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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于马尔科夫过程的频谱接入建模与分析

为了解决军事应急网络作为认知用户接入战术通信骨干网的频谱接入问题,将多优先级认知用户的频谱接入行为建模为连续马尔科夫链模型,并以此模型为基础设置阻塞概率、切换概率和中断概率3个参数,分析授权用户、高优先级认知用户和低优先级认知用户相应的到达、退出频谱行为对通信系统的影响。理论分析与仿真结果表明:该模型能够比较不同用户的频谱接入行为对通信系统的影响,定量分析通信系统的频谱接入性能。     

一种认知无线电中模仿授权用户诱骗攻击的检测方法

认知无线电中模仿授权用户（PrimaryuserEmulation,PUE）诱骗攻击是近年来研究的热点问题。攻击者通过模仿授权用户的信号特征来干扰认知用户使用频谱,造成认知用户可用频谱资源的大量减少。本文提出了一种单点PUE攻击的检测方案。通过小波变换提取发射机发送信道特征来判断用户身份,仿真实验表明该方法可以有效检测PuE攻击。     

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。     

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。     

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。     

北斗多业务卫星系统与应用——论北斗Bs导航

无线电频率是不可再生的资源,频率共用已成为国际电信联盟的共识,多业务融合发展已成为世界卫星无线电系统发展趋势。S频段中2483.5 MHz~2500 MHz被国际电信联盟划分为卫星多业务共用频率,包括卫星无线电定位报告业务、卫星无线电导航业务、卫星移动通信业务三大业务,可以同时提供卫星导航、航路跟踪、遇险救援、信息中继四大功能。介绍了S频段天基系统发展过程、导航通信频率特性、S频段多功能集成前景,我国北斗未来使用S频段导航的应用成果及社会经济效益预测。     

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.     

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。     

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.     

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D-S证据理论的协作式频谱感知方法

频谱感知是认知无线电的关键技术,感知精度和速度直接影响到认知无线电网络的整体性能。由于单台感知的性能受环境影响严重,协作式频谱感知被广泛使用。为提高协作式频谱感知性能,采用可变策略的Dempster-Shafer证据理论对两种感知方法产生的信息进行融合:一种是能量检测法,该方法速度快但准确度不高;另一种是周期平稳信号检测法,准确度高但周期长。通过融合实验结果表明,同单独一种检测方法相比,基于Dempster-Shafer证据理论的认知网络,其感知能力明显提高,系统的容错性和敏捷度也有增强。     

基于DDS+PLL的跳频宽带信号源设计

首先比较了数字直接合成技术和锁相环技术各自的优缺点,介绍了ADI公司的数字锁相环芯片ADF4360-7芯片的内部配置和PLL双模前置分频的设计.提出了一种使用DDS输出的低频段线性调频信号作为PLL信号激励源的设计方案,用来产生某型跳频信号源1 010～1 220 MHz高频段内的线性调频信号.使用FPGA的线性时序法实现了端口并串转换的控制.从实验结果分析,频段内2个典型频率点的输出频谱稳定性较高,且满足远端杂散的要求.     

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。     

基于分形相关盒维数的分步合作频谱感知方法

提出一种基于分形相关盒维数的分步合作频谱感知方法,通过对信号进行自相关运算,然后求取其盒维数值,利用恒虚警检测得到判决门限进行判决,在所有认知用户中随机选择参与运算的认知用户,并反馈有益信息。仿真结果表明,该方法在保证检测准确率的同时,降低了认知系统合作频谱感知所带来的额外开销和频谱检测时长,减轻合作控制中心的负荷,整体上提高了认知系统的检测性能。