Joint optimization of cooperative sensing and transmission in energy-efficiency cognitive radio

Aiming at the low energy utilization caused by the sensing energy consumption of cognitive radio (CR), we propose to improve the energy efficiency (EE) of multi-channel CR by jointly optimizing cooperative spectrum sensing and transmission resources. Setting optimizing parameters such as cooperative spectrum sensing time, sensing threshold, transmission bandwidth and power, etc., the optimization model for maximizing EE is built based on the periodic cooperative spectrum sensing. The proposed non-convex optimization model is effectively resolved by a combined algorithm of the interior method and Dinkelbach's optimization. Simulation results show that when the detection probability is 0.6, compared with the traditional maximizing spectrum efficiency model, the transmission rate of the maximizing energy efficiency model increases by 100bit/(s·Hz^-1) under unit energy. The proposed model decreases the sensing power consumption and improves the energy utilization effectively.     

多信道认知无线电频谱感知时间和门限联合分配

为提高多信道认知无线电的吞吐量,提出采用交替方向优化联合分配次用户的频谱感知时间和子信道感知门限.基于"先听后传"的次用户帧结构,建立了感知时间和门限的优化分配模型.该模型在保证满足主用户通信需求和子信道频谱感知性能的前提下,最大化次用户各子信道的吞吐量总和.联合优化算法通过交替优化感知时间和门限能够获得模型的最优解.仿真结果表明:存在最优的感知时间和门限最大化次用户的吞吐量,并且相比之前的方案,联合分配能够提高次用户的吞吐量.     

认知无线电中自适应分步合并协作频谱感知算法

在等增益合并协作频谱感知基础上,提出了一种新的频谱感知算法．根据认知用户接收信噪比的变化,通过自动调整参与协作频谱感知的认知用户数,以减少认知无线电网络中的数据开销．推导了瑞利衰落信道下采用此算法时,认知用户通过控制信道发送到中心控制器的平均数据量的计算公式．理论分析和仿真结果表明,和等增益合并协作频谱感知算法相比,在保证频谱检测性能的前提下,该算法减少了认知用户通过控制信道到中心控制器的平均数据开销．     

删余协作频谱感知性能分析及优化

提出了一种新的基于删余的协作频谱感知方法,通过减少实际发送的本地决策值数来节约控制信道带宽,降低检测性能对认知用户数的依赖; 分析了这种删余协作频谱感知在感知信道和报告信道均存在衰落下的性能,它可以有效解决报告信道衰落所带来的尾感知问题,降低了虚警率; 提出了进一步优化算法,算法在确保主用户受到足够保护的前提下,通过寻找最优的次用户数和相应的检测门限使次用户的接入机会最大化．仿真结果与理论分析相一致．     

基于分群的自适应双门限合作频谱感知

针对认知无线电系统中,通知信道不理想对传统合作频谱感知的不利影响,提出了一种改进的合作频谱感知机制:认知用户被分成若干群,选择群内通知信道增益最大的认知用户为中心节点,采用自适应双门限机制负责群内合作频谱检测,并将检测结果报告给认知基站进行合并以确定授权用户是否存在.仿真结果表明:相对传统的合作频谱感知,该机制能降低通...     

Multi-slots Wideband Cooperative Spectrum Sensing Based on Weighed Data Fusion in Cognitive Radio

In order to avoid the interference to the primary user(PU), in this paper Cognitive Radio (CR) periodically senses the presence of PU, and during one period, CR can sense all the sub-channels based on weighed data fusion and then use all the idle channels decided by the coordinator. The local sensing time of CR is divided into multi-slots in which CR can sense any sub-channel. Through reasonably allocating the sensing slots and users by mathematic optimization, the proposed algorithm can improve the total throughput of CR. The optimization problem of the proposed scheme which seeks to maximize the throughput subject to the constraint of the detected performance of each sub-channel is proposed in order to choose the optimum local sense time and the number of the cooperative CRs. The simulation results indicate that the proposed scheme can obtain higher throughput than the conventional single-channel sense, and there are the optimum local sense time and the number of cooperative CRs to make the throughput reach maximum.     

采用软合并合作检测的认知无线电系统的吞吐量优化

为了最大化认知无线电系统的吞吐量,以采用等增益软合并合作检测的认知无线电系统为例,建立了在主用户得到充分保护的条件下系统吞吐量的优化模型,优化参数分别为本地检测时间和参与合作检测的用户数．利用最优化理论证明了系统吞吐量是本地检测时间的凹函数,并基于该结论给出了最大吞吐量的联合搜索算法．仿真结果验证了理论分析,并给出了不同传输开销下的最大吞吐量及其对应的最优参数．     

认知无线电加权联合频谱感知优化算法

为了提高认知无线电联合频谱感知的性能,对加权联合频谱感知算法进行了研究,并对权重和观测时间2个感知参数进行了优化.算法基于给定的检测概率,通过选择最优的权重使认知无线电获得最小的虚警概率;还提出了二分算法,通过该算法,认知无线电能够获得最优的观测时间.仿真结果表明:相比未加权的联合频谱感知算法,提出的算法能够获得更低的虚警概率和更高的频谱利用率,并且相比穷举算法,二分算法的计算量要更低.提出的算法能够使认知无线电在授权用户的干扰容限内获得最大的频谱利用率.     

A novel weighed cooperative bandwidth spectrum sensing for spectrum occupancy of cognitive radio network

In cognitive radio network(CRN), a secondary user(SU) may utilize the spectrum resource of the primary user(PU) and avoid causing harmful interference to the primary network(PN) via spectrum sensing. In the traditional time spectrum sensing, the SU cannot detect the PU's presence during its transmission, thus increasing interference to the PN. In this work, a novel weighed cooperative bandwidth spectrum sensing method is proposed, which allows multiple SUs to use part of the bandwidth to perform cooperative spectrum sensing throughout the whole frame in order to detect the PU's reappearance in time. The SU's spectrum efficiency is maximized by jointly optimizing sensing bandwidth proportion, number of cooperative SUs and detection probability, subject to the constraints on the SU's interference and the false alarm probability. Simulation results show significant decrease on the interference and improvement on the spectrum efficiency using the proposed weighed cooperative bandwidth spectrum sensing method.     

认知无线电网络中的参数优化问题

针对在多协作用户宽带信道情况下,认知无线电网络中当信道增益固定时,检测时间、功率以及带宽分配等参数的优化问题,提出了各参数的联合优化算法.以信道容量为目标函数,给出了最优的资源分配算法.结果表明,该算法能够实现频谱接入并且极大地提高了次用户系统的总信道容量,且资源分配与主用户占用的概率、峰值发射功率和干扰约束等因素有关.在多认知用户网络中,参与合作的用户越多,接收信号的信噪比越高,次用户系统的总信道容量越大.     

认知无线电网络的检查协作频谱感知技术

在认知无线电中,协作频谱感知通常被用来提高感知性能。但当用户个数较多时,控制信道带宽的限制和感知时延会影响协作感知的性能。作者提出采用检查协作频谱感知可以有效避免这些问题。检查协作频谱感知通过减少认知用户上报基站的感知信息,降低通信负荷和感知时延,从而提高系统的敏感性。通过最大化频谱利用率可以得到最优的不发送概率,从而在感知时延和接入频谱机会的错失上得到折衷。通过分析及仿真结果可以看出,检查协作感知与传统协作感知相比,有效提高了系统的敏感性。通过最优的不发送概率可以确定最佳的感知门限进行感知。     

复合衰落信道下基于删余的多天线协作频谱感知

提出了一种基于删余的多天线协作频谱感知(C-MA-CSS),利用混合伽马分布推导了感知信道为复合衰落信道时C-MA-CSS的检测率、漏检率、虚警率和次系统容量的闭合表达式,并分析了它们与天线数的关系,给出了使次系统容量最大化的优化算法.仿真结果表明,相比非删余的CSS而言,一方面C-MA-CSS能够明显降低漏检率;另一方面,随着天线数的增多,次系统容量先增大后趋于平稳,采用优化算法可以在确保主用户受到足够保护的前提下,利用较少的天线数实现优化的次系统容量.     

基于时域-空域联合的认知无线电频谱感知算法

为提高认知无线电系统中频谱感知的性能和检测概率,提出了一种时域-空域联合的频谱感知算法。该算法利用主用户信号时域与空域的特性,通过空域感知对主用户定位,利用主用户的定位信息时域感知选择认知用户进而提高检测概率。仿真结果表明,该算法的检测性能优于时域或空域感知。     

能量有效性频谱感知和传输方案的联合设计

为了实现认知无线网络的能量有效性传输,在混合频谱共享方式下对频谱感知和传输功率分配的联合优化方案进行研究.首先将混合频谱共享方式下的能量有效性传输描述为一个多约束优化问题,并从理论上分析了最优的频谱感知和功率分配方案.结合理论分析结果,设计了低复杂度的联合优化迭代方案以逼近优化问题的最优解.仿真结果表明所提方案的性能与最优方案非常接近,而方案复杂度却大大降低.     

协同无线网络中感知传输时间分配与功率控制的联合优化

针对协同无线网络中频谱感知和数据传输两阶段的时间分配及功率优化问题,在充分考虑认知用户在各个信道上的不同传输功率及其对授权用户出现概率的误检或漏检的基础上,提出了放大转发模式下基于最大化系统传输能效的感知传输时间分配和功率控制联合优化方案,并证明了该方案可以通过序列优化的方法来获得其全局最优解.仿真结果表明,协作中继传输方式下所获得的系统传输能效明显优于非中继传输方式,且随着感知传输时间分配比率的减小和授权用户信噪比的增加,系统性能将得到进一步提高.     

认知无线电网络中基于检测概率的主用户定位算法

为了解决认知无线电网络中次用户对主用户进行定位的问题,提出了一种加权最小二乘的迭代定位算法。采用两状态马尔可夫模型作为主用户头像模型,能量检测作为次用户的感知模型。该算法可以在不干扰主用户正常工作的情况下,利用次用户之间的合作感知结果进行定位,并估计出主用户的三维地理位置位置信息。提出了一种可以降低定位算法复杂度的简化算法。通过对定位问题进行了理论分析,求出了均方误差的Cramer-Rao理论下界。仿真结果表明,算法的均方误差非常接近理论下界,能有效地估计主用户的三维位置信息,提高定位精度。     

判决相关条件下联合频谱检测的性能分析

为了改善认知无线电中感知用户(未授权)对主用户弱信号的检测性能,采用多个感知用户合作的联合最优门限判决算法.在考虑参与联合检测的各感知用户判决门限具有相关性的条件下,通过理论分析和软件仿真,表明联合检测算法随着参与检测用户数目的增加,能够改善对主用户弱信号的检测性能.在融合中心虚警概率恒定的条件下,与给定各判决门限和系统融合准则的算法相比较,联合最优门限判决算法性能更好.但因各感知用户判决门限具有相关性,系统检测性能比各感知用户判决独立条件下有一定损失.     

基于阈值优化的频谱感知算法

协方差绝对值（Covariance Absolute Value,CAV）感知算法使用固定阈值和固定虚警概率的频谱感知策略,无法保证在任何时候都能使频谱感知性能达到最优。提高频谱感知性能包括降低对主用户的干扰概率并提高空闲频谱的利用率,即最大限度地降低漏检概率与虚警概率。为此,本文对协方差绝对值感知算法进行改进,提出了不同信噪比下自适应阈值的优化方法使频谱感知误差（漏检概率与虚警概率的代数和）达到最小。实验结果表明,本文算法有效降低了频谱感知误差,提高了检测概率,特别是在信噪比较低的情况下性能改善较为明显。     

一种行为信任模糊评估模型

针对认知无线电网络中反馈虚假频谱信息和强占频谱资源的恶意行为,提出一种行为信任模糊评估模型.把频谱感知行为和频谱使用行为作为两个评价因素,基于信任的主观性和不确定性使用模糊综合评判决策方法构建节点的信任评价.在合作频谱感知中,基于综合评判结果识别恶意节点以消除虚假反馈信息;在频谱分配中,使用模糊集合之间的格贴近度定义,计算实际综合评判集与理想综合评判集之间的差异,以此量化非恶意节点的可信程度,并结合多目标优化算法确定分配给节点的频谱资源.以上机制抑制了节点的恶意行为,激励了节点的合作行为,实现了物理层的频谱感知和MAC层的频谱分配的联合设计.仿真结果及分析表明,在恶意攻击下,该模型较已有模型在系统的感知性能、吞吐量和频谱分配的公平性方面都有较好的表现.     

认知无线电网络中基于演化博弈的协作频谱感知技术

 提出了一种基于演化博弈理论的认知网络协作频谱感知方法．对协作频谱感知中次级用户的传输时间和吞吐量进行分析,建立协作感知的博弈模型并研究其动态演化特性,基于次级用户吞吐量最大化准则,得到相应纳什均衡解,在此基础上提出一种次级用户自适应分布式学习算法．理论分析和仿真结果表明,这种协作感知方法在保证检测性能的基础上,有效减少了协作通信开销,提高了次级用户吞吐量．