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。     

认知通信电子防御技术探索

为了增强通信电子防御能力,将认知无线电思想和技术应用于通信电子防御领域,将认知无线电技术和传统抗干扰技术相结合,提出了认知通信电子防御技术的概念,分析了其基本内涵和基本机理,给出了总体技术方案,探讨了认知通信电子防御中的频谱感知、频谱共享和认知引擎等关键技术,指出了认知通信电子防御技术面临的挑战。为推进通信电子防御走向认知化和智能化提供了理论参考。     

频谱感知技术在认知无线电中的应用

频谱感知是认知无线电的关键技术,能量检测广泛应用于频谱感知。针对认知无线电频谱感知技术较少运用于实践的不足,提出了基于0FDM传输系统的频谱感知。在0FDM系统中利用能量检测的判决结果控制子载波的开关,实现感知结果对数据传输的控制,最后利用认知无线电平台进行实时数据的传输。实验结果表明,系统能够在认知无线电平台上成功进行无线通信的数据发送与接收,频谱感知结果能够有效控制数据传输,为认知无线电由理论研究步向实际应用奠定了基础,具有一定的实用价值。     

适用于认知无线传感器网络的高效频谱分配方法

广泛工作在ISM(Industrial,Scientific and Medical)频段的无线传感器网络面临严重的频谱稀缺问题。在无线通信中,动态频谱分配被认为是提高频谱效能的重要途径。针对典型集中式管理的认知无线传感器网络设计了基于图着色结合负载强度的高效频谱分配算法。首先在协议干扰模型下确保频谱资源在空间上充分利用,随后综合考虑节点负载强度与公平性建立优化模型并按照乘子法加拟牛顿法框架求解最优值。仿真实验表明算法与固定频谱分配方式和传统自适应频谱分配算法相比,在系统吞吐量和节点缓冲区队列长度两个关键性能指标上具有显著优势。     

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。     

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。     

基于在线学习的频谱感知次序策略*

认知无线电允许次级用户在频谱没有被主用户使用时动态地接入频谱进行数据传输。动态频谱接入是解决无线电频谱资源短缺和使用效率低下问题的有效方案,而频谱感知是实现动态频谱接入的关键挑战之一。次级用户的感知能力有限,为了快速找到频谱空闲概率最大的频段从而获得更多的频谱接入机会,研究了频谱感知次序问题。考虑到频谱空闲概率会随时间变化且对次级用户不可知,提出了一个在线学习框架,把频谱感知次序问题规约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(satisficing discounted Thompson sampling)处理优化问题。仿真结果表明,和其他算法相比,所提算法可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。     

基于最大比合并的循环平稳频谱协作检测

多天线空间分集和多用户协作检测是提高认知无线电频谱检测性能的2种关键技术,由此提出了基于循环平稳特征的多天线多用户频谱协作检测方法.首先接收器在频域按照最大比合并的方法合并各天线接收信号,对合并信号进行初步频谱判决.然后在多用户中按照K/N融合准则进一步做频谱协作检测.仿真分析表明,综合利用信号循环平稳特征和协作检测技术可有效改善认知无线电系统检测性能.     

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。     

基于Agent技术的战术互联网动态频谱管理系统

动态频谱管理是提升战术互联网作战效能的主要手段之一.首先分析了战术互联网以及动态频率管理工作特点的基础上,设计了一种基于Agent技术的动态频谱管理系统,并详细介绍了动态频谱管理的实现方法.     

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。     

基于LMD频域近似熵频谱感知算法研究

针对现有频域近似熵频谱感知技术在低信噪比条件下抗噪声性能和检测性能有待提升的问题,提出了一种基于LMD频域近似熵的频谱感知算法。(1)算法筛选出3个PF分量累加求和,使得算法提取局部调频包络特征信息得到最优,进一步排除噪声不确定度的影响。(2)算法对累加PF分量进行频域变换后求其近似熵,增强算法对频域信息的嗅探能力,提升算法检测性能。Monte Carlo仿真结果表明,在噪声不确定度为0dB,采样点数为8 000的情况下,当信噪比大于-19 d B时,可以对2ASK信号达到100%的检测概率,与现有频域近似熵算法相比,检测性能约有17 d B的提升。     

浅析军用认知无线电的优势

认知无线电作为一种智能无线电技术,可赋予军用无线通信系统以电磁环境感知能力,有效解决战场频谱利用率和管理的问题,对军事通信产生了深远的影响.介绍了军用认知无线电的现状,分析了军用认知无线电的特性,重点讨论了军用认知无线电在军事通信中的优势.     

Hilbert谱分析和平稳度

提出了本征模式函数IMF成员相应的幅度及频率时间函数的计算方法。由函数的Hilbert谱可获得相关的边缘谱,边缘谱确定了几乎连续的能量分布,从而提供了通过每个频率值测量总能量的方法。根据能量-频率-时间分布,就可以定量确定平稳性,平稳性是物理过程的一个复杂属性,其由平稳度DS和统计平稳度DSS进行度量,同时给出了DS和DSS的计算公式。     

基于高阶谱分析的机械故障特征识别

在分析高阶累积量与高阶谱的理论基础上，利用高阶谱可以抑制加性高斯噪声的性质，研究了基于高阶谱分析的机械故障特征提取方法，提出了基于双谱估计的齿轮故障诊断的方法。通过对齿轮信号的双谱特征图谱进行分析比较，成功地对齿轮的正常稳态振动信号、正常瞬态振动信号以及磨损瞬态信号进行了识别，效果十分显著。