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.     

瑞利信道中自适应双门限频谱感知算法研究

频谱感知是认知无线电中的一项关键技术,能量检测、匹配滤波器检测和周期循环频谱检测是认知无线电中频谱感知技术中传统、经典的算法.基于能量检测的频谱感知算法因实现简单且不需要先验信息而被广泛应用,但低信噪比的情况下检测概率会降低,用户的检测性能不足,从而导致认知用户和主用户之间的冲突碰撞次数增多.针对以上存在的问题,在基于自适应频谱感知的基础上,利用噪声功率估计,提出了一种瑞利信道下的自适应双门限频谱感知算法.仿真结果表明,在低信噪比噪声不确定的情况下,这种算法能够大大提高检测概率,有效降低了认知用户和主用户之间的冲突碰撞次数,从而提高频谱的利用率.     

基于USRP2920与差分能量检测的双门限频谱感知算法实现

为提高紧缺频谱资源的利用率,针对实际无线通信环境噪声不确定性对感知性能的影响,搭建了基于软件无线电外设(USRP,NI2920)的认知无线通信系统平台,利用差分双门限能量检测算法感知授权用户信号并估计空闲可用频带,为认知用户的动态频谱接入提供判别依据.此外,推导出差分双门限能量检测概率的闭合表达式,并通过实验估计噪声功...     

认知无线网络中动态双门限协作频谱感知性能的优化方案

频谱感知作为认知无线电的关键技术,得到广泛深入的研究。其中衡量协作频谱感知性能的主要参数为全局虚警概率和全局漏检概率,它们之和被定义为全局错误概率。本文研究基于双门限能量检测的协作频谱感知性能的优化方案,首先,固定双门限能量检测的检测门限值,对表决融合准则的投票门限进行优化,使得在该能量检测门限值条件下,协作频谱感知的全局错误概率最小;然后在表决融合准则的投票门限取最优值的前提下,对双门限能量检测的检测门限值进行了优化,在不同接收信噪比条件下,最优的检测门限值是动态的,所以要根据信噪比确定最优的检测门限值,使得协作频谱感知的全局错误概率在各信噪比条件下都达到最小值,从而提高了协作频谱感知的性能。仿真结果表明,表决融合准则的投票门限和双门限能量检测的检测门限值取得各自的最优值时,全局错误概率最低,检测性能最好。      

基于分布式检测和协作的自适应频谱感知机制

对当前备受关注的认知无线电多点协作频谱感知技术进行了系统归纳与总结.对频谱感知基本问题进行研究,指出了低信噪比情况下单节点检测存在的局限性;接着着重对基于能量检测的多点协作检测技术和多种数据合并算法等最新的研究情况进行了介绍和评价;最后提出了一种具有自适应优化功能的协作频谱感知机制,对控制信道和检测判决信道采用两种控制方式,采用较为稳健的拓扑控制方式,提高了检测网络的稳定性和运作效率.     

基于马尔科夫模型的认知无线电动态双门限能量检测策略

该文针对低信噪比条件下频谱感知精度低的问题,提出一种基于马尔科夫模型的动态双门限能量检测算法。该算法根据信道时变特性建立基于马尔科夫的频谱占用模型,利用信道历史状态信息实现模型参数的修正。然后采用先听后说的机制对处于双门限之间的困惑信道状态进行判决,并详细分析了噪声不确定性对频谱感知性能的影响。在此基础上,为了克服噪声不确定性的影响,以频谱检测概率最大为优化目标,对双门限进行实时更新。仿真结果表明,所提频谱感知算法在减小噪声不确定性影响的同时增加了频谱感知精度,降低了认知用户的感知时间。     

基于随机共振的双门限协作频谱感知算法

针对现有频谱感知算法在低信噪比（SNR）环境中性能检测不佳的问题以及传统随机共振（SR）检测弱信号的方法在实际应用中存在的局限性,通过设置最优门限,计算出最优的协作用户数量,提出了一种基于随机共振的双门限协作频谱感知算法,并对提出的算法进行了性能分析。DCSSR算法通过将位于双门限不确定区域的统计数据经过随机共振系统,进一步提高频谱感知算法在低信噪比下的检测性能。仿真结果表明,在不同信噪比和虚警概率下,DCSSR算法相较于传统单门限能量协作算法、双门限能量协作算法以及单门限随机共振协作算法,检测性能都得到了提升。在信噪比为-20 dB时,提出的DCSSR算法相较于传统单门限能量检测协作算法,检测概率提高了80%。     

基于能量和循环平稳检测的双门限两层感知算法

针对传统能量检测法容易受到噪声干扰、循环平稳检测法计算复杂度高的问题,提出了一种基于能量检测和循环平稳检测的双门限两层感知算法。利用双门限能量检测法对接收信号进行第一层检测,对于能量统计值落入双门限之间的信号,采用循环平稳检测法进行第二层检测。通过对传统能量检测法、循环平稳检测法和文中双门限两层感知算法的检测性能和复杂度进行仿真对比,结果显示在相同检测概率情况下,文中方法相较前两种方法,信噪比分别提升了2 dB和1 dB,虚警率分别降低了0.18和0.1,验证了双门限两层感知算法的有效性和可靠性。     

基于分形盒维数的双门限合作频谱感知方法

在信号分形盒维数特征的基础上,提出利用噪声与授权信号分形盒维数的差异对授权用户是否存在进行检测.为了使合作感知性能趋于更优,多用户采用双门限策略进行分步合作.该方法运算复杂度低,对噪声不敏感.仿真结果表明,双门限合作相比单门限分形盒维数检测和能量检测,系统检测率更高,所需频谱感知时长较短,同时减轻了融合控制中心以及传输...     

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。     

频谱异构认知无线电中基于吞吐量降的空时频谱机会感知

在认知无线电(CR)中,频谱感知是实现动态频谱接入的关键技术之一。为适当保护主用户并最大化次级用户的性能,目前大部分相关工作均是用虚报概率和漏检概率作为感知度量来确定最佳感知参数的。但这种度量是用主次用户的碰撞概率来衡量次级用户对主用户的影响的,没有考虑干扰强度的影响,仅适合同构频谱环境;在不同位置次级用户有不同接入机会的异构频谱环境中,并不能最大化频谱利用率。为此,该文首先定义了吞吐量降,并提出在异构频谱环境下采用吞吐量降作为一种新的感知度量。吞吐量降是指由于次级用户占用授权频谱而导致主用户吞吐量下降的百分比。在衡量次级用户对主用户的影响时,它综合了主次用户的碰撞概率和干扰强度两个因素;其次,研究了以吞吐量降为约束的次级用户吞吐量优化问题。最后,数值仿真证实了该方案比目前几种传统方案的频谱利用率显著提高。     

一种新型的基于最大特征值的合作频谱感知算法

针对认知无线电中经典频谱感知方法的缺点,该文利用随机矩阵理论的相关研究成果,提出了一种基于采样协方差矩阵最大特征值与平均能量的合作频谱感知新算法。该算法将次用户接收信号协方差矩阵的最大特征值与接收信号平均能量的比值(Maximum Eigenvalue-Energy Detection, ME-ED)作为统计判决量,以此判决出主用户是否存在,从而实现频谱感知功能。理论分析表明,与经典频谱感知方法相比,ME-ED算法无需知晓主用户信号的任何先验知识及噪声功率。仿真结果显示,与MED算法和ED方法相比,该算法不仅对噪声的不确定性不敏感,而且在噪声存在波动的情况下,其感知性能最优,鲁棒性最强。     

A dynamic spectrum access network based on cognitive radio

Dynamic spectrum access technologies based on Cognitive Radio (CR) is under intensive research carried out by the wireless communication society and is expected to solve the problem of spectrum scarcity. However, most enabling technologies related to dynamic spectrum access are considered individually. In this paper, we consider these key technologies jointly and introduce a new implementation scheme for a Dynamic Spectrum Access Network Based on Cognitive Radio (DSAN-BCR). We start with a flexible hardware platform for DSAN-BCR, as well as a flexible protocol structure that dominates the operation of DSAN-BCR. We then focus on the state of the art of key technologies such as spectrum sensing, spectrum resources management, dynamic spectrum access, and routing that are below the network layer in DSAN-BCR, as well as the development of technologies related to higher layers. Last but not the least, we analyze the challenges confronted by these mentioned technologies in DSAN-BCR, and give the perspectives on the future development of these technologies. The DSAN-BCR introduced is expected to provide a system level guidance to alleviate the problem of spectrum scarcity.     

基于认知无线电技术的动态频谱管理构想

本文介绍了认知无线电的感知、分配及共享等相关技术,并针对其技术特点提出了一种以无线电管理机构为感知主体,基于认知无线电技术进行统筹分配的动态频谱管理构想。     

认知无线电中基于截断序贯检测的频谱感知技术

序贯检测的检测时间是随实际接收信号采样点的变化而不同的随机变量,在平均意义上,序贯检测有较高的检测速度,但是个别情况下可能需要很长的检测时间,为了避免这种现象的发生,同时提高认知无线电中频谱感知的速度,该文提出了一种截断序贯检测算法。首先分析了截断对传统序贯检测性能的影响,给出了虚警概率和漏检概率的上限,然后基于该性能上限得到了截断序贯检测的检测门限,最后给出了截断序贯检测算法的流程。仿真结果表明,该算法在有限的检测时间内,能够满足系统的性能要求,且其平均检测时间小于传统的能量检测。     

Interference estimation and its applications in cognitive radio networks

Cognitive Radio (CR) has been proposed as a system-level means to improve the spectrum utilization efficiency. The most significant premise for CR networks is to avoid harmful interference to the licensed users. Therefore, it is very important to estimate the potential interference introduced by the deployment of CR networks so that CR networks can be coexistence with Licensed User (LU) networks by designing proper system parameters. In this paper, two statistical models of potential interference due to CR networks are developed based on transmitter and receiver oriented spectrum sensing schemes, respectively. The approximate probability distributions of aggregate interference introduced by CR networks are then derived with respect to the obtained models. With the help of these probability distributions, a method is further presented to get the critical system parameter, i.e., sensing distance and user density of the CR networks, so that the introduced interference can be controlled to predefined level. Numerical results validate the proposed interference estimation method and confirm the effectiveness of interference distribution based system parameter design.     

认知无线电网络中次用户平均吞吐量的优化

协作频谱感知的认知无线电网络中,已有研究表明增加参与协作频谱感知的次用户数量能够提高感知性能,进而提高信道吞吐量。然而,由于信道容量的限制,不断增加参与协作感知的次用户数量并不会使信道吞吐量无限提高,反而会使次用户平均可获得的吞吐量不断降低。针对上述问题,该文以次用户平均吞吐量为优化目标,证明多信道条件下,对于任意给定的融合参数,次用户的平均吞吐量是感知时间的凸函数,并提出交叉迭代算法进行2维优化。仿真结果表明,当信噪比为-10 dB时,次用户使用交叉迭代算法获得的平均吞吐量较已有算法可提高20%以上。