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.     

基于混合overlay/underlay方式的认知无线电能效优化策略

为了提高现有频谱资源的利用率,认知无线电技术得到了广泛的关注.针对协作中继认知无线电系统中的能量效率问题,提出一种混合overlay/underlay传输方式的频谱共享策略,它兼具传统overlay与underlay方式的特性.在满足服务质量要求和功率约束的情况下,首先通过一种启发式方案对子载波进行匹配,再引入基于拉格朗日算法对功率分配问题进行优化,获得最优中继及最优功率分配,从而使整个系统的能量效率提高.仿真实验结果表明:基于混合传输方式下系统的能量效率得到显著提升,验证了所提方案的有效性.     

感知系统中最优感测时间和功率分配

在交叉共享方式下,为了提高感知系统性能,提出一种联合优化方案.在保证一定频谱感测性能指标的前提下,通过优化感测时间和功率分配,得到最小化感知系统的中断概率.理论分析和仿真结果表明,优化方案能有效改善感知系统的中断性能,提升感知网络传输的可靠性.     

感知无线电网络中最优的分布式功率分配

在干扰温度模型下,将分布式感知无线电网络与授权系统的频谱共享问题转化为有约束的非线性功率优化问题. 为了提高多个测量点场景下感知无线电网络的吞吐量,提出了一种全局最优的分布式功率分配算法. 该算法利用原始-对偶方法求解,通过有限的信息交换,实现了吞吐量最优的功率分配. 理论分析和仿真结果表明,算法的收敛结果满足干扰温度约束,系统吞吐量明显提升.     

机会频谱接入中能量有效感知接入策略联合设计

在非时隙主用户网络中,为了提高认知无线网络中认知用户的能量有效性,基于序贯决策理论提出了一种新的自适应机会频谱接入算法。该算法以最大化能量有效性为目标,通过建立感知接入联合优化模型,使得认知用户能够以最优的信道感知时间和传输功率接入信道。同时,在功率控制过程中引入认知用户请求数据包长度,使得传输功率可以基于数据包长度自适应控制。上述目标优化求解过程中,借助于非线性分式规划理论将其转化为线形规划问题,并运用二分搜索算法寻求最优解。仿真结果表明,所提算法能够实现感知性能和感知能耗的有效折中,有效提高认知用户的能量有效性。     

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.     

协同无线网络中基于能量价格的信道与功率分配联合优化

针对协同无线网络中多终端协作通信的信道分配和功率优化问题,在源节点和目的节点之间实现了基于多种传输方式(直接传输、复用传输和中继传输)的并行数据传输,并通过将终端节点建模为能量卖家,提出了基于能量价格的信道分配与功率控制联合的优化方案. 仿真结果表明,并行传输方式下采用新方案所消耗的系统能耗成本和所获得的网络生存时间明显优于单一传输方式. 此外,通过引入能量价格激励机制,证明了在相同并行传输方式下最优速率分配比平均速率分配在系统性能上有显著改善.     

一种认知无线电系统中联合的频谱分配新算法

本文从认知无线电系统实际应用出发,首先应用图论算法快速的预分配频谱,同时为再次分配提供了公平性,然后用博弈论思想对初次分配的信道优化,完成认知用户之间的频谱再次分配.最后仿真表明频谱的资源可以充分利用,在传输功率的约束下,每个认知用户提高自身的速率,合理地分配功率,证明了本文图论和博弈论联合的算法的有效性.     

一种两跳感知系统中断性能优化方案

针对交叉共享方式下的两跳协作感知网络,研究了多个感知用户的协作感测策略,推导了在放大转发传输协议下感知系统的中断概率表达式,并提出了一种联合优化方案.在保证一定频谱感测性能指标的前提下,通过联合优化感测门限、感测时长等参数最小化感知系统的中断概率.理论分析与仿真结果表明,此优化方案能有效改善感知系统的中断性能,提升感知网络传输的可靠性.     

OSA中基于能量有效性的感知时隙长度优化设计

针对非时隙主网络中机会频谱接入系统,为了在感知性能与传输效率之间进行有效折中选取最优的感知时隙长度,采用连续时间马尔科夫过程对次用户的感知活动进行建模和分析,在满足对主用户的碰撞概率约束的前提下,设计接入策略控制次用户的接入概率,优化感知时隙长度,最大化次用户的能量有效性。仿真结果表明,次用户通过选取最优的感知时隙长度,可使其能量有效传输效率得到优化。     

多载波认知无线电无线携能通信资源分配算法

认知无线电可通过频谱感知提高资源利用率,但会产生感知能耗,降低传输能量.为了保证认知无线电的传输性能,提出认知无线电可利用多载波实现无线携能通信,并分配通信资源,实现系统性能优化.认知无线电利用部分子载波传输信息,采集剩余子载波上主用户射频能量,补充感知耗能.提出的子载波和子载波功率联合优化算法,在保证能量、干扰和总功率受约束的基础上,可最优化系统的吞吐量和能量.仿真结果表明,能量采集会占用传输资源,需要合理分配子载波,使其在速率和能量间取得性能折中.提出的算法通过采集能量补充感知能耗有效地提高了系统吞吐量.     

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.     

比例公平保证的MIMO-OFDM系统能效资源分配

针对下行多输入多输出-正交频分复用( MIMO-OFDM)系统,提出了满足在总功率限制和用户比例公平性约束下,使系统能量效率最大化的资源分配算法。为了降低计算复杂度,提出了两步优化的次优子载波和功率分配算法。第1步由子载波共享和平坦衰落假设得到估计的能效发射功率,并采用等功率分配方法完成子载波分配;第2步在子载波分配基础上完成能效最优的功率分配。仿真结果表明,所提算法以较低的复杂度逼近最优算法的性能,并且在保证用户比例公平性的同时带来明显的能效提升。     

Optimization of sensing time and cooperative user allocation for OR-rule cooperative spectrum sensing in cognitive radio network

In order to improve the throughput of cognitive radio(CR), optimization of sensing time and cooperative user allocation for OR-rule cooperative spectrum sensing was investigated in a CR network that includes multiple users and one fusion center. The frame structure of cooperative spectrum sensing was divided into multiple transmission time slots and one sensing time slot consisting of local energy detection and cooperative overhead. An optimization problem was formulated to maximize the throughput of CR network, subject to the constraints of both false alarm probability and detection probability. A joint optimization algorithm of sensing time and number of users was proposed to solve this optimization problem with low time complexity. An allocation algorithm of cooperative users was proposed to preferentially allocate the users to the channels with high utilization probability. The simulation results show that the significant improvement on the throughput can be achieved through the proposed joint optimization and allocation algorithms.     

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.     

认知无线网Underlay模式下频谱资源优化分配

为了实现对频谱资源最大限度再利用,有效缓解无线频谱资源紧缺的问题,通过分析无线认知网络共享方式下的物理连接和图论模型,建立了具有不同干扰强度频谱分配数学模型,并将此模型转换为以信道干扰系数最小化、次网络效益最大化和主用户最大干扰最小化的多目标优化问题,进而采用多目标改进遗传算法对认知无线网络进行频谱共享方案设计,且对其有效性进行了仿真分析.仿真结果表明,采用所提出的优化算法进行频谱分配与图论K-最大割方法相比,能更好地实现网络效益最大化,同时能减少对主系统的干扰.     

超密集网络中非合作博弈的功率分配算法

为了抑制超密集网络中小小区基站的密集化部署带来的干扰,并提高系统的吞吐量,本文研究了频谱共享超密集网络中的功率分配策略.首先,针对非凸的系统和速率最大化问题,采用非合作博弈模型将其转化为每个用户效益函数最大化的凸子问题,并通过设计一种动态定价使得非合作博弈模型的纳什均衡点（NE）是原优化问题的驻点.其次,为了保证宏小区用户的服务质量（QoS）,模型中引入了干扰功率约束条件来抑制宏小区受到的干扰.最后,在此非合作博弈论框架下,设计了一种迭代式的基于全局信息的功率分配算法.每次迭代通过求解KKT条件获得每个用户的最优发射功率,通过理论推导证明了迭代算法可收敛到博弈模型的NE.此外,为了减少迭代算法的信令开销、提高资源利用率,还提出了一种基于局部信息的功率分配算法.仿真结果表明,所提出的基于全局信息的功率分配算法比对比方法具有更好的传输性能,所提出的基于局部信息的功率分配算法在保证较好的传输性能的前提下有效地减少了信令开销.