基于避免干扰分组频谱分配算法的CR-OFDM系统模型

针对多用户OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)认知无线电系统模型,提出一种基于避免干扰的分组频谱分配算法,并对所提模型对应帧结构中的频谱感知、频谱聚合等核心技术进行详细的功能设计。通过对不同用户频带资源需求的综合判断,并结合当前频谱空洞情况的判决结果,在避免对授权用户造成干扰的前提下,应用所提的分组频谱分配算法进行认知用户间的资源分配。仿真结果验证了所提算法的可行性,且所提出的模型不仅可以合理地利用频谱空洞资源,其误码率及误包率均更好地满足了用户的需求。     

认知无线网络中混合式频谱分配策略及性能研究

针对认知无线网络中的非实时业务,考虑集中式频谱分配可以实现全局优化,分布式频谱分配具有更好灵活性的特点,引入随机退避和控制中心调度的协作机制,提出一种混合式频谱分配策略.基于系统中授权用户和认知用户分别占用的信道个数,建立一个二维Markov模型,在认知用户理想感知的前提下,给出系统的转移概率矩阵,并进行系统模型的稳态分析.导出混合式频谱分配策略下的信道利用率、认知用户中断率及阻塞率等系统性能指标,并通过系统实验,定量的刻画认知用户数,认知用户到达率及信道数对系统性能的影响.     

基于OFDM的认知无线电用户频谱分配策略

结合正交频分复用(OFDM)技术,研究认知无线电场景中的多用户频谱分配策略,提出最优与次优2种算法。最优算法通过授权用户的SIR下限得到认知无线电的发射总功率,采用拉格朗日定理为每个认知用户分配子载波和功率。次优算法引入分配比例因子来体现用户分配的公平原则,通过限制SIR得到频谱分配结果。仿真结果表明,2种算法的性能优于现有基于FDMA的静态频谱分配算法,能从不同层面满足认知无线电的需求。     

NC-OFDM卫星通信方法及系统仿真北大核心

为了提高卫星通信的频谱利用效率,提出基于认知无线电的非连续正交频分复用(Non-continuous Orthogonal Frequency Division Multiplexing,NC-OFDM)卫星通信方法,研究了NC-OFDM子载波分配方法、系统建模仿真和对授权用户的干扰分析。基于频谱感知的子载波分配方法实现了NC-OFDM卫星通信系统对频谱空洞的有效利用,系统仿真结果和干扰分析表明,NC-OFDM卫星通信能够提高频谱利用率,并且在采用频谱感知和自适应信道接入技术的条件下,NC-OFDM卫星通信系统能够与授权用户实现频谱兼容。     

基于最大加权独立集的频谱分配算法

动态频谱接入技术允许认知用户接入未授权的频谱,可以有效地提高频谱资源的利用率。频谱分配算法的时间开销和公平性是算法优劣的主要评价标准。本文从图论着色模型出发,构建了着色算法的评价体系及优化目标。针对用户间的公平性与分配的时间开销问题,在极大独立集的基础上提出了基于加权最大独立集的着色算法,获得了接近于最优的用户公平性,且该算法的时间开销等于信道数,与认知用户的数目无关。仿真分析验证了算法的正确性。     

认知无线电中基于时间差因子的频谱分配算法

为了降低认知系统的通信中断概率,提高认知系统的稳定性,在经典的图论着色模型基础上提出了一种改进的频谱分配算法。该改进算法引入一个频谱空闲时间和用户请求时间的差值因子,对于每个认知用户,该算法综合考虑频谱效益与时间差因子两个因素来分配频谱。仿真结果表明,改进算法使认知系统的中断概率远低于原算法。     

混合保护准则下基于NC-OFDM的认知无线电系统功率分配

针对主用户采用OFDM通信体制,认知用户采用NC-OFDM通信体制,认知用户共享主用户授权频谱的工作场景,研究了认知无线电系统功率分配策略。提出依据主用户不同工作状态,采用不同的约束准则:对认知用户工作信道,引入功率泄漏干扰因子约束认知用户的发射功率,以限制对主用户工作信道的泄漏功率强度;对主用户工作信道,设置主用户速率损失上限,以确保主用户正常工作。功率分配算法以混合约束准则为基础,最大化认知无线电系统的传输速率。仿真结果表明,与干扰功率约束机制相比较,本算法能显著提升传输速率。     

认知网络中基于竞价模型的频谱分配研究*

研究了动态频谱分配的现状,提出基于竞价模型的频谱分配算法设计应关注的三个主要问题。针对目前基于竞价的分配模型中没有保证授权用户的QoS的缺点,通过频谱质量分级和服务质量分级,设计了一个竞价频谱分配方案。在该方案中提出干扰价格的概念,并且把干扰价格作为竞价人竞标价格的重要组成部分。仿真结果表明,干扰价格能保证主用户的QoS。     

基于博弈学习的动态频谱分配算法研究

为了解决认知无线网络中的动态频谱分配问题,提高频谱利用率和避免干扰,提出了一种基于学习的库诺(Cournot)博弈模型,将授权用户对于空闲频谱的分配行为模拟为动态的博弈过程,并赋予授权用户学习的能力,通过对博弈过程中博弈者行为的学习和总结形成新的博弈策略,而且还比较了将最优反应学习算法和模拟退火算法应用到自适应博弈学习中系统的性能和用户的收益。仿真结果表明,两种算法均能够使授权用户通过学习达到策略的均衡,而有限理性下基于模拟退火的自适应博弈学习算法的鲁棒性更强,收敛性更好,且能够使授权用户获得更高的收益。     

一种公平的认知无线电系统下行频谱分配策略

目前关于认知无线电频谱分配的研究大多以最大化系统容量为目标,很少考虑认知用户的QoS需求,频谱分配方案设计缺乏公平性。针对主用户干扰限制和保障认知用户QoS需求,结合OFDM技术,研究了认知无线电场景中下行多用户分配算法。该算法构建不等式约束下的目标函数以最大化系统容量,通过拉格朗日(Lagrange)对偶优化法给出近似最优解。仿真结果表明,所提算法在牺牲系统和容量的前提下充分保证了次用户的QoS需求,提高了系统的公平性。     

RAC: Range Adaptive Cognitive Radio Networks

In recent years, cognitive radio has received a great attention due to tremendous potential to improve the utilization of the radio spectrum by efficiently reusing and sharing the licensed spectrum bands, as long as the interference power inflicted on the primary users of the band remains below a predefined threshold level. Cognitive radio allows the secondary users in the cognitive radio network to access the licensed spectrum of the primary users opportunistically. In this paper, an autonomous distributed adaptive transmission range control scheme for cognitive radio networks which is called the RAC is proposed. The RAC considers the QoS requirements of both the primary and the secondary users simultaneously. The cognitive user's maximization of its achievable throughput without interfering the primary user by adapting transmission range of the secondary users dynamically is the key feature of the RAC. One of the advantages of using the proposed scheme is its implementation simplicity. The RAC is compared to other cognitive radio schemes in a simulation environment by using ns2. Simulations indicate that, the RAC can well fit into the mobile cognitive radio ad hoc networks and improve the network performance. Having compared to the other schemes utilizing contemporary cognitive radio technology, the RAC provides better adaptability to the environment and maximizes throughput and minimizes data delivery latency.     

基于频谱感知的认知Ad hoc网络分簇算法

为了提高认知Ad hoc网络频谱感知效率,解决认知Ad hoc网络分簇问题,本文提出一种基于频谱感知的认知Ad hoc网络分簇算法。通过引入检测因子,综合考虑多个主用户信号交叠与阴影衰落的情况,将认知Ad hoc网络中的次用户节点与需要检测的主用户信道建模为二部图模型,使得分簇问题简化为最大权边二部图（Constraint maximum-weight edge biclique, C-MWEB）分解问题,并设计一种贪婪算法对其求解。仿真结果表明,在多个主用户信号交叠与阴影衰落并存的情况下,相较于传统算法,本文算法分簇更为合理,具有更好的有效性与可靠性。     

认知无线电网络中基于智能天线的空间频谱接入机会

认知无线电技术可以动态使用授权频段进行传输,因此如何有效利用这些频谱接入机会成为一个研究重点。本文研究在认知无线电网络中使用智能天线,使认知用户在时域上获得频谱接入能力外,还具有增强的空间复用能力。当前频段出现活跃授权用户时,认知用户可以优化天线波束模式,避免干扰授权用户同时保持在该频段上的传输。本文对波束调整的策略进行分析,并给出了使用这些策略时认知用户可以获得的空间共享概率。理论分析和仿真结果均表明,使用智能天线可以使认知用户获得更多的频谱接入机会,频段的利用率大幅提高。     

基于认知无线电技术的动态频谱分配方案研究

随着物联网的发展,人们能够更加方便快捷地利用智能终端,随时随地接入到无线网络中进行业务数据传输.然而,激增的移动用户数量和业务的带宽需求,使得无线频谱资源日益稀缺,现有固定式频谱分配方案面临巨大挑战.面向物联网发展,如何满足用户的高移动性和呈爆炸式增长的业务传输需求成为物联网研究的重点.认知无线电技术,一方面允许用户终端自适应感知所处环境的频谱资源空闲信息,为用户营造一个无缝的接入环境,保证用户的高移动性;另一方面通过动态频谱分配有效地解决了频谱资源稀缺和现有授权频谱资源利用率低的问题,为用户的海量数据传输提供保证.作者基于认知无线电技术,提出了一个用户终端和网络端共同参与决策的两级动态频谱分配框架结构,并提出了两级动态频谱分配方案.该方案设计包含:空闲频谱资源排序选择算法和集中式的联合优化匹配算法.通过用户终端和网络端的协同工作,文中所提出的两级动态频谱分配方案能够有效满足用户的高移动性和业务传输服务质量需求,实现空闲频谱资源利用率和频谱间切换概率的联合优化,为移动用户的海量数据传输提供保证.仿真实验结果表明,与传统图匹配方法相比较,该方案能够平均提高全网服务质量有效吞吐量70%,平均降低频谱间切换概率56%.     

A cross-layer protocol of spectrum mobility and handover in cognitive LTE networks

Cognitive radio technique is the next step toward efficient wireless bandwidth utilization. While some of the spectrum bands (unlicensed band) have been increasingly used, most of the other spectrum resources (licensed band) are underutilized. This drives the challenges of open spectrum and dynamic spectrum access concepts, which allows unlicensed users (or called secondary users, SUs) equipped with cognitive radios to opportunistically access the spectrum not used by licensed users (or called primary users, PUs). Most existing results mainly focus on designing the lower-layer cognitive radio problems. In the literature, this is the first result to investigate the higher-layer solution for cognitive radio networks. In this paper, we present a cross-layer protocol of spectrum mobility (layer-2) and handover (layer-3) in cognitive LTE networks. With the consideration of the Poisson distribution model of spectrum resources, a cross-layer handoff protocol with the minimum expected transmission time is developed in cognitive LTE networks. Performance analysis of the proposed handoff protocol is investigated. Finally, simulation results illustrates the proposed handoff protocol significantly reduces the expected transmission time and the spectrum mobility ratio.     

Distributed cooperative spectrum sensing in cognitive radio for ad hoc networks

Cognitive radio refers to an intelligent radio with the capability of sensing the radio environment and dynamically reconfiguring the operating parameters. Recent research has focused on using cognitive radios in ad hoc environments. Spectrum sensing is the most important aspect of successful cognitive radio ad hoc network deployment to overcome spectrum scarcity. Multiple cognitive radio users can cooperate to sense the primary user and improve sensing performance. Cognitive radio ad hoc networks are dynamic in nature and have no central point for data fusion. In this paper, gradient-based fully distributed cooperative spectrum sensing in cognitive radio is proposed for ad hoc networks. The licensed band used for TV transmission is considered the primary user. The gradient field changes with the energy sensed by cognitive radios, and the gradient is calculated based on the components, which include energy sensed by secondary users and received from neighbors. The proposed scheme was evaluated from the perspective of reliable sensing, convergence time, and energy consumption. Simulation results demonstrated the effectiveness of the proposed scheme.     

瑞利信道下多门限频谱合作感知方法研究

随着通信方式由语音转向多媒体应用,人们对高速无线传送的需求与日俱增。然而由于有限的自然频谱,现行的静态频率分配机制不能满足快速激增的高速通信设备的要求。因此,需要能够提高频谱利用效率的创新技术,认知无线电的出现解决了这种频谱拥塞的问题,本文将研究在能量探测频谱感知过程中使用多门限判决方法,在认知无线电网络中,决策中心接收多个认知无线电的观测数值,做出决定判断是否存在主用户。研究表明在瑞利信道下进行能量探测的合作频谱感知,采用多门限的判决方法能使感知效果的到提升。     

认知无线电网络中的一种新型协作频谱感知方法

提出一种能够应用于认知无线电网络中的新型协作频谱感知方法--双阚值能量检测,该方法同时利用了次要用户的接收信号能量和局部判决结果两种信息,由判决中心结合次要用户的局部判决结果和接收信号能量,做出最终判决从而确定主要用户存在与否.该方法在通信流量增加不多的情况下能够充分提升检测性能.仿真结果表明当接收信号能量落入延迟判决区间的概率较大时,该算法能够显著地改善认知无线电网络的协作频谱感知能力.     

基于智能天线的认知无线电网络频谱访问协议

认知无线电技术可以择机地使用注册信道,从而提高频谱的利用率。但是这种提高只是局限于时域上的。将具有空间分隔特性的智能天线引入次无线电系统,设计了一种在空间上可以复用的频谱访问协议。该协议使次用户(SU)和主用户(PU)可以同时共存,优化了频谱和空间资源的分配,进一步提高了频谱的使用效率。此外,还对SU的传输成功概率和网络吞吐量进行了理论分析和仿真。结果表明:与使用传统全向天线的认知无线电相比,基于智能天线的认知无线电系统能获得更多的传输机会,吞吐量显著提升。