基于高效协作感知算法的认知无线电研究*

针对协作频谱感知中感知开销过高问题,提出了一种联合考虑选择最佳的感知节点数以及感知的信道数来降低协作感知开销的方法。该算法分析了协作感知算法中感知节点数、感知的授权信道数与协作感知精度以及感知开销之间的关系。仿真结果表明,与其他算法相比,该算法能够有效地降低感知开销并提高系统的感知性能,验证了该算法的有效性。     

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.     

基于联盟构造博弈的认知无线电网络分布式多目标协作感知算法

协作感知技术可提高认知无线电网络中的频谱资源利用率,但网络节点在形成协作感知联盟的同时也不可避免地引入了额外开销,联盟内节点总希望用较少的额外能量开销达到较大的吞吐量期望.为此,文中提出了协作感知系统的多目标非线性优化问题,然后基于联盟博弈理论为该问题构建了一个不可转移支付的联盟构造博弈模型,在其核心的支付函数的设计中,采用线性加权和的方法同时考虑了节点吞吐最期望和能量消耗两个优化目标.基于该函数,提出了一种分布式多目标联盟构造算法DMCF,其核心是根据优超算子所定义的联盟的帕累托顺序,循环地对联盟进行合并和分裂操作.此外,还证明了DMCF的收敛性和最终联盟划分的稳定性.仿真实验的结果表明,DMCF可有效解决提出的多目标优化问题,与一种分布式随机联盟构造算法DRCF相比,DMCF总能使节点消耗较少能量却达到相对较大的吞吐量期望.在不同网络规模下,DMCF可获得的节点平均吞吐量期望可提升约7.5％,而节点平均能量消耗却可降低约70％.     

认知无线电网络中安全的协作频谱检测算法

在认知无线电网络中,当认知用户存在虚假感知信息SSDF时,协作频谱感知的性能会受到巨大影响。为了确保频谱感知的鲁棒性,提出了一种基于信誉度加权序贯频谱检测算法来识别恶意用户并减轻他们造成的影响。该算法通过使用认知用户的近期感知信息计算本地信誉度函数,再综合考虑其信誉值与感知过程中表现的稳定程度以消除恶意用户对主用户的传输效率带来的影响。仿真结果表明,在恶意攻击环境下,新算法优于现有典型协作频谱感知算法。     

认知无线电网络中频谱感知性能分析

分析了认知无线电网络中使用能量检测器进行频谱检测的性能。仿真结果表明,衰落会使认知无线电用户检测性能下降,采用硬合并协作方案的合作频谱检测可以提高认知无线电系统的检测概率,但认知无线电系统的虚警概率也会随着参与协作的用户数的增多而上升,特别是控制信道不理想时,协作检测会导致虚警概率下限的出现,造成频谱利用率达不到预期的目标。     

认知无线电系统协作频谱感知机制优化

为使干扰受限情况下的频谱感知效率达到最大,提出一种认知无线电系统协作频谱感知机制的优化方案。定义系统模型,运用协作频谱感知对系统目标进行联合优化,包括感知时间、传输时间、参与协作的感知用户数在内的感知参数优化。仿真结果证明,采用该优化方案,能在满足干扰受限的条件下最大化频谱感知效率。     

认知无线电网络多用户智能协作频谱感知算法

认知无线电网络中,单用户频谱感知容易受到阴影效应、多径衰落及隐蔽终端等不利因素的影响,造成感知结果的误判.为了提高系统的检测性能,并减少感知花销,提出了多用户智能协作频谱感知算法.各个认知用户根据估计信噪比自适应选择不同的感知策略,当估计信噪比高于选择阈值时采用双门限能量感知,低于选择阈值时则采用循环平稳特征检测,并在同一个感知周期内只进行一种较优的感知策略,从而在不明显增加计算复杂度的情况下,克服了能量感知在低信噪比条件下鲁棒性差的缺点,实现了智能检测.仿真结果表明,智能协作频谱感知有效提高了系统检测概率,缩短了平均感知时间,有较好的鲁棒性.     

认知无线电协作频谱感知机制的优化

频谱感知的目标是在尽量避免对主用户造成干扰的条件下为感知用户提供尽可能多的频谱接入机会。由于单用户频谱检测算法的局限性,协作频谱感知被提了出来。在满足对主用户干扰限度的条件下,为了使单个授权信道的频谱感知效率达到最大,引入一种新的协作频谱感知机制,联合优化包括感知时间、传输时间、参与协作的感知用户数目在内的感知参数,并通过穷尽搜索算法得到最优解。在此基础上研究了多个授权信道情况下的频谱感知效率问题,提出了一种授权信道选择分配方案。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

遗传算法在认知无线电频谱感知中的应用

针对基于OFDM系统的多带联合检测方法中门限向量选取问题,在一定的主用户干扰限制下,充分考虑各子信道特征,建立了门限向量优化模型。将遗传算法应用其中求解最优门限向量,使认知系统吞吐量得到了优化。仿真结果表明,这种方法比传统未使用优化而取一致门限的频谱感知方法对吞吐量的提高更有效。     

双阈值能量检测的无线电网络协作频谱感知

针对认知无线电网络中协作频谱感知使能耗增加而降低网络寿命的问题,提出了一种双阈值能量检测的协作频谱感知方案.利用基于双阈值的能量检测方法最大化网络吞吐量,使能耗低于一个阈值同时保护主用户不受次用户的干扰.利用凸优化分析来获得感知时间和检测阈值的最佳值.仿真结果表明,方法能有效权衡网络吞吐量与能量效率之间的关系,相比传统的频谱感知方法,具有明显的优越性.     

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.     

Optimal MAC based cooperative spectrum sensing in cognitive radio networks

This paper considers a cognitive radio (CR) system in non-ideal fading wireless channels and pro-poses cooperative spectrum sensing schemes based on coherent multiple access channels (MAC),serving as an alternative way to improve the cooperative spectrum sensing performance and provide space diversity for spec-trum sensing.Sufficient statistics are transmitted using a common channel from the secondary users (SUs) to a fusion center (FC) where the global decision is obtained.The optimal scaling factors of the proposed schemes are obtained by maximizing the detection probability under a target false alarm probability and a transmit power constraint.Because the proposed optimal MAC scheme has high computational complexity,a sub-optimal solu-tion based on maximization of the deflection coefficient (DC) is also proposed.Simulation results show that the proposed algorithms can significantly improve the spectrum sensing performance and approach the detection baseline.     

Robust cooperative spectrum sensing schemes for fading channels in cognitive radio networks

In cognitive radio systems, cooperative spectrum sensing can detect the presence of the primary user accurately. In practice, however, since the sensing observations are forwarded to a data collector through fading channels, the sensing performance is severely degraded. To deal with this problem, in this paper, we first propose a secondary user selection based cooperative spectrum sensing method to improve sensing performance by decreasing the reporting errors introduced by the fading channels. Mo...     

衰落信道下提高协作频谱感知能力的方法

由于协作频谱感知能够更准确地确定主用户的存在与否,因此,它被认为是认知无线电技术中的一个重要研究分支.在协作频谱感知中,各认知用户需要通过报告信道发送其本地判决结果(0或1)到融合中心(FC).然而,在实际中,报告信道通常受衰落的影响,这将降低频谱感知的检测性能.针对这个问题,首先,文中提出一种基于认知用户选择的协作频谱感知算法.该算法通过减小由衰落信道引入的误码概率来提高协作频谱感知的检测性能.其基本思想为:只有具有较好瞬时信道增益报告信道的认知用户才将其本地二进制判决结果发送到FC,否则,该认知用户不发送其本地检测结果到FC.其次,提出一种基于空时编码的协作频谱感知方法.通过在CR网络中,利用空间分集增益来降低由衰落型报告信道引入的误码概率,从而提高检测性能.最后,对提出的这两种协作频谱感知方法的检测性能进行理论分析研究,并对其进行数值仿真.仿真结果表明:相比于传统的协作频谱感知,本文提出的这两种协作频谱感知算法都能提高对主用户的检测性能.     

Detection time analysis for the multiple-user cooperative spectrum sensing scheme in cognitive radio networks

In this paper, a novel multiple-user cooperative spectrum sensing (MCSS) scheme is proposed to achieve the spatial diversity gains for cognitive radio (CR) networks, where only the best relay, selected among all the candidate relays in accordance with the quality of channel conditions, is utilized to cooperatively detect the primary user. Closed-form expressions of detection time for the traditional non-cooperative and the proposed MCSS schemes are derived over Rayleigh fading channels. In addition, numeric...     

一种新型的认知无线电合作频谱感知算法*

为了提高认知无线电频谱感知性能,同时考虑到不同认知用户SU(Secondary User)具有不同的感知贡献和谈判力量,该文利用合作博弈理论提出了一种新的基于认知无线电的合作频谱感知非对称纳什谈判算法ANBS(Asymmetric Nash Bargaining Solution),该算法充分考虑到了每一个认知用户的感知可信度不尽相同的情况。仿真结果表明,与NBS(Nash Bargaining Solution)等算法相比,该算法不仅具有更强的合理性和可靠性,而且使系统整体感知性能得到了较大提高。     

一种认知无线电的联合频谱检测算法

为了改善信噪比不同的认知无线电(cognitive radio)用户的联合频谱检测性能,提出了一种基于能量检测的两个用户合作频谱检测算法。在联合虚警概率一定的条件下,根据接收信号能量对各个用户的判决门限进行调整,增大高信噪比用户对联合检测的影响,同时减小低信噪比用户的影响,来提高联合检测概率;判决结果只占用少量比特的信息,减少了通信开销。实验结果表明,所提算法很好地逼近了搜索解,提高了联合检测性能。