基于频谱异构和用户移动的频谱共享算法研究

频谱共享允许多个认知节点以机会主义方式使用空闲频谱资源,而绝大多数的频谱共享研究没有考虑传输距离、错误率等方面的频谱异构特性。针对集中控制认知无线网络,提出一种基于频谱异构和用户移动的频谱共享算法。网络中不同类型的频谱信道具有不同的覆盖范围,认知用户可以静止或移动。认知用户的信道分配综合考虑了信道可使用时间、用户地理位置、接入公平性等因素,并在此基础上建立了一个信道分配效用函数,最终目的是最大化系统总效用。仿真结果表明,提出的频谱共享算法能够大大减少系统中的信道切换次数,同时系统其他方面的性能也能够得到保证。     

认知网络融合干扰消除的高效频谱感知机制

针对无线认知网次用户快速寻找可用信道与检测主用户出现的问题,提出一种新的高效频谱感知机制。该机制通过感知与传输并发以减少感知的时间开销,利用干扰消除技术消除自身传输对感知的干扰;通过结合不同采样速率下信道状态的观察,实现宽频谱的信道感知;在传输中,利用特征匹配技术检测主用户的出现。实验结果表明,新机制可减少感知时间50%,提高吞吐量100%以上。因此,新机制有效降低了频谱感知的资源消耗,提高了认知通信的效率。     

认知无线电网络双天线多信道MAC协议

在认知无线电网络中,媒体接入控制(MAC)协议的主要功能包括信道感知、选择和接入控制,其中感知时间和传输时间的长度对网络的性能有着重要的影响。在动态无线网络环境下,如何合理分配感知时间和传输时间是个挑战性问题。提出了一种双天线多信道分布式认知无线电MAC（TM-MAC）协议,不需要在传输之前对信道进行感知。节点可以在其它节点传输数据的同时对频谱资源进行检测,然后利用空闲的频谱资源通信。建立了数学模型分析在饱和网络状况下MAC协议的吞吐量。仿真分析表明TM-MAC协议能够有效提高网络的吞吐量。     

认知无线电网络中基于信任度的频谱感知技术

提出了一种在认知无线网络控制信道带宽受限条件下基于信任度的双门限协同频谱感知算法。首先每个认知用户基于双检测门限独立进行频谱感知,但只有部分可靠的认知用户通过控制信道向认知无线网络基站发送本地感知结果。当所有的用户都不可靠时,选取信任度最高的认知用户发送本地感知结果进行判决。理论分析和仿真表明,同常规能量检测算法相比较,该算法能够在控制信道带宽受限条件下,以较少的网络开销获得更好的频谱感知性能。     

Rayleigh信道下双门限协作频谱感知研究

频谱感知是认知无线电系统有效通信的前提,其感知速度和准确性是衡量频谱感知性能的重要指标.现有算法仅考虑理想AWGN信道下双门限协作频谱感知,应用中衰落信道下的频谱感知作深入研究,具有实际意义.为了提高频谱感知在实际应用中的可靠性,将双门限多节点协作方法用于Rayleigh衰落信道仿真检测.仿真实验表明,Rayleigh衰落信道下双门限多节点协作检测方法的可靠性优于高单门限协作检测方法,其检测结果对Rayleigh信道环境下频谱感知系统的设计具有重要参考价值.     

基于晶格量化异构网络视频联合信源信道编码

为提高异构网络视频传输质量,提出一种基于晶格量化的异构网络视频联合信源信道编码方法。首先,利用多描述联合信源信道编码的信号源并行信道传输方案,建立高斯视频源传输的多描述独立的并行信道传输框架;其次,采用晶格尺度量化方法分别考虑有或无边信息解码器情形下实现模拟映射带宽的降低,通过带宽扩展来提高异构网络视频传输性能;最后,通过与VPS、FMS和DMUS 3种算法在编码冗余度、编码速率、峰值信噪比、端到端视频帧延迟以及有效损失率指标上的对比试验,验证了所提方法的有效性。     

认知无线传感器网络的吞吐量分析

为了实现认知无线传感器网络(CRSN)在授权频段的连续可靠通信,结合协作感知和宽带感知策略,提出了一种CRSN架构.通过在网络中部署专门负责频谱感知的认知节点,将频谱感知与数据传输功能进行了合理分配.在最大化感知和传输时间的同时,实现了频谱的实时感知和数据的连续传输,进而提高了频谱检测率和网络吞吐量.同时,由认知节点协作对宽带进行多信道联合检测,除了可以提高检测的可靠性,还有利于实现CRSN对授权频段的连续接入,进一步保证网络数据传输的连续性.通过仿真对不同硬融合准则下的平均网络吞吐量进行了分析和比较,结果表明该网络架构可以获得更高的吞吐量.     

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。     

基于感知时间和传输时间的认知无线网络单信道选择联合优化模型

为了确保认知无线网络中次用户对主用户的干扰低于预定值的同时,最大化次用户系统的吞吐量,减少次用户丢失频谱机会的次数,提出单信道模式下次用户感知时间和传输时间被联合优化的算法。在单信道模型中,次用户以混合接入策略与主用户共享一条信道,通过综合考虑对主用户的干扰和次用户频谱机会丢失两个因素,对传输时间和感知时间进行联合优化。经过与固定的感知时间和传输时间算法仿真分析对比,验证了算法的有效性。     

基于奇异值分解的宽带频谱感知改进算法

对认知无线电中宽带频谱感知的信号检测问题进行研究,在信道位置和带宽随机分布的条件下,提出一种基于Hankel矩阵奇异值分解的改进算法完成宽带频谱的频率点奇异性检测并获得各子频段的起始频率和带宽,有效实现盲宽带频谱感知,同时利用提出的三种性能评价参数对该算法与多尺度小波变换算法进行了性能对比。通过实际接收微波信号及仿真OFDM信号感知实验验证,该算法有效抑制了噪声不确定性,滤除了伪奇异点,提高了宽带频谱感知性能。     

TFRC在认知无线电环境中的性能分析及改进

TCP友好速率控制协议(TCP Friendly Rate Control,TFRC)能够有效支持多媒体传输,而其在认知无线电环境中少有研究.本文通过在认知无线电环境中对TFRC进行仿真,考察了①感知周期,②主用户干扰,③信道异构性三个因素对TFRC性能的影响,进而提出了一种反馈机制改善TFRC对频谱切换前后信道容量变化适应的能力.实验结果表明TFRC性能与信道检测时长和主用户行为有着密切关系,提出的改进方法可以有效的提高TFRC在认知无线电环境中的性能.     

次用户信道使用公平和QoS保障原则的FQMAC协议

针对异构认知无线电网络共存的情况,提出了FQMAC（fair and QoS guaranted MAC）协议。采用信标帧同步,将时间划分为信标周期,在信标周期内分别进行信道感知、信道协商和数据传输;将被其他异构网络的次用户占用的信道也作为可用信道。根据信道质量将所有可用信道划分等级,根据次用户业务特征将次用户划分等级。等级高的次用户优先预约等级高的信道。对信道协商阶段的合理时长通过建立马尔可夫链模型进行了理论分析,得出其合理时长的理论值。仿真实验结果证明FQMAC可以较好地提升网络的吞吐量,保障了用户的QoS（quality of service）,并实现了较好的公平性。     

Dynamic spectrum access and network selection in heterogeneous cognitive wireless networks

In this paper, we propose a cross-layer architectural framework for network and channel selection in a heterogeneous cognitive wireless network (HCWN). Existing research on heterogeneous wireless networks primarily focuses on network selection among available networks, while research on cognitive networks mainly focus on improvising efficient sensing and spectrum sharing algorithms. In this paper, we introduce a novel probabilistic model for channel classification based on its adjacent channels’ occupancy within the spectrum of an operating network. Further, we utilize a Analytic Hierarchical Process for categorizing user applications, followed by prioritizing them based on performance metrics. Finally, a modified Hungarian algorithm is implemented for channel and network selection among secondary users. The effectiveness of our approach is evaluated for different scenarios of HCWN. Simulation results show that our approach provides a 60% and 64% improvement in blocking probability over greedy and first-come-first-serve (FCFS) algorithms, respectively. Additionally, our proposed algorithm results in 22% enhancement in spectrum utilization and 50% increase in throughput over greedy and FCFS schemes.     

认知无线网络中多信道频谱感知周期优化算法

为了使认知无线电次用户发现并使用更多的空闲频谱资源,提出了一种多信道频谱感知周期优化算法。针对实际网络中各授权信道使用规律的不同,本文基于交替更新理论建立了多信道状态转移模型,将各信道感知周期的选取建模为一个带约束条件的多目标优化问题,并采用遗传算法对其求解,获得了相对较优的多信道感知周期向量。仿真结果表明,本文提出的目标函数能够有效衡量多信道空闲频谱资源检测率。当目标网络中包含8个授权信道时,所提算法可发现的空闲频谱资源占实际空闲频谱资源的68.23%,相对于以相同周期对各信道进行频谱感知的OFDM机制提高17.68%。     

A review of channel estimation and security techniques for CRNS

Cognitive Radio Network (CRN) is an intelligent wireless communication system that adapts itself to variations in the incoming radio frequency stimuli by modifying the operating parameters. Using the spectrum sensing techniques, the idle channels are detected, and allocated to the Secondary Users (SUs). The existing cooperative spectrum sensing techniques such as centralized sensing technique, Distributed sensing technique, and External sensing technique exploit efficient prediction models for allocating the frequency spectrum to SUs. For an optimal assignment of the channel using channel parameters, the channel estimation techniques such as pilot-assisted channel estimation, blind and semi blind estimation technique, and decision directed channel estimation technique are analyzed. The flexible nature of the CRN introduces various security attacks such as Primary User Emulation Attack, Objective Function Attack, Jamming Attack, Spectrum Sensing Data Falsification (SSDF), Control Channel Saturation DoS Attack (CCSD), Selfish Channel Negotiation (SCN), Sinkhole Attacks, HELLO Flood Attacks and Lion Attack. From the surveyed results, it is observed that the existing spectrum sensing, and prediction-based techniques consume more energy, and minimal data transmission rate for detecting the idle channel. Further, the end-to-end delay, energy consumption, end-to-end delay, and bandwidth are not minimized by the existing techniques.     

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.     

认知无线电网络中感知时间与功率分配的优化

针对多协作用户多信道的情况,讨论了当信道增益固定时,各子信道之间检测时间、总检测时间与传输时间,以及各子信道之间功率分配的问题。区别于以往的单独优化算法,提出了各参数的联合优化算法。以信道容量为目标函数,给出了最优的时间和功率分配算法。实验结果表明,提出的算法能够实现频谱接入并且极大地提高了次用户系统的总信道容量。表明功率分配与信道上主用户占用的概率有关,而时间分配则与信道上主用户接收信噪比以及传输时自身的信噪比有关。在多认知用户网络中,参与合作的用户越多,接收与传输信噪比越高,次用户系统的总信道容量越大。对于认知无线电网络,还考虑了整体的实现。     

资源受限的认知无线电系统优化合作频谱感知算法

认知无线电的首要任务就是动态地感知频谱,合作频谱感知提高了频谱感知的可靠性.目前大多数频谱感知算法采用全部认知无线电台参与感知,并且假设每个认知无线电台的信噪比的测量值为一常数.然而,由于无线信道的特性和环境差异,每个认知无线电台的信噪比是有差异的,同时系统资源也是有限的.基于此,在采用能量检测硬判决的合作频谱感知算法基础上,提出一种优化的频谱感知算法.它在满足给定系统探测概率及虚警概率前提下,采用部分性能较好的认知无线电台参与频谱感知,并使系统感知开销最小.理论和仿真证明了其合理及有效性.     

认知无线网络中基于无休止多臂赌博机模型的多用户频谱接入机制

针对如何协调多个认知用户择机接入多段空闲频域信道的问题,提出了一种基于无休止多臂赌博机(RMAB)模型的动态频谱接入机制。首先,考虑到实际环境下认知用户的信道感知误差,推导出能有效处理感知误差的Whittle索引值算法,该算法通过历史经验积累给予每个信道一定的信任值,并综合考虑在当前信任值下选择每个信道的立即收益与未来收益的多少,选择出需要感知接入的信道;其次,对于多个认知用户接入相同信道时产生冲突的问题,提出了基于多标拍卖的协调机制,通过多标拍卖的方式处理认知用户之间的冲突。仿真结果表明,在相同的环境中,所提出的频谱接入机制与未处理误差的或者未采用多标拍卖的接入机制相比,认知用户获得的吞吐量更大。