最优认知用户配对与协作感知算法研究

针对协作算法频谱感知和时隙消耗方面的不足,提出一种最优用户配对与协作感知算法。采用接收信噪比最优的认知用户为感知用户且以接收信噪比次优的认知用户为其中继的配对准则,获得最佳频谱感知性能。通过优化设置协作门限,选择性地采用非协作或协作模式,获得更低的时隙消耗。同时,推导了在瑞利平坦衰落环境下该算法的频谱检测概率下界与时隙消耗。数值计算结果表明,与原有算法相比,该算法不仅检测概率更高且时隙消耗更低。     

认知中继网络的多中继选择方法

将中继协作技术用于认知无线电网络可有效对抗信道衰落,提高频谱利用率,然而如何选择中继协助源节点传输信息是一个亟待解决的问题。该文根据多中继协作时目的节点信噪比的一阶偏导数特征,定义了中继协作效率,设计了基于协作效率的迭代中继选择方案。考虑到认知中继网络的非集中式结构,该文将虚拟计时器引入中继节点,提出了基于迭代中继选择方案的分布式算法,通过各中继基于协作效率的虚拟倒计时及信息交互实现了分布式迭代中继选择。复杂度分析和数值仿真结果表明,该算法复杂度较低,且性能接近最优解。     

优化的最佳中继协作频谱感知

在基于中继的协作频谱感知中,尽管通过引入认知中继可有效提高协作频谱感知性能,然而认知中继的引入也会带来额外的系统开销及复杂度增加问题。为了节约系统开销,本文在前期取得研究成果的基础上,进一步提出了一种基于删余的最佳中继协作频谱感知方案,只有当次用户检测到主用户信号且目标次用户的报告信道衰落严重时,才申请认知中继的协作传输,同时目标次用户将其检测到的感知信息发送到认知中继;最后,分别从检测性能和次系统可获得的容量角度对所提方案下的协作频谱感知性能进行了理论分析。分析和仿真结果表明,所提方案可以有效提高检测性能,当确保主用户受到足够保护的前提下,利用所提方案可以获得更高的次系统容量。      

基于最优中继的自适应协作频谱感知算法

针对认知系统中感知信道存在衰落和中继能耗较大问题,提出一种兼顾感知性能和感知能耗的中继协作频谱感知算法。该算法通过机会中继协作、基于效益函数的最优中继协作和系统参数自适应调整机制,能够获得性能与能耗的优化折中。文章对所提算法进行了详细的理论推导和性能分析,并对非中继协作感知算法和最优中继固定的协作感知算法以及本算法在不同系统参数下的感知性能进行了仿真比较。结果表明本算法具有一定的优越性。     

基于最佳中继选择的协作频谱感知方案研究

 本文提出了一种基于最佳中继的多用户协作频谱感知方案,通过认知无线电网络中多用户间的相互协作,可以获得明显的空间分集增益,从而改善认知用户的检测性能．针对所提出的多用户协作感知方案,在瑞利衰落环境下分析了相应的系统检测概率,同时也理论推导了传统非协作方案的感知性能．根据检测概率的解析式,对非协作方案和多用户协作方案,进行了相应的数值实验和性能比较．与非协作感知方案相比,多用户协作方案能够显著提高主用户的检测概率．此外,随着候选中继用户数目增加,多用户协作方案对主用户检测概率的改善量越加明显．     

中继节点随机均匀分布的机会中继

本文研究了中继节点空间随机均匀分布时,采用机会中继进行协作通信。在路径损耗及块衰落独立信道条件下,推导和分析了两节点间采用传统中继结合机会中继以及增量中继结合机会中继两种方式下的中断概率。数值仿真结果表明,虽然中继节点的空间随机分布破坏了高信噪比条件下中继节点能够提高的分集阶数,但机会中继仍比直接通信有更好的抗信道衰落能力。      

认知中继网络中认知用户基于频谱感知机会中继的中断性能分析

认知无线电中继网络中,认知用户需要成功感知到其所在簇内的主用户频谱空穴后才能成为认知中继节点,且各认知中继节点发射功率受到各自主用户干扰温度限制(ITC)。该文对认知中继节点采用分布式空时编码和解码转发协议时认知用户的中断性能进行了分析;给出了认知用户在干扰温度限制下中断概率的上下界,得出中断概率的上下界在不同干扰温度限下与认知用户归一化数据速率、中继数量和其对主用户检测概率的关系。给出了源节点和频谱感知中继节点在相同干扰温度限下的数值仿真,并对仿真结果进行了分析。     

认知车载网的频谱感知性能分析

认知车载网中不同的衰落传播信道会影响频谱感知的性能.为了描述不同信道下的频谱感知性能,分析了加性高斯白噪声信道、瑞利衰落信道和Nakagami-m衰落信道条件下的频谱感知单用户能量检测概率和协作能量检测概率,重点是Nakagami-m衰落信道、检测衰落因子、次用户的数量和信噪比这几个参数对协作频谱感知性能的影响.仿真结果表明,通过对不同信道特性的准确了解能够帮助车辆在不同衰落信道环境下提高频谱的检测概率.     

衰落信道下的协作频谱检测及其性能分析

在低信噪比和复杂性环境下,协作频谱检测是准确实现频谱感知的有效手段。文中分析了基于能量检测的单用户频谱检测算法以及基于硬判决和等权重的多用户协作频谱检测技术,导出了在高斯信道、Rayleigh衰落信道和Nakagami-m衰落信道情况下协作频谱检测虚警概率和漏检概率的闭合解析式,并对此进行了仿真验证和比较。结果表明,等权重协作频谱检测算法能够有效克服衰落信道对频谱检测的影响。     

双中继协作通信的功率分配改进方案

为克服信息处于深度衰落情况下单中继协作困难,减少多中继协作目的端信号处理的复杂度,给出了双中继节点参与协作通信的功率分配方案。两个中继节点分别采用放大转发(AF)、译码转发(DF)以及混合译码放大转发(HDAF)3种协作方式进行通信。在满足一定的中断概率和节点功率限制情况下,利用MATLAB软件中的Fmincon优化函数,得到了各节点的最小发射功率。数值分析表明,在相同条件下,两个中继节点采用HDAF协作方式比采用AF协作方式、DF协作方式消耗的系统总功率分别少4~9 dBm、0.5~1 dBm,最大限度地节约了系统功率的消耗。     

Equation Chapter 1 Section 1基于中继的协作频谱感知性能分析及优化

提出了一种基于目标的中继协作频谱感知方案,证明了SU到SR链路上的信道条件对系统性能有较大的影响;鉴于此,提出了一种优化的最佳中继协作频谱感知(optimized BRCSS)方案,通过联合考虑目标SU到SR链路上的信道条件和 SR 到 FC 链路上的信道条件选择最佳认知中继;最后,从更实际的应用场景考虑,为了节约系统开销,进一步提出了一种自适应的最佳中继协作频谱感知方案（A-BRCSS）,即 SU 根据其信道条件,自适应地选择是否需要认知中继的协作传输。分析和仿真结果均表明,相比传统最佳中继协作频谱感知方案, Optimized BRCSS方案可以实现更高的感知性能;所提A-BRCSS方案可以实现几乎最佳的感知性能。     

Minimum Error Probability Cooperative Relay Design

In wireless networks, user cooperation has been proposed to mitigate the effect of multipath fading channels. Recognizing the connection between cooperative relay with finite alphabet sources and the distributed detection problem, we design relay signaling via channel aware distributed detection theory. Focusing on a wireless relay network composed of a single source-destination pair with L relay nodes, we derive the necessary conditions for optimal relay signaling that minimizes the error probability at the destination node. The derived conditions are person-by-person optimal: each local relay rule is optimized by assuming fixed relay rules at all other relay nodes and fixed decoding rule at the destination node. An iterative algorithm is proposed for finding a set of relay signaling approaches that are simultaneously person-by-person optimal. Numerical examples indicate that the proposed scheme provides performance improvement over the two existing cooperative relay strategies, namely amplify-forward and decode-forward     

SNR-based weighted cooperative spectrum sensing in cognitive radio networks

Cooperative spectrum sensing (CSS) is an approach to confront fading environment. However, in conventional cooperative spectrum sensing (CCSS), the difference among the secondary users (SUS) is ignored when SUS suffer from different fading. In this article, a signal-to-noise ratio (SNR)-based weighted spectrum sensing scheme is proposed to improve the sensing performance. The sensing performance of the weighted spectrum sensing scheme is then derived. Considering the minor contribution of the SUS with small weighted factor, a selective CSS scheme is proposed, where SUS with low SNR are not selected into cooperative spectrum sensing. The simulation results confirm the analytical results. And the performance of weighted scheme is better than that of conventional schemes. In the case where the SNR of SUS are randomly distributed, the performance of selective scheme is almost the same as the weighted scheme while the number of cooperative SUS is reduced to save the consumption of system resource in cooperation with little additional complexity.     

基于Turbo码的机会编码协同策略

提出一种多中继协同无线网络的机会编码协同策略,该策略基于Turbo编码,利用信道条件信息机会选择最优协同节点。通过数学分析,给出了系统中断性能和瑞利衰落下的中断概率表达式,计算机仿真结果进一步揭示了机会编码协同相对于传统编码协同的优势。     

认知无线电网络中基于最大似然准则的协同频谱检测算法研究

提出一种集中式频谱协同检测算法。各认知节点采用能量检测算法,然后使用最大似然准则进行本地判决,且把似然比作为本地判决可靠性的度量;中心节点基于可信度对接收到的认知节点本地检测数据进行数据融合。仿真结果显示,文中提出的认知节点协同频谱检测方案能够减少误检概率。特别是当信道处于深衰落时,少量节点参与协同就能获得较好的检测性能。     

合作频谱感知安全技术研究

频谱感知是认知无线电实现动态频谱接入的前提和关键技术。由于阴影效应和多径衰落等因素,单个认知用户的频谱感知的结果可能不可靠,因此通过多个认知用户检测结果的融合来提高频谱感知的性能,即合作频谱感知。目前,合作频谱感知存在两类安全威胁：主用户假冒攻击（IE,Incumbent Emulation）和频谱感知数据篡改攻击（SSDF,Spectrum Sensing Data Falsification）。由于这两种攻击的存在,将会大大降低频谱感知的性能,减少认知用户接入空闲授权频段的机会。因此,有必要对这两类攻击开展相关的防御技术研究。     

基于第N佳中继选择的协作频谱感知检测概率分析

为获得最佳感知,系统在n个备选用户中选择最佳中继进行协作感知。但实际系统可能由于各种原因选择了第二佳或乃至更为一般的第N佳中继。为此,提出基于第N佳中继选择的协作频谱感知,推导了其在瑞利平坦衰落下的检测概率,并给出闭合表达式。数值计算表明,随着N的增加,系统检测概率不断下降,乃至低于任意选择;随着n的增加,基于最佳或接近最佳选择的系统检测概率明显提高,而基于最差或接近最差选择的系统检测概率则有所下降。