无线认知电传感器网络动态频谱管理技术研究

WCSN(无线认知传感器网络)可以定义为无线认知传感器节点的分布式网络,它能够感知事件信号,机会地使用频谱空洞,并采用多跳方式,完成信息的动态协同通信,最终满足各种应用需求.文章分析了WCSN的基本概念和优势,给出了无线认知传感器网络节点硬件结构.研究了WCSN频谱感知、频谱分析决策和频谱切换技术的构成,列举了无线认知...     

无线认知传感器网络特征模板匹配算法研究

频谱感知是实现认知无线电应用、构建WCSN(无线认知传感器网)的核心技术,也是保护主用户免受有害干扰、提高WCSN自身频谱资源利用率的重要前提。当前的频谱感知技术主要有匹配滤波器检测、特征模板匹配和能量检测。文章给出WCSN频谱感知的假设检验,分析主用户信号主特征向量的求解方法,描述PCA(主成分分析)框架下检测算法的实现流程。频谱感知实验结果表明,PCA方法比对应线性方法性能优越。     

无线认知传感器网络研究

无线认知传感器网络(WCSN)可以定义为无线认知传感器节点的分布式网络,它感知事件信号,机会地使用频谱空洞,并采用多跳方式,完成信息的动态协同通信,最终满足各种应用需求。文章分析了无线认知传感器网络(WCSN)的基本概念和优势,给出了无线认知传感器网络节点硬件结构,研究了Ad Hoc式、分簇式、异构分级式和移动式四种无线认知传感器网络拓扑结构,列举了无线认知传感器网络的应用领域。     

无线认知传感器网络协同频谱感知研究

作为无线认知传感器网络的基本功能,协同频谱感知能够有效降低单用户频谱感知不可靠性,提升对完整频谱使用状态的检测能力。文章分析协同频谱感知在无线认知传感器网络中的地位和作用,探讨高维协方差矩阵的估计问题,给出协同频谱感知的假设检验,研究样本协方差矩阵中的均值向量和协方差矩阵、多元散射测量以及线性组合等问题。     

采用大维随机矩阵的WCSN频谱感知算法研究

作为无线认知传感器网络(WCSN)的基本功能,频谱感知问题通常需要对方差矩阵及其逆矩阵进行估计,且矩阵维数比样本量大。因此,常用估计器和样本协方差矩阵不再适用,大维随机矩阵应运而生。文章列举大维随机矩阵技术的类型,构建无线认知传感器网络大维随机矩阵的数学模型,构建威沙特矩阵和马尔琴科-帕斯图尔定律的定义、特征及其应用场景,详细分析使用比值λmax/λmin进行频谱感知的原理和算法。     

基于二阶统计量的WCSN频谱感知算法研究

针对无线认知传感器网络(WCSN)中的频谱感知,目前存在两种截然不同的框架,即信号检测和信号分类。由于衰落信号为零均值广义稳态随机过程,只有使用二阶统计量才能对其进行表征。文章分析时间连续的广义稳态随机过程和时间连续的非平稳随机过程中的信号检测算法,介绍采用归一化相关系数进行信号分类的思路,描述窄带平坦衰落信道建模过程,归纳二阶统计量的频谱感知算法。     

基于信任度与信噪比的认知无线电协同频谱检测

无线网络中存在信噪比较高的恶意认知用户的情况,为了有效利用可靠的认知无线电(CR)技术用户的本地感知结果,提出了一种基于信任度的信噪比比较协同频谱感知算法,可有效剔除认知网络中存在的信噪比较高的恶意认知用户。仿真实验表明,在存在恶意认知用户的认知无线电网络中,该算法检测性能优于传统的或准则(OR)数据融合的协同频谱感知算法以及基于信噪比比较协同频谱感知算法。     

无先验信息的认知传感器网络能量检测算法

频谱感知是无线认知传感器网络的基本功能,也是无线认知传感器网络研究领域的一个热点。作为无线认知传感器网络中最简单的频谱感知技术,能量检测不需要信号的先验信息。文章分析低通情况下的白噪声检测,给出决策统计的时域表示和谱表示,研究AWGN(加性高斯白噪声)信道上的检测和虚警概率,介绍具备不相关系数的正交序列中随机过程的扩展形式:Karhunen-Loeve扩展。     

基于正交频分复用的无线认知传感器网络研究

OFDM（正交频分复用）的频谱感知、频谱成形能力及其灵活性、适应性,使其成为WCSN（无线认知传感器网络）的最佳传输技术,可以执行DSA（动态频谱接入）和频谱共享功能。文章给出0FDM的实现原理,研究OFDM系统中的同步问题,分析信道估计面临的两个主要挑战．推导连续和离散时间信号的PAPR（峰均功率比）表达式,分析OFDM系统中的自适应传输优化问题．总结频谱成形的重要性。探讨OFDM在无线认知传感器网络中的应用场景。     

无线认知网络国内外研究现状

无线认知网络(Wireless Cognitive Network,WCN)是在认知无线电(Cognitive Radio,CR)技术基础上形成的网络形态,是当今通信技术的前沿研究领域之一。无线认知网络具有高度智能化能力,能感知网络的环境信息和分辨当前的网络状态,并根据这些状态进行相应的规划、决策和响应。WCN主要应用于机会频谱接入(Opportunistic Spectrum Access)主用户(合法的授权用户,具有较高的优先权接入频谱),而次用户(具有认知功能的非授权用户)通过智能感知周围的无线环境,并在对主用户不造成有害干扰的情况下机会接入授权频谱。     

一种多用户协同频谱感知功率控制方案

分析和研究了多用户协同频谱感知原理,通过时分方式,实现了多用户之间的频谱共享。同时为避免对主用户产生有害的干扰,从用户通过一种算法控制它的发射功率,保证主用户的通信服务质量。最后对多用户协同频谱感知和单用户频谱感知的性能进行了仿真研究,结果表明多用户协同频谱感知可以明显提高频谱感知的性能,克服阴影/衰落作用的不利影响,提高频谱利用率。     

Joint Spectrum Sensing and Spectrum Access for Defending Massive SSDF Attacks:A Novel Defense Framework

Multiple secondary users(SUs)perform collaborative spectrum sensing(CSS)in cognitive radio networks to improve the sensing performance.However,this system sever...     

Collaborative spectrum sensing in the presence of secondary user interferences for lognormal shadowing

The performance of collaborative spectrum sensing is examined for lognormal shadowing channels when secondary user interferences (SUIs) occur. Both soft decision rule and hard decision rule are considered. Computer simulation shows that the SUIs can be ignored in some cases, depending on the signal‐to‐noise ratio (SNR), the signal‐to‐interference ratio, the number of secondary users, the sample correlation, and the decision rule. Thus, by choosing appropriate system parameters, one may conduct collaborative spectrum sensing at the same time as secondary data transmission to save overheads. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

利用分组过滤加强SSDF攻击防御的方案设计

在协作频谱感知网络中,设备故障、信道阴影衰落和噪声等会导致频谱感知器(如手机、平板等)发送的信息不可靠,而恶意用户在协作频谱感知网络中,也会发送错误的感知信息以混淆视听,干扰诚实用户的判决结果。不可靠消息在邻居用户间的传递必将导致感知结果产生偏差和错误,大大降低了协作频谱感知的效率。为解决上述问题,本文将置信传播算法和信誉模型相结合,提出一种基于次用户分组的频谱感知数据伪造(SSDF,Spectrum Sensing Data Falsification)攻击防御方案。该方案分两个阶段对不可靠信息进行过滤:首先,在频谱感知阶段,通过置信传播算法对次用户进行分组,过滤掉因设备故障等因素产生的不可靠用户,剩余用户则视为正常工作用户进行数据融合。然后,在数据融合阶段,根据以信誉值作为权重因子的置信传播算法来计算最终的判决值。本文所提方案分别在感知阶段和融合阶段采取了防御措施,可有效地过滤网络中的不可靠信息,减小恶劣的频谱环境对次用户感知结果的影响。仿真结果表明,本文所提方案迭代次数少、收敛快,有效地减弱了SSDF攻击带来的损害,提高了感知结果的准确性、增强了认知无线网络的安全性。      

基于D-S证据理论的循环平稳频谱协作感知

为了避免干扰授权用户的正常通信,认知无线电系统需要较好的频谱检测性能。提出了基于循环平稳特征和D-S证据理论的多天线多用户频谱协作感知方法。分析了多天线接收信号的谱相关函数,在频域按照最大比合并的方法合并各天线接收信号,得到合并信号的谱相关函数。依据谱相关函数的能量,在多用户中采用D-S证据理论做协作频谱检测。仿真分析表明,基于循环平稳特征和D-S证据理论的多天线多用户频谱协作感知方法可有效改善认知无线电系统检测性能。     

Optimum number of secondary users in collaborative spectrum sensing considering resources usage efficiency

The optimum number of secondary users in collaborative spectrum sensing is derived for lognormal shadowing channels, static additive white Gaussian noise channels and Rayleigh fading channels, when the efficiency of resources usage is considered in the system design. By weighting the detection performance and the usage efficiency in a target function that is maximized with respect to the number of secondary users, it is shown that the optimum number of secondary users decreases when the weighting coefficient of the usage efficiency increases, the sample correlation increases, or the SNR increases.     

感知无线电中的高效频谱侦测方案

感知无线电是一种能有效提高频谱利用率的先进技术,他能在主用户没有使用频谱的时候发现并使用"频谱空洞".近来有研究结果表明,在衰落和阴影效应影响下频谱侦测的结果会有大幅度下降.为了削弱衰落和阴影效应的影响联合侦测诞生了,传统的联合侦测方式在每个用户所受衰落不同的情况下不能有效的工作.文章提出一种加权联合侦测来提高联合侦测性能.由大量分析和仿真结果可以表明加权联合侦测能大幅度提高侦测性能.     

Optimization of Time-Domain Combining Cooperative Spectrum Sensing in Cognitive Radio Networks

In cognitive radio networks, the secondary users take chances to access the spectrum without causing interference to the primary users so that the spectrum access is dynamic and somewhat opportunistic. Therefore, spectrum sensing is of significant importance. In this paper, we propose a novel time-domain combining cooperative spectrum sensing framework, in which the time consumed by reporting for one secondary user is also utilized for other secondary users’ sensing. We focus on the optimal sensing settings of the proposed sensing scheme to maximize the secondary users’ throughput and minimize the average sensing error probability under the constraint that the primary users are sufficiently protected. Some simple algorithms are also derived to calculate the optimal solutions. Simulation results show that fundamental improvement of the achievable throughput and sensing performance can be obtained by optimal sensing settings. In addition, our proposed scheme outperforms the general frame structure on either achievable throughput or the performance of average sensing error probability.     

一种贪婪的异构多信道并行合作频谱感知方法

为了同时对多个异构信道进行有效地合作频谱感知,并克服现有方法中只考虑检测准确性而忽略感知开销和系统效益,忽略不同认知用户对不同异构信道感知性能的差异以及参与合作感知的认知用户较多等问题,提出了一种贪婪的异构多信道并行合作频谱感知方法。根据对感知开销和传输收益的定义,充分考虑不同认知用户对不同异构信道感知性能的差异,利用贪婪算法在多个认知用户和多个异构信道间最优地进行感知任务分配,使总系统效益最大。仿真结果表明,所提方法与基于迭代匈牙利的并行合作频谱感知方法、改进的基于迭代匈牙利的并行合作频谱感知方法和随机的合作频谱感知方法相比,能够获得较高的总系统效益,且所需的参加合作感知的认知用户数较少。     

Compressive spectrum sensing in the cognitive radio networks by exploiting the sparsity of active radios

Spectrum sensing is a key technology to detect spectrum holes in cognitive network. It has been demonstrated that collaboration among cognitive users can improve the probability of detecting the primary users, but the fusion center is the bottleneck when a lot of collaborative information is transmitted. In this paper, we consider the cognitive radio users only transmit part of sensing information to relieve the transmission load. Besides, the sensing information will be inevitably influenced by various noise in the process of transmission. Therefore, the challenge is how we can detect spectrum holes successfully from these incomplete and inexact measurements. Most recently, there are some research results on this but the detection performance is not satisfactory. In this paper, we firstly formulate the collaborative spectrum sensing as an optimization model and then present a novel adaptive orthogonal matching pursuit algorithm by exploiting the sparsity of active primary users. Statistical property of the sensing data plays a crucial role in spectrum sensing. Theoretical analysis shows the presented scheme can detect active primary users rapidly and efficiently. Simulation results verify that the proposed method can obtain better detection performance with stronger noise background, which is more attractive in real applications.