频谱感知次序的在线最优选择

动态频谱接入是解决无线电频谱资源短缺和频谱使用效率低下问题的有效方法,它允许次级用户在授权频谱空闲时动态地接入,以进行数据传输。而频谱感知是实现动态频谱接入的关键挑战之一。由于次级用户的感知能力有限,为了获得更多的频谱接入机会,需要尽快找到频谱空闲概率最大的频段,并研究频谱感知次序问题。考虑到频谱空闲概率对次级用户是不可知的,并且会随时间变化,提出了在线学习框架,把频谱感知次序问题归纳成经典多摇臂赌博机问题,并利用在线学习方法——满意折现汤普森抽样算法处理优化问题。仿真结果表明,和其他算法相比,所提算法可以获得更多的频谱接入机会并且能够跟踪频谱空闲概率的变化。     

第4讲 认知无线电中基于频谱数据库的共存技术研究

动态频谱接入技术能够有效缓解日益突出的频谱资源紧缺问题,然而随着认知无线电技术的发展,多个次级网络接入授权频段面临的共存问题也变得更加严峻。近年来的研究表明,传统的频谱感知结果可靠性不足,无法充分保证异构网络间的共存。基于地理频谱数据库的共存技术,能够为网络提供可用频谱信息以及共存信息,从而使得异构网络的共存成为可能。文章首先阐述了地理频谱数据库的发展趋势和技术挑战,接着分析了异构网络共存面临的挑战和研究现状,然后提出了一个基于地理频谱数据库接入授权频谱的系统架构,最后介绍了异构网络共存的关键技术和主要的共存机制,进一步地,为指导共存机制和算法的设计将共存问题公式化地描述成具有一般性的优化问题。     

认知无线电专题讲座(四) 第7讲 协同频谱检测技术

认知无线电能够智能地感知频谱并在授权用户没有使用的时候伺机(opportunistic)利用其频段,从而提高频谱的利用率。频谱检测是认知无线电系统需要首先解决的问题。协同检测可以更有效地利用整个网络的资源,获得高的分集增益,使网络性能更稳定。文中简述了协同检测的基本原理,并对协同频谱检测技术进行了讨论。仿真结果表明协同可以提高检测概率、提供捷变增益(agility gain),对频谱利用率的提高有很大的贡献。     

第3讲 认知对抗中的频谱切换时间估计研究

认知无线电信号由于具有感知和重构能力,在信息战中的地位越来越重要。要对认知无线电信号进行高效灵巧地干扰,需要得到的关键参数之一是频谱切换时间。当主用户回归或者认知信号遭受较强干扰时,认知用户则需要切换到其他空闲信道上以便继续进行通信。文中首先提出认知用户频谱切换时间估计的基本方案,分为粗检测(宽带频谱侦测)和细检测(针对指定信道的时频分析)两大步骤;然后针对各个步骤分别提出相应的检测算法。仿真结果表明,该方法能较准确地估计出频谱切换时间,而且参数可控性强,便于集成和实现。     

在线学习的主用户仿冒攻击策略

在认知无线网络中,次用户通过频谱感知来学习频谱环境,从而接入那些没有被主用户占用的频谱空隙。事实上,多种恶意攻击的存在会影响次用户频谱感知的可靠性。只有深入研究恶意攻击策略,才能确保认知无线网络的安全。基于此,研究了一种认知无线网络中的欺骗性干扰策略,即主用户仿冒攻击策略,该攻击策略通过在信道上传输伪造的主用户信号来降低次用户频谱感知的性能。具体来说,将攻击策略问题建模为在线学习问题,并提出基于汤普森采样的攻击策略以实现在探索不确定信道和利用高性能信道间的权衡。仿真结果表明,与现有的攻击策略相比,提出的攻击策略能更好地通过在线学习优化攻击决策以适应非平稳的认知无线网络。     

频谱用户行为特征建模与分析

针对频谱用户行为特征建模问题,在测量0～400 MHz、750～1050 MHz和2.3～2.5 GHz三个代表性频段的基础上,计算各频段的频谱图和频谱占用情况,指导认知无线电寻找合适的频谱以使用。通过拟合频谱测算数据可知:用户到达信道速率服从泊松分布,用户到达间隔概率服从负指数分布。研究结果可为认知无线电的频谱接入等算法提供理论支撑。     

无线认知网络中一种分布式最大频谱分配算法

无线认知网络被认为是下一代无线网络的核心架构之一。该网络能解决日益增长的频谱使用需求和低下的频谱使用率之间的矛盾。通过伺机接入临时可用频谱资源,其频谱利用率能得到大幅的提高。由于频谱资源分配是影响频谱资源利用率的关键,因此如何对频谱资源进行高效的分配一直是无线认知网络的重要研究领域之一。我们证明了在异构频谱使用概率条件下的最优频谱分配是NP难的问题。为了有效解决该问题,本文提出了一种基于分布式最大加权独立集的频谱分配算法——DMWIS。该算法的时间复杂度为O(V2/2)。通过大量的仿真实验,验证了在90%以上的不同随机网络环境下算法能在3轮内收敛,并且该算法一般能获得最优解90%的性能。     

基于规则的动态频谱接入研究

动态频谱接入面临的关键技术之一是对接入时机和方式进行有效地管控,防止由于频谱的接入使用过于灵活造成用频的干扰和混乱。将频谱接入的时间和方式给予规则上的约束和指导,基于规则构建动态频谱管理框架可以有效实现频谱的实时管控。对动态频谱接入的规则及表述方式进行了讨论,分析了基于规则的动态频谱接入过程,最后结合美军XG项目的试验结果分析了基于规则的动态频谱接入的应用前景。     

认知无线网络中不同场景的动态频谱聚合算法

在认知无线电网络中,不连续的频谱片段可以通过频谱聚合来满足认知用户的用频需求。常用的频谱聚合算法有具有聚合能力的频谱分配算法、最大满足算法和最小切换算法等。文章在这几种算法的基础上提出了一种能够预测高级用户出现概率的方法,从而减少网络开销;对于用频需求较大的情况,提出了折中算法和片段最大化算法,增加了可支持的用户数量,并减少了网络开销。仿真结果表明,上述算法具有较好的效果。     

认知无线电与频谱管理

当前的频谱管理采用固定频谱分配策略,频谱资源被分配给固定的授权用户,从而造成了频谱资源的浪费。认知无线电技术是一种智能无线电通信技术,它能够大幅度提高系统的频谱利用率,有效解决目前的频谱资源匮乏问题。因此,认知无线电技术的出现必将对现有的频谱管理策略产生一定的影响。文中主要介绍了认知无线电的基本概念和频谱管理技术,并对认知无线电下的频谱管理提出了一些看法和建议。     

Strategic spectrum occupancy for secondary users in cognitive radio networks with retrials

This article investigates joining strategies and admission control policy for secondary users (SUs) with retrial behavior in a cognitive radio (CR) system where a single primary user (PU) coexists with multiple SUs. Under a certain reward‐cost structure, SUs opportunistically access the PU band when it is not occupied by the PU. If the band is available upon arrival, an SU decides with a probability either to use the band immediately or to balk the system. If the band is occupied, the SU must decide whether to enter the system as a retrial customer or to leave the system. Once the PU requests for service, the service of SU being served, if any, will be interrupted, and the interrupted SU leaves the band and retries for service after a random amount of time. In this article, we study the equilibrium behavior of non‐cooperative SUs who want to maximize their benefit in a selfish, distributed manner with delay‐sensitive utility function. The socially optimal strategies of SUs are also derived. To utilize the PU band more efficiently and rationally, an admission control policy is proposed to regulate SUs who enter the system in order to eliminate the gap between the individually and socially optimal strategies.     

一种改进的分数低阶矩协作频谱感知算法

为了提高脉冲噪声下基于分数低阶矩频谱感知算法性能,提出了一种改进算法。针对中值滤波能有效抑制脉冲噪声的特点,该方法先对接收信号进行中值滤波,再进行分数低阶矩频谱感知。仿真分析了在不同广义信噪比、特征指数以及协作用户对感知性能的影响,并与能量检测和分数低阶矩频谱感知方法对比。仿真结果表明,改进的分数低阶矩方法在脉冲噪声下感知性能明显优于能量检测和分数低阶矩检测。并且对不同调制信号均具有良好的适用性。     

认知Ad Hoc网络的MAC层研究综述

MAC层是认知Ad Hoc网络一个很重要的研究领域。它决定频谱的感知策略和接入策略,在保证主用户不受影响的前提下,实现与主用户及其它认知用户的共存。文中综述了认知Ad Hoc网络MAC协议的设计要求以及当前面临的问题和挑战。然后对认知Ad Hoc网络进行了分类。对几种典型的MAC协议进行了分析和对比。最后展望了未来的研究方向。     

一种可靠的协作式频谱感知方案

高可靠性的频谱感知是认知无线电实现的基础.在认知无线电网络环境下,提出了一种可靠的合作频谱感知方案.认知网络中的独立节点分别计算频谱感知结果的可信任程度,融合中心预分选各节点的感知结果,剔除终端的错误感知数据,利用D-S证据融合方法得到最终感知结果.该方式能够克服阴影效应、衰落信道以及自私设备所造成的感知信息失真问题....     

基于分形滤波的能量检测方法

能量检测是认知无线电频谱感知的有效方法,但在低信噪比情况下检测概率明显下降。提出了基于分形滤波的频谱感知能量检测方法。基于分形滤波可以有效抑制噪声的特点,该方法先对接收信号进行分形滤波,以其能量值作为检测统计量,进行能量检测。仿真结果表明,通过基于分形滤波的能量检测和直接进行能量检测方法对比,滤波后信噪比在下降7 d B时仍然满足90%以上的检测概率。此外,该方法对不同调制信号均具有较好的适用性,在噪声不确定情况下仍然具有较高的检测概率。     

基于分布式天线的认知无线电系统感知算法和信道容量分析

认知无线电概念的提出为频谱的共享提供了可能。文中提出一种基于分布式天线的认知无线电系统实现方法,该方法便于频谱的感知,能降低对首要用户的干扰,并且相对于中心式天线能为次要认知无线电用户的下行链路提供较大的信道容量增益。     

采用无线携能技术的中继辅助CR-NOMA系统能效分析

针对现有关于认知无线电非正交多址接入网络的研究中终端电池容量有限和能源利用率低的缺点,采用了中继辅助用户进行传输,并且引入无线信息和能量同时传输的方式。在用户服务质量和最小能量捕获的约束条件下推导了次用户传输能效表达式,通过分式规划方法把非凸的目标函数转化为优化中继发射功率、中继功率分配和接收端功率分配三个凸的单目标问题,并分别用函数单调性、黄金分割算法、拉格朗日对偶算法和多目标联合优化算法进行优化,求得了全局最优解,使次用户系统传输能效最大化。对所采用的算法复杂度进行分析,仿真结果表明:与传统的正交多址接入方案相比较,在提高系统频谱利用率的同时,次用户传输能效有47%的提高。