混合频谱共享方式下多用户动态频谱分配算法

为解决混合overlay/underlay频谱共享方式下多用户动态频谱分配问题,构建了混合频谱共享方式下动态频谱分配模型,提出了基于Q学习的多用户动态频谱分配算法. 该算法在不对主用户产生有害干扰的前提下,以最大化次用户总吞吐量为目标,构建了与次用户相对应的虚拟次用户作为智能体. 通过与环境交互学习,进行信道和共享方式初选;频谱分配系统根据冲突情况和各智能体的学习结果调整信道分配策略直至次用户间无冲突. 仿真结果表明,该算法在无信道检测和信道先验知识的条件下,能根据前一时隙信道状态和次用户传输速率需求,实现动态信道分配和频谱共享方式确定,避免次用户间冲突,减少主次用户间冲突,有效提升次用户总吞吐量.     

基于地理位置的频谱共享系统功率分配

针对次用户地理位置分布的随机性,提出一种基于地理位置的多信道underlay频谱共享模型,并设计了一种基于凸优化的功率分配算法以提高频谱资源利用率。首先根据不同地理位置的次用户对主用户干扰的差异,设计一种基于产出投入比的公平性信道分配准则,将复杂的多信道资源分配问题转化为单信道功率分配问题;继而采用一种基于凸优化的迭代寻优方式进行功率分配,最终获得次用户的系统信道容量。仿真结果表明,相比按接入时间先后分配信道的方法,基于地理位置的多信道underlay频谱共享模型可以获得更高的信道容量。     

基于认知的协作系统中继分配算法

随着无线移动通信系统的飞速发展,无线通信网络能耗急剧增加,基于中继协作技术的绿色无线通信研究受到众多研究者的关注.针对基于认知的中继协作系统,提出了一种以最大主系统能效为目标的中继分配算法.该算法在不影响主系统性能基础上,对主系统请求次系统用户作为中继转发数据,且共享主用户频谱进行了简要介绍.算法中次系统通过最大权重匹配方法为主系统分配中继（次用户）,在满足主系统能效最大化的同时,实现了次系统与主系统的频谱共享.对算法进行仿真验证,提出的算法能获得较高的主系统能效,同时提高了整个系统的频谱利用率.     

基于稳定匹配的认知无线网络协作物理层安全机制

在Underlay认知无线网络中,次用户被允许在主用户进行数据发送时接入主用户的频谱.此时,主用户将对次用户和窃听者造成干扰.利用协作干扰技术,主用户产生的干扰可以被用来改善次用户的物理层安全.基于此,本文针对包含多个主次用户的Underlay认知无线网络,提出了一种新的协作物理层安全机制.为了在保证主用户通信质量的前提下,最大化网络中次用户的总的安全容量,该机制将对次用户进行合理的频谱接入选择和功率控制.另外,考虑到个体理性和自私性对于频谱接入稳定性的影响,该机制利用稳定匹配理论将频谱接入选择问题建模为一对一的双边匹配问题,通过构建主次用户之间的稳定匹配来保证频谱接入的稳定性.仿真结果表明,使用本文所提安全机制,可以在保证主用户通信质量的前提下,稳定而又有效地改善网络中次用户获得的总的安全容量.     

一种基于合同理论的动态频谱分配模型

针对认知无线电技术中的频谱分配问题,考虑一个主用户和多个次用户的认知场景,提出一种基于合同理论的动态频谱分配模型,并引入粒子群优化算法对模型进行求解。模型中,主用户对不同次用户提供不同质量的频谱资源以获得收益最大化,达到优化资源分配、提高频谱利用率的目的。经仿真分析验证,该模型下获得的系统效用接近理论上可获得的最大系统效用,具有实际应用的可行性。     

非理想信道感知下的频谱共享容量的理论分析

在现有的以理想信道感知为条件的机会频谱共享容量分析基础上,重点讨论非理想感知对机会频谱共享中次用户信道容量的影响。关注两条不同传输途径的信道,一条是从次用户发送端到次用户接收端的无线信道,另一条是次用户发送端到主用户接收端的无线信道。以主用户接收端功率受限作为约束条件,得到了关于非理想信道信号噪声比条件下机会频谱共享的次用户信道容量的关系表达式。首先分析次用户发送端到主用户接收端信道和次用户发送端到次用户接收端信道为非对称时次用户的信道容量,其次分别探讨不同衰落信道模型下两条信道上感知（包括信道估计和预测）误差为对称和非对称结果时,次用户信道容量的变化。     

认知无线电网络中基于主系统有限反馈的频谱共享方案

摘 要：提出一种频谱共享方案,该方案适用于同时存在多个主用户和一对次用户的场景。各主用户依据接收机反馈的有限信道质量信息（CQI, channel quality information）分配发送功率及传输速率。次用户根据偷听到的主系统CQI有限反馈,以适当的功率及速率接入信道。次用户接入信道的行为对各主用户造成一定干扰,以致主系统传输速率遭受一定损失。本文在主系统速率损失约束条件下,研究得出了使次系统吞吐量最大化的次用户发送功率及传输速率最佳分配方案。数值结果表明,对于每个主用户仅需反馈3-4个量化比特,次系统的有效吞吐量就可堪比于主次发射端均拥有主系统链路完整CQI的情况。仿真结果显示,所提出的频谱共享方案能够满足主系统速率损失约束。     

优化的最佳中继协作频谱感知

在基于中继的协作频谱感知中,尽管通过引入认知中继可有效提高协作频谱感知性能,然而认知中继的引入也会带来额外的系统开销及复杂度增加问题。为了节约系统开销,本文在前期取得研究成果的基础上,进一步提出了一种基于删余的最佳中继协作频谱感知方案,只有当次用户检测到主用户信号且目标次用户的报告信道衰落严重时,才申请认知中继的协作传输,同时目标次用户将其检测到的感知信息发送到认知中继;最后,分别从检测性能和次系统可获得的容量角度对所提方案下的协作频谱感知性能进行了理论分析。分析和仿真结果表明,所提方案可以有效提高检测性能,当确保主用户受到足够保护的前提下,利用所提方案可以获得更高的次系统容量。      

基于博弈论的空时频谱共享：动态接入与惩罚策略

为了解决时空域频谱资源利用不充分的问题,针对异构网络中多个次用户通过感知空时频谱机会动态接入的场景,提出一种基于博弈论的可靠频谱共享策略。首先,次用户通过信道采样感知主用户的活跃程度,并进一步寻找适合的空时频谱机会。其中,每个次用户旨在寻求更多的频谱资源,须避免对主用户的通信质量造成损害。为此,次用户与主用户之间需进行个人效用的协商,以达到混合纳什均衡状态。当次用户发射功率异常时,其行为将被视为违规。然后,结合违规次数和网络中活动节点数,对次用户采用退避时间补偿算法进行惩罚。最后,仿真结果验证了引入惩罚机制的空时频谱机会共享策略的有效性。     

基于粒子滤波的协作式空时联合频谱检测方法

认知无线电系统中,通过频谱检测所获得的主用户位置信息和信道使用状态信息分别反映空间域和时间域的频谱使用情况,其准确性关系到次用户伺机频谱接入的效率。本文研究空间和时间联合频谱检测问题,将其建模为主用户位置参数和信道使用状态的联合估计问题,提出了一种基于粒子滤波的协作式空时联合频谱检测方法,主要思想是采用离散随机测度逼近位置参数和信道状态的联合后验概率分布函数,根据该分布估计出主用户位置和信道状态。同时,该方法结合由估计得到的空间和时间信息,自适应选择靠近主用户且对称分布的次用户参与协作检测,增加各次用户提供信息的有效性,从而提高估计的准确性;最后,通过仿真验证了方法的有效性。      

Ad hoc认知无线网络的主用户感知定位方案

为了对频谱资源进行合理的运用,在认知无线Ad hoc网络中,各次用户必须准确地对主用户信号进行感知,以防止恶意攻击者发起的模仿授权用户攻击。本文基于对信号的波达方向(DOA)估计,提出了一种存在系统误差下对主用户的感知定位算法,仿真证明,该方案能准确地对主用户信号进行定位;当信道环境恶劣、信噪比较低时,本文通过引入环境系数,提出了一种灵活性较好的协作加权检测策略。该策略中每个次用户都可以做出对主用户信号的最终判决,解决了以往协作感知方案中由于权力过分集中而引起的潜在安全性问题。     

Dynamics of Multiple-Seller and Multiple-Buyer Spectrum Trading in Cognitive Radio Networks: A Game-Theoretic Modeling Approach

We consider the problem of spectrum trading with multiple licensed users (i.e., primary users) selling spectrum opportunities to multiple unlicensed users (i.e., secondary users). The secondary users can adapt the spectrum buying behavior (i.e., evolve) by observing the variations in price and quality of spectrum offered by the different primary users or primary service providers. The primary users or primary service providers can adjust their behavior in selling the spectrum opportunities to secondary users to achieve the highest utility. In this paper, we model the evolution and the dynamic behavior of secondary users using the theory of evolutionary game. An algorithm for the implementation of the evolution process of a secondary user is also presented. To model the competition among the primary users, a noncooperative game is formulated where the Nash equilibrium is considered as the solution (in terms of size of offered spectrum to the secondary users and spectrum price). For a primary user, an iterative algorithm for strategy adaptation to achieve the solution is presented. The proposed game-theoretic framework for modeling the interactions among multiple primary users (or service providers) and multiple secondary users is used to investigate network dynamics under different system parameter settings and under system perturbation.     

碰撞约束和非理想感知下认知多址接入信道的有效吞吐量

在碰撞约束和非理想信道信息下,研究认知多址接入信道中多个次用户接入主用户频谱的有效吞吐量问题。在机会频谱接入方式（OSA）下,定义有效吞吐量并作为次用户的性能指标。考虑信道质量信息,在信道质量分布参数未知的情况下采用有限的信道样本对参数进行估计,并对非理想感知下次用户的性能进行分析。通过仿真实验,分别讨论了信道质量门限与碰撞概率及次用户性能之间的关系,对比了理想感知和非理想感知下次用户的性能,并与其他算法进行对比,验证了本文接入策略的有效性。     

基于业务请求数据包长度的机会频谱接入算法

针对非时隙主用户网络,研究了单个次用户在周期性感知框架下的机会频谱接入问题。通过建立次用户信道感知和接入模型,提出了一种基于次用户请求业务数据包长度的机会频谱接入算法。该算法根据每个时隙分配给次用户业务数据包长度,自适应调整机会频谱接入策略。仿真结果表明,所提算法能够在干扰水平要求较高情况下,提高次用户平均有效传输吞吐量的同时,实现有效吞吐量与碰撞概率的折中;同时当外部环境发生变化时算法具有较强的鲁棒性。     

On the Capacity of Secondary Networks Over Opportunistic Spectrum Access in Rayleigh Fading Channels

In this paper the effect of the opportunistic spectrum access on the spectrum utilization is studied in terms of the secondary network capacity measured at the secondary receiver. A mathematical model is developed to represent the secondary network capacity in Rayleigh fading channel. An exact analytical solution for the capacity is derived for both sensing and accessing fading channels. A numerical evaluation of the channel capacity is presented for different channel sensing and accessing schemes. The effects of detection and accessing channel parameters on the capacity are investigated. The analytical results that are validated by substantial simulations showed how the utilization of the network can be increased significantly by the suggested opportunistic spectrum accessing technique. It was found that when having a good sensing system with a high secondary user signal to noise ratio, accessing the licensed band increases and drives the spectrum utilization to its maximum. In addition, this work shows how the capacity can be positively affected by three factors: the secondary accessing channel, the primary user interference and the desired quality of service (QoS) of primary user. The awareness of a proper sensing scheme can maximize the spectrum utilization without degrading the QoS of primary users.     

Cyclo-energy detector for spectrum sensing in cognitive radio

In this paper, a cyclo-energy detector is proposed for the spectrum sensing problem based on the cyclostationary signal analysis. The proposed detector can determine the existence of primary user by estimating the primary user's received power according to the cyclostationarity features of the secondary user. By using this detector, the secondary user does not need to stop transmitting signals when sensing the frequency spectrum. Simulation results are presented to confirm the performance of the proposed detector.     

基于强化学习的合作频谱分配算法

为了解决认知无线电网络中的频谱分配问题,提出了一种基于用户体验质量的合作强化学习频谱分配算法,将认知网络中的次用户模拟为强化学习中的智能体,并在次用户间引入合作机制,新加入用户可以吸收借鉴其他用户的强化学习经验,能够以更快的速度获得最佳的频谱分配方案;并且在频谱分配过程中引入了主用户和次用户之间的价格博弈因素,允许主用...