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。     

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。     

认知无线电技术在 ZigBee 中的应用研究

目前多种无线通信技术共享2.4GHz ISM 频段,它们之间的相互干扰以及频谱重叠现象已成为人们非常关注的一个问题.文中将认知无线电技术应用到 ZigBee 网络通信中,针对2.4GHz 频段,利用认知无线电的频谱感知功能,对信道状态进行检测,搜寻频谱空穴,并且对频谱进行长期感知和统计,使 ZigBee 用户选择最可能空闲的频段作为传输信道,同时提出了一个2.4GHz 无线环境感知模型.该方法提高了 ISM 频段的频谱利用率,并且减少了同频段其他多种无线通信技术对 ZigBee 产生的干扰,保证了 ZigBee 信号的有效传输     

认知无线电技术在ZigBee中的应用研究

目前多种无线通信技术共享2．4GHzISM频段,它们之间的相互干扰以及频谱重叠现象已成为人们非常关注的一个问题。文中将认知无线电技术应用到ZigBee网络通信中,针对2．4GHz频段,利用认知无线电的频谱感知功能,对信道状态进行检测,搜寻频谱空穴,并且对频谱进行长期感知和统计,使ZigBee用户选择最可能空闲的频段作为传输信道,同时提出了一个2．4GHz无线环境感知模型。该方法提高了ISM频段的频谱利用率,并且减少了同频段其他多种无线通信技术对ZigBee产生的干扰,保证了ZigBee信号的有效传输。     

一种基于认知频谱共享的资源分配算法

认知MIMO系统存在着两种接入机制:一是认知用户(CR)侦测主用户(PR)上的频谱空洞并伺机接入的机会频谱接入(OSA)机制;二是频谱共享(SS)机制,即只要选取合适的约束条件,将CR传输对PR通信造成的影响控制在一定范围内,那么就可以允许主从用户同时在授权频段上进行传输。本论文重点对后者展开研究,利用瑞利衰落信道的统计特性,在PR均值干扰功率(AIP)约束和CR发送功率约束下,求解实现CR遍历容量最大化的认知MIMO系统资源分配方案。与传统的利用PR峰值干扰功率约束(PIP)的方案相比,这种方法不仅可以消除感知时间不确定度的影响,易于工程实践的应用,而且通过仿真证明了它还能够同时提高PR和CR系统的遍历容量,使系统获得更好的性能。     

速率期望比较下的宽带频谱接入简化算法

为解决认知无线网络中宽带频谱感知模式的计算量大和感知时间延长等问题,提出了一种基于速率的认知无线网络低复杂度宽带频谱感知算法。在宽带频谱感知的基础上,设定选择条件,对信道的期望传输速率进行比较,确定需要感知的信道,以实现减少认知无线网络次用户系统的信道感知时间和感知计算量的目标。经过仿真实验分析对比表明,该算法可以有效地平衡次用户系统吞吐量最大化和主用户系统的干扰之间的矛盾。     

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.     

能量效率和碰撞概率联合优化的协作频谱感知算法

协作频谱感知能提高认知无线电网络的感知性能。随着认知网络频谱感知性能的提高,一方面感知网络将会消耗更多的能量;另一方面次用户拥有更多的机会接入授权频谱,次用户的吞吐量不断增加,同时在通信过程中主用户与次用户发生碰撞的概率也不断增大。本文提出了一种联合优化能量效率和碰撞概率的协作频谱感知算法,通过最优感知检测点判断节点所处信道状态,融合中心舍弃信道状态不好的节点使其不参与数据融合,既消除了信道状态不好的节点对全局判决的不良影响,又提高了能量利用率。仿真结果表明,该算法提高了网络的频谱检测性能,并延长了感知网络的生命周期。     

MAC与TCP跨层的认知无线网络传输性能增强

认知无线网络中,认知用户需要具备频谱感知的功能,在主用户到来时,可以实现动态频谱切换,从而不影响主用户的通信.但是频谱感知和切换带来的时延可能使认知用户TCP频繁的启动慢启动,而影响传输性能.提出的TCP-CWN(TCP for cognitive wireless network认知无线网络TCP)算法,通过TCP-MAC跨层可以消除由于频谱感知和切换带来的慢启动问题.本方案在NS2上进行仿真,实验结果显示在认知环境下TCP-CWN能很好的缓解由于频谱感知对传输的影响,提高认知用户的传输吞吐量.     

一种时域—码域联合的认知无线电频谱感知算法

为了提高认知无线电系统中频谱感知的性能,对多维联合的频谱感知进行了研究,提出一种时域—码域联合的频谱感知算法。该算法主要利用了直接序列扩频主用户信号频谱空间中时域与码域的特性,分别从时域与码域的角度对信道的状态进行检测,其中时域采用能量感知,码域分析扩频主用户信号的二次功率谱,最终共同确认信道状态。仿真结果表明,联合感知算法对应的检测性能优于单纯时域或码域感知,能够直接应用于直接序列扩频主用户的频谱感知。     

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.     

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。     

一种基于遗传算法的信道感知顺序设计

认知无线电中,认知用户必须不断对待选频段进行扫描以发现可用频谱用来通信。在感知能力有限的现实环境下,认知用户逐一进行信道的感知带来的问题是,感知信道越多,耗时越长,用于通信的时间就越短。所以合理设计感知顺序将是非常关键的技术。对该问题进行了全面的分析和建模,相比前人工作又引入了空闲概率和信道容量等因素,但是该问题变成了NP难问题。为了在多项式时间内求解该问题,使用了遗传算法。不仅设计了详细的算法过程,使用了精英保留等多种加速算法收敛的技术,而且重点对交叉算子进行了研究,提出了3种可行的交叉算子:单点交叉、多点交叉和编码交叉。在仿真分析中比较了遗传算法和全搜索算法的复杂度和准确度,同时以平均吞吐量和最大吞吐量为准则,对3种交叉算子进行了仿真比较,验证了编码交叉算子的相对优越性。     

基于POMDP的信道感知接入算法

在认知无线电中,为了最大化次用户的吞吐量,同时对主用户的干扰低于预定值,提出一种基于POMDP的信道感知接入算法。次用户将主用户信道在时间轴上细分成等间隔的时隙,在每个时隙开始时,次用户从频谱感知、以较高的功率接入信道和以较低的功率接入信道三种可选策略中选择最优的策略。将次用户的选择过程建模成一个POMDP问题,并采用一些相应的最优策略求解。计算机仿真结果验证了算法的有效性。     

单天线认知无线电中的协作频谱感知和无线能量传输

在单天线认知无线电中,可以通过天线协作频谱检测来提高检测衰落信道中主用户(Primary User,PU)存在的传感性能。然而,由于协作频谱检测,认知无线电(Cognitive Radio,CR)可能消耗更多的存储能量,从而降低其传输性能。为了保证其传输性能,提出了一种同步协作频谱检测和无线功率传输的方案,该方案可以收集PU信号的射频(Radio Frequency,RF)能量,以提供频谱检测消耗的能量。提出了时间分流模型、实现了协作频谱检测,能量收集和数据传输的同步。制定了适用于该方案的优化问题,以最大化同步协作频谱检测和无线功率传输模型中认知无线电的频谱效率,分别受限于检测的概率和收集的能量。最后通过计算得到的最佳分配因子,以实现了频谱效率的最大值,并通过仿真得出了结论。     

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。     

Analytical modeling for spectrum handoff decision in cognitive radio networks

Cognitive Radio (CR) is an emerging technology used to significantly improve the efficiency of spectrum utilization. Although some spectrum bands in the primary user’s licensed spectrum are intensively used, most of the spectrum bands remain underutilized. The introduction of open spectrum and dynamic spectrum access lets the secondary (unlicensed) users, supported by cognitive radios; opportunistically utilize the unused spectrum bands. However, if a primary user returns to a band occupied by a secondary user, the occupied spectrum band is vacated immediately by handing off the secondary user’s call to another idle spectrum band. Multiple spectrum handoffs can severely degrade quality of service (QoS) for the interrupted users. To avoid multiple handoffs, when a licensed primary user appears at the engaged licensed band utilized by a secondary user, an effective spectrum handoff procedure should be initiated to maintain a required level of QoS for secondary users. In other words, it enables the channel clearing while searching for target vacant channel(s) for completing unfinished transmission. This paper proposes prioritized proactive spectrum handoff decision schemes to reduce the handoff delay and the total service time. The proposed schemes have been modeled using a preemptive resume priority (PRP) M/G/1 queue to give a high priority to interrupted users to resume their transmission ahead of any other uninterrupted secondary user. The performance of proposed handoff schemes has been evaluated and compared against the existing spectrum handoff schemes. Experimental results show that the schemes developed here outperform the existing schemes in terms of average handoff delay and total service time under various traffic arrival rates as well as service rates.     

基于隐马尔可夫模型的短波认知频率选择方法

针对短波频谱利用率低下及频率选择不够智能的局限性,提出一种基于隐马尔可夫模型(HMM)的短波认知频率选择方法。应用认知无线电原理,将短波传统用户作为主用户,将采用认知无线电技术的短波电台作为认知用户。首先,建立隐马尔可夫模型,结合频谱感知历史数据预测主用户信道状态;其次,在预测空闲的基础上估计信道参数;最后,根据估计的信道参数选择最优频率。仿真结果表明,所提方法能够准确预测传统短波用户信道状态,快速估计信道参数。在设定的仿真条件下,所提方法的成功传输率分别较HMM预测和能量感知随机信道选择方法有5.54%和10.56%的提升,能够选择最优信道。