过实验仿真分析了影响认知用户信道有效容量的因素。结果表明,该算法能够根据业务时延约束条件和信道衰落特性变化动态调整认知用户的最佳发送功率,与等功率分配算法相比认知用户的信道有效容量得到了明显提高。     

基于天线选择的多天线频谱感知技术

为了保护主用户系统不受认知用户的影响,提高频谱检测的可靠性,提出了一种新的基于天线选择和能量感知的频谱检测算法.该算法利用认知用户多个接收天线的感知信息,根据认知用户与主用户之间信道的差异,充分利用多天线的空间分集,选择部分使得检测概率最大化的天线进行合作检测.仿真结果表明,基于天线选择和能量感知的多天线频谱检测可有效地提高感知数据可靠性,感知数据的检测概率显著提高.     

基于Kuhn-Munkres算法保证认知用户QoS的动态频谱分配

本算法采用图论方法解决认知无线网络动态频谱分配(DSA)问题.首先,根据认知用户的服务质量(QoS)以及空闲信道的状态,分别为认知用户和信道划分优先权.然后,提出一种新的计算方式预计认知用户使用信道可获得的带宽效益.最后,将划分优先权后的认知用户、信道建立二分图,将带宽效益作为图的权重.在兼顾考虑认知用户的带宽效益和频谱利用率的前提下,使用Kuhn-Munkres算法将信道分配给认知用户.实验仿真结果表明,本算法可以同时优化带宽效益和频谱利用率,在认知用户等待分配信道时间方面也能取得较好服务质量要求.     

基于极大似然比频谱检测的认知无线电子载波分配算法

在认知无线电多载波调制系统中,子载波分配是实现主用户与认知用户频谱共享的前提.研究了认知OFDM中基于极大似然比检测(MLD)的子载波分配算法,认知用户采用MLD模型对主用户频谱使用情况进行分布式检测,利用频谱检测信息动态分配子载波,通过认知基站对认知用户子载波频谱感知信息进行融合判决.推导了MLD模型的判决区域上下界阈值、检测概率与虚警概率,并与能量检测进行性能比较.仿真结果表明,相对于能量检测,MLD判决阈值与子载波平均接收信噪比(SNR)有关,检测性能自适应信道变化.MLD用于CR多载波调制中的子载波分配,可明显提高认知OFDM子载波频谱感知性能,从而达到高效利用频谱资源,实现"绿色通信".