基于最小生成树的分簇协作频谱感知改进算法

为减少分簇过程中的时延,基于最小生成树的单向比较优势提出簇首快速推举方法,并提出改进的分簇协作频谱感知算法,分析了算法的时间复杂度。算法首先基于最小划分对所有次用户节点进行分簇,簇内节点根据设置的评价条件进行性能比较,推举簇首。由簇首进行本地簇内频谱检测,并上传检测结果,最后融合中心在簇首间实现协作的频谱检测。在瑞利信道条件下,仿真显示在大信噪比时,融合中心应用AND规则,系统具有较小的虚警率,所提算法检测性能优;小信噪比时,应用OR规则能扩展系统的有效检测区间,所提算法在满足系统要求的前提下检测性能较差,但簇内信道效率提高了n-1倍。     

一种基于融合规则的自适应分簇协作频谱感知算法

为适应无线信道的动态性,提出了一种基于融合规则的自适应分簇协作频谱感知算法.首先,根据融合中心应用的融合规则推导分簇协作时能满足系统检测性能的信道门限值.然后,由簇首检测当前信道状态,当信道条件好于分簇门限值时,仅簇首进行本地检测,并上传检测结果至数据融合中心,实现分簇协作;否则,由本簇节点进行全节点协作检测,并分别上传检测结果至数据融合中心,或选择退出协作检测,仅接收融合中心的判决信息.最终,由数据融合中心进行融合计算,并做出系统全局判决.仿真结果显示,采用OR融合方法时,所提算法能极大地提高控制信道资源效率;采用AND融合方法时,算法能将系统有效工作区间扩大30％左右,且能选择信道状态好的簇进行协作频谱检测.     

一种应用于电力无线专网的基于信任度的协作频谱感知算法

新型电力无线宽带系统是为满足智能配用电系统的通信需求,在电力专用230 MHz频谱资源上研究开发的电力无线专网,该系统在应用过程中可能会存在与230数传电台共用同一段频谱的情况.为保证两个系统同时稳定、高效地运行,提出一种基于信任度的协作频谱感知算法.根据用户行为特点将感知用户分为受信感知用户、失效用户和干扰用户,并对非受信用户给出相应的判定方法;分析受信用户本地检测结果与参与协作的感知用户及其通信信道信噪比之间的关系,进而定义出各感知用户可信度的权重,并在此基础上提出一种基于信任度的协作频谱感知算法.仿真结果表明,相比传统的硬判决协作频谱检测方法,基于感知用户信任度的协作感知算法能获得更高的检测性能.     

基于可靠次用户信息的协作频谱感知算法研究

对认知无线电系统最基本要求之一就是次用户必须有能力以高的精确率来确定主用户是否存在。而以前对认知无线电频谱感知的研究表明：在实际认知网络中次用户之间的相互协作可以提高其频谱检测性能。然而,对于协作频谱感知而言,随着协作次用户数目的增加,势必会增大用于传输本地检测结果到融合中心的专用控制信道带宽,从而增加系统开销。该文在控制信道带宽有限的约束条件下,提出一种通过考虑可靠次用户信息的协作频谱感知算法来进一步改善频谱检测的性能。该算法的基本思想：只有具有可靠的本地检测结果的次用户才发送自己的检测结果到融合中心,否则,该次用户不发送任何信息。同时,对提出的该算法在理论上进行了推导,通过仿真结果表明：在控制信道带宽受限的约束下,相比于传统的或门协作频谱感知算法,提出的算法能够大大改善对主用户的检测性能。     

基于统计可信度的压缩感知协作频谱检测算法

压缩感知为认知无线电的宽频谱感知提供了一种新的方法和思路。基于压缩感知的原理,提出了一种多认知用户协作场景下基于用户统计可信度的协作频谱检测算法。该算法使用正交匹配协作追踪算法获得认知区域内的频谱占用情况,根据不同认知用户频谱检测的历史准确度综合判定用户感知结果的统计可信度。仿真结果表明,该算法在不同用户数、不同采样值、不同信噪比变化范围下其检测性能均优于传统算术平均方法,有效改善了检测性能。     

基于信任簇的协作压缩频谱感知新算法

频谱感知是实施认知无线电CR的关键问题。一些恶意用户篡改数据,降低了频谱感知性能。为此,提出面向恶意用户环境的基于信任簇的压缩频谱感知TCCSS算法。先利用最大似然ML估计簇离主级用户的距离,并与预设的门限值比较,寻找到信任簇。然后,依据信任簇提供的信息,使用压缩频谱感知算法对信道状态进行检测。仿真结果表明,提出的TCCSS算法能够有效地应对恶意用户的环境,准确地检测恶意用户,同时保持高的频谱检测率。     

基于压缩感知信道能量观测的协作频谱感知算法

压缩感知为认知无线电宽带频谱感知提供了一种新思路。基于压缩感知原理,该文提出一种不需要重构宽带频谱本身,而是直接重构各信道能量的协作频谱感知方法。多个次用户使用宽带随机滤波器组获取信道能量的观测值。融合中心同步接收多个用户的能量观测,并利用同步稀疏自适应匹配追踪协作重构算法重构所有次用户的信道能量。仿真结果表明加性高斯白噪声环境下该协作感知方法所需的滤波器数目仅为传统方法的20%左右,瑞利衰落信道下也仅需传统方法的40%,有效降低了系统复杂度并改善感知性能。同时,该文提出的同步稀疏自适应匹配追踪算法对比经典的同步正交匹配追踪算法在重构精度及算法复杂度两方面都有所提升。     

基于频谱感知结果的认知无线电用户分簇方法

认知无线电用户的分簇由于不同位置频谱环境的巨大差异而成为亟待解决的问题之一。该文分析了认知无线电用户频谱感知结果之间相关性,基于分析结论提出一种基于频谱感知结果相关性的分簇算法,并考察了频谱感知结果量化对该算法的性能影响,得出增加频段数量的方式能够部分补偿量化带来的性能损失的结论。仿真显示,该文的分簇算法能够有效地对认知无线电用户进行分簇,在频谱感知结果量化的条件下,也能达到较好的分簇性能。从可靠性、准确性和自适应能力等方面,相较传统基于地理位置的分簇方法,该文所提出的分簇算法能综合考虑频谱环境的特点,更加具实用价值。     

基于中继的协作频谱感知

频谱感知技术是认知无线电系统实现的前提和基础。由于无线衰落环境下单节点频谱感知结果可靠性不高,主要讨论协作频谱感知中的中继协作频谱感知技术。针对单个中继节点的协作频谱感知网络,分析了在AF协议下的频谱感知结果。导出了在瑞利衰落环境下中继节点参与协作感知的检测概率上限的闭合表达式,并进行了数值仿真。数值分析结果表明中继节点参与协作能够提高频谱感知性能。     

基于变分贝叶斯推断的新型全局频谱协作感知算法

为了实现多维动态频谱接入,首先给出了主用户的全局功率谱近似模型,并构建了新型全局频谱协作感知算法的总体流程,以获得主用户网络中占用频段、功率及位置等全局信息。接着利用变分贝叶斯推断技术,设计了相应的模型系数向量估计器。仿真结果表明,该方法采用的近似模型具有较好的准确性,相应的系数向量估计算法具有较高的有效性和收敛稳定性,同时指明了信噪比和泄漏总虚假功率的关系以及两者对均方误差性能的影响。此外,还证明了该方法通过利用系数向量θ的稀疏性,而在均方误差性能上具有较大优势。     

基于Friedman检验的非参数协作频谱感知方法

协方差矩阵频谱感知方法在天线相关性低时感知性能较差,该文针对这一问题提出一种基于Friedman检验的非参数协作频谱感知方法。分布式放置的感知节点具有空间分集的特性,因此在同一时刻感知节点上的信号功率不完全相同。利用这一特点,提出通过比较各感知节点的信号功率水平来实现频谱感知。由于采用了非参数化表示,该方法对噪声不确定性稳定,且适用于任意统计分布的噪声。另外,推导了所提方法判决门限的理论表达式,结果显示判决门限与采样点数无关,因此在采样点数变化的情况下无需重新设置判决门限。仿真结果验证了上述理论分析的有效性。     

基于双门限能量检测的自适应协作频谱感知

针对认知无线电中传统单门限能量检测由于单一门限造成的低信噪比情况下容易误判从而导致错失频谱接入机会的不足,提出了一种基于双门限能量检测方法的自适应协作频谱感知模型.该模型以加性高斯白噪声信道模型为基础,由传统双门限能量检测方法改进而成,针对接收到的能量统计值的大小采用不同的判决方法,各个判决结果直接由所采用的判决方法决定.仿真结果表明,在较低信噪比条件下,与传统单门限能量检测模型相比,该自适应协作频谱感知模型具有更好的识别性能,随着用户数量的增加,识别性能更优.     

基于遗传算法的递归式MTI滤波器的设计

递归式MTI滤波器从理论上讲几乎可以合成任意形状的频率响应函数,因而具有很广的应用范围。为了能够灵活设计出满足系统要求的递归式MTI滤波器,提出了一种设计方法。该方法以遗传算法(GA)的基本思想为基础,利用滤波器的改善因子、通带宽度和通带波纹来构成适应函数,并用GA来加快参量搜索速度和获取全局近似最优解。实验仿真设计了两种典型的递归式MTI滤波器,结果证明该方法是一种有效的设计方法,它可以灵活而快速地设计出所需要的滤波器。     

多天线感知无线电中的协作频谱感知算法

不同于以往单天线感知用户的频谱感知研究,该文提出多天线情形下基于最优功率分配和协作分集的频谱感知算法。根据信道条件利用奇异值分解(SVD)在每根天线上进行功率注水,并考虑多天线情况下两用户网络协作频谱感知授权用户的判决检测过程,利用基于指数衰减的路径损耗模型,分析多天线感知网络的各态历经容量和检测授权用户的概率及时间。理论分析及仿真结果表明,多天线感知用户通过最优功率分配和协作频谱感知不仅使感知网络具有最大的各态历经容量,同时改善系统的检测性能。     

Cyclostationarity-based cooperative spectrum sensing over imperfect reporting channels

Reliable detection of weak primary user signals is a crucial problem for cognitive radio networks. To address the above issue, cooperative spectrum sensing (CSS) methods based on cyclostationary detection (CD) have been introduced in the literature. In this paper, a soft decision-based CSS method based on the second-order CD at secondary users (SUs) is proposed. The proposed scheme aims to maximize the deflection criterion at the fusion center (FC), while the reporting channels are characterized by Rayleigh fading. To this end, a fusion rule which does not require to know the noise variances of sensing channels is developed. Since the fusion rule assumes the perfect knowledge of channel state information (CSI) of reporting links, it has theoretical significance and provides an upper bound for the performance of cyclostationarity-based CSS. We have also proposed a more practical suboptimum fusion rule and studied its detection performance in the presence of uncertainties in noise variance and channel power gain estimations. Furthermore, in order to be able to evaluate the performance of the CSS, an analytic threshold estimation method has been proposed. Extensive simulation results have been illustrated the robustness of the proposed method compared to the existing cyclostationary detectors.     

基于Mueller矩阵分解的非监督聚类算法

该文描述了一种利用极化SAR图像的Mueller矩阵分解系数进行非监督聚类的算法。根据关于各种地貌目标散射电磁波机理的先验知识,该算法可以在不需要任何实地勘测的条件下将图像粗略地分割为三种完全不同的、物理含义明显的类别,即建筑区域、茂密植被和微粗糙表面(例如水面)。与利用单极化灰度图像的非监督分类算法相比,该算法的突出特点是不仅仅将每个像素按照其特征紧密地聚集在一起,而且还能确定每个聚类的散射机理,进而确定目标类型。     

Cooperative spectrum sensing for cognitive radio networks in the presence of smart malicious users

Cognitive radio (CR) signaling imposes some threats to the network. One of these common threats is commonly referred to as primary user emulation attack, where some malicious users try to mimic the primary signal and deceive secondary users to prevent them from accessing vacant frequency bands. In this paper, we introduce a smart primary user emulation attacker (PUEA) that sends fake signals similar to the primary signal. We assume a smart attacker, in the sense that it is aware of its radio environment and may choose different transmission strategies and then, we compare it to an always present attacker. In the proposed smart attacker strategy, the occurrence of fake signal is adjusted according to the primary user activity. First, we investigate the received signal at the CR users under such attackers. Then, we formulate and derive cooperative spectrum sensing (CSS) rules for a cognitive network operating in the presence of a PUEA and propose a new spectrum sensing scheme based on energy detection. Simulation results show that our proposed method can mitigate the destructive effect of PUEA in spectrum sensing, compared to conventional energy detection spectrum sensing.     

基于扩散策略的实时分布式协作频谱检测算法

针对传统分布式协作频谱检测算法认知用户不能实时检测问题,该文提出基于扩散策略的实时分布式协作检测算法。算法利用各个节点的本地代价表示全局代价,通过最小化各个节点的代价使得全局代价最小。采用最速下降法,利用迭代方式计算各个节点检测量的最优估计值,得出估计值的理论稳态均值和方差,得出虚警概率、检测概率以及检测门限的封闭表达式。理论分析和实验结果表明,该算法能够有效解决分布式网络认知节点的实时检测问题,并具备快速学习和适应环境变化的能力。当虚警概率为0.01且检测概率达到0.9时,平均信噪比较平均共识和非实时扩散策略降低了约6 dB,能够实现在极低信噪比条件下的信号检测。     

认知无线电网络中合作频谱感知机制的优化

为了提高检测效率和频谱利用率,该文对认知无线电中合作频谱感知的感知机制进行了优化。针对信道监测和信道搜索两个不同的感知场景,分别给出了检测周期、检测时间和搜索时间的选取和优化方法,并提出了新的信道搜索方式。研究分析和仿真结果可以看出,合作频谱感知和主动感知方式的引入可以提高检测性能和传输速率,对感知机制和策略的选取和优化有效地提高系统吞吐量,降低感知时延和开销,这样可以提高认知无线电网络的性能和灵敏性,在保证授权用户不被干扰的同时最大化空闲频谱的接入机会。     

协作频谱感知中快速自适应门限策略

频谱感知是认知无线电的一个重要组成部分。在异构网络中,认知节点的移动会导致接收信号强度和噪声功率发生变化,这使得采用固定门限参数的频谱感知策略无法保证在任何时候均工作于最优感知状态。为了解决这一问题,该文提出一种自适应门限参数的协作频谱感知策略。该策略无需主用户信号、信道以及环境噪声的任何先验信息,参与协作的所有认知节点采用最陡下降法自适应调节门限参数,控制中心采用最优数据融合算法获得最小检测代价。仿真结果显示,当认知节点参数发生变化时,协作节点的门限参数快速收敛于最优值,使系统贝叶斯风险最小。