Rayleigh信道下多用户合作能量检测方法的研究

认知无线电是一种基于软件无线电的新的智能无线通信技术.首先介绍了认知无线电系统中的频谱感知方法,然后对rayleigh衰落信道下的多用户合作能量检测方法进行了研究,并比较了能量检测法下单用户检测和多用户合作检测在rayleigh衰落信道下的性能.仿真和分析表明:多用户合作能量检测能在很大程度上消减信道慢衰落的影响,从而提高能量检测的可靠性.结果可对rayleigh信道环境下的频谱感知系统方案的设计提出具有参考价值的建议.     

认知无线电多簇联合频谱感知算法

针对衰落信道下,认知无线电的联合频谱感知性能会降低,提出了簇内合作和多簇融合的联合频谱感知算法.算法中所有认知用户被分成若干个簇,簇内到融合中心最近的用户为簇头用户,簇内其他用户将本地感知信息发送给簇头,并由簇头获得本簇的合作感知结果;然后簇头将感知结果发送给融合中心,融合中心采用"或准则"合并各簇的感知结果并给出对授权用户的最后判决.仿真表明,当信道完美时,本文算法和未分簇联合感知算法的感知性能一致,当信道衰落严重时,本文算法的性能会有显著提高,并且分的簇越少,算法的性能越高.     

认知无线电中自适应分步合并协作频谱感知算法

在等增益合并协作频谱感知基础上,提出了一种新的频谱感知算法．根据认知用户接收信噪比的变化,通过自动调整参与协作频谱感知的认知用户数,以减少认知无线电网络中的数据开销．推导了瑞利衰落信道下采用此算法时,认知用户通过控制信道发送到中心控制器的平均数据量的计算公式．理论分析和仿真结果表明,和等增益合并协作频谱感知算法相比,在保证频谱检测性能的前提下,该算法减少了认知用户通过控制信道到中心控制器的平均数据开销．     

基于动态双门限和D-S证据理论的合作频谱感知算法

针对传统能量检测算法门限设置单一且不适应感知信道环境差异的问题,为了提高合作频谱感知结果的可靠性,减小网络开销和融合中心计算的负担,提出了将动态双门限能量检测和D-S证据理论相结合的合作频谱感知算法.在进行本地感知时,该算法可以让认知用户通过双门限能量检测方法直接得到本地判决结果,同时根据信道环境的变化自适应调整双门限值,并在双门限内使用D-S证据理论,感知双门限内未判决结果的信任度函数,将其发往融合中心,这样可以减少融合中心的计算量以及传输带来的网络开销.仿真结果表明,双门限D-S证据理论的融合结果要优于D-S证据理论和OR准则.     

多用户联合频谱感知在多种衰落信道中的性能分析

频谱感知是认知无线电技术的关键组成部分。但当认知用户处在严重的衰落和阴影中时,准确感知频谱的难度很大。多用户联合频谱感知是有效解决这一问题的方法之一。文章根据无线通信环境的多样性和复杂性,对联合频谱感知在瑞利、莱斯和Nakagam i衰落信道中性能进行了全面分析。首先,分析了能量检测在普通高斯白噪声信道和3种衰落信道中的检测效果,并给出了便于计算的闭合型表达式;其次,基于实际无线通信环境,在假设认知用户与基站间的报告信道也要受衰落和噪声的干扰而产生误码的条件下,研究了多认知用户之间的联合检测算法,以及它们在不同衰落信道中的检测性能。最后的仿真结果表明,联合频谱感知能有效提高认知网络在衰落环境下的频谱检测能力,在3种衰落环境中,Nakagami、瑞利和莱斯衰落对信号的影响依次从强到弱。并且在实际环境中,当误检概率减小到其下界时,联合感知的结果将失去可靠性。     

基于分布式压缩感知的宽带协作频谱感知算法

针对认知无线电中传统的宽带压缩频谱感知算法计算复杂度高、检测实时性差的缺点,提出基于分布式压缩感知信道能量观测差值的宽带协作频谱感知算法。该算法无需重构T+1时刻的信号频谱,只需重构T+1时刻与T时刻的信道能量差值,进而得到T+1时刻的信道能量;另外,为减少深衰落、阴影衰落等不利因素的影响,采用多个次用户协作频谱感知。数值分析表明,该算法所需的平均感知时耗为直接重构T+1时刻的信道能量算法的50%左右,且获得了检测概率大于0.95的检测性能。     

一种基于Goertzel算法的频谱感知方法

频谱感知是认知无线电的首要任务,传统的扫描式宽带频谱感知方法效率不高,因为对于具有高占用率的频率信道不需要经常感知。文章提出一种基于Goertzel算法的频谱感知方法,适于针对宽带频谱内具有高可用性的频率信道进行监控和检测。介绍了该方法的工作原理和实现结构。通过仿真实验可看出,该方法可以有效实现对频带内某些指定频率进行感知。     

认知无线电中传输阶段频谱感知研究

认知无线电系统中,如何进行有效地频谱感知是关系到次用户系统传输效能的首要问题,也是认知无线电长期的研究热点之一。传统的认知无线电中,频谱感知只发生在特定的感知阶段,而忽略了决策、传输阶段信息对频谱感知的支持作用。提出了一种充分利用传输阶段的信息进行频谱感知的方法,并基于感知结果优化下一阶段的发射功率分配。考虑基于解码信息的频谱感知算法,在传输阶段,次用户接收机在接收到次用户发射机的信息后,对信息进行解码;之后,将次用户信息从接收信号中去除,利用剩余的信号检测主用户的工作状态,并根据状态的不同,优化次用户下一阶段的发射功率。数值仿真结果表明,相对于传统的衬底式认知无线电算法（传输阶段的信息没有被用于频谱感知）,在对主用户造成相同的平均干扰情况下,提出的算法能够在一定程度上提升次用户平均信道容量。提出的算法通过对传输阶段信息的二次利用,能够为频谱感知行为提供更多的可用信息,提升检测主用户当前工作状态的正确率,在对主用户造成一定的平均干扰约束下,更加精确地控制次用户自身的传输参数,从系统机制的层面上提高了对通信信道的综合利用率。     

认知无线电网络中安全的合作频谱感知

在建立认知无线电网络威胁模型的基础上,分析了恶意攻击下传统合作频谱感知算法性能的下降程度. 为了对抗恶意用户对频谱感知协议的攻击,提出了一种基于信誉的加权合作频谱感知算法. 该算法根据每个认知用户的历史行为更新其信誉值,再利用信誉值为每个认知用户分配加权因子,最后进行加权融合及判决. 仿真结果表明,在威胁环境下新算法优于传统合作频谱感知算法.     

认知无线电网络中合作频谱感知参数优化

为提高频谱感知的效率,提出了一种在资源受限的认知无线电网络中合作频谱感知参数优化算法,在保证对授权用户的干扰不超过指定门限时,对信道利用效率与系统资源利用效率进行选择性加权,使认知无线电网络的感知效率最大化. 针对不同使用特征的授权信道,该算法均可求解出相应的最优感知参数组合. 仿真结果表明,在避免干扰授权用户的前提下,最优感知参数组合系统能最大化感知效率.     

一种基于CSS的认知UWB系统脉冲波形设计方法

在采用IR方案的CUWB系统中,需产生能适应频谱环境的频谱灵活的CUWB脉冲波形.提出一种基于CSS的认知UWB脉冲设计方法,产生的脉冲波形符合FCC频谱模板要求,频谱旁瓣低,频谱结构可随意调整.该方法实现简单,计算复杂度低,并可得到多个准正交的UWB脉冲信号波形,可用于波形调制和多址技术.     

基于小波去噪的协作空闲频谱检测性能

为解决低信噪比（SNR：Signal to Noise Ratio）时引起检测性能突变的问题,分析了能量检测在不同SNR下的检测效果,在进行频谱检测前先对信号进行去噪处理,以改善能量检测在低SNR下的检测性能。在此基础上,将改进的能量检测算法应用到协作空闲频谱检测中,保证各个CR（Cognitive Radio）节点检测性能有一定的可靠性,从而改善协作检测的检测效果。仿真结果表明,对经过小波信号处理后的各节点的检测结果进行融合协作,与以往的协作检测方案相比,ROC（Receive Operating Characteristic）曲线有了明显改善。     

认知无线电频谱检测机制研究

为了提高认知用户检测效率、改善认知用户检测性能以及提高频谱资源利用率,从检测模式、检测周期、检测时长和检测信道等多个角度,对认知无线电频谱检测机制中检测参数和检测策略的选取及优化方法进行了理论推导和定量分析。研究结果表明,通过对检测机制中参数和策略的优化,可解决认知无线电中仅凭借单纯物理层检测算法在检测效率和检测性能方面的局限性,在保护授权用户免受干扰的同时增加了认知用户的频谱接入机会。在此基础上进一步提出了认知无线电频谱检测机制中几个下一步研究方向及其难点问题和相关的解决方案。     

Joint optimization of cooperative sensing and transmission in energy-efficiency cognitive radio

Aiming at the low energy utilization caused by the sensing energy consumption of cognitive radio (CR), we propose to improve the energy efficiency (EE) of multi-channel CR by jointly optimizing cooperative spectrum sensing and transmission resources. Setting optimizing parameters such as cooperative spectrum sensing time, sensing threshold, transmission bandwidth and power, etc., the optimization model for maximizing EE is built based on the periodic cooperative spectrum sensing. The proposed non-convex optimization model is effectively resolved by a combined algorithm of the interior method and Dinkelbach's optimization. Simulation results show that when the detection probability is 0.6, compared with the traditional maximizing spectrum efficiency model, the transmission rate of the maximizing energy efficiency model increases by 100bit/(s·Hz^-1) under unit energy. The proposed model decreases the sensing power consumption and improves the energy utilization effectively.     

Optimization of sensing time and cooperative user allocation for OR-rule cooperative spectrum sensing in cognitive radio network

In order to improve the throughput of cognitive radio(CR), optimization of sensing time and cooperative user allocation for OR-rule cooperative spectrum sensing was investigated in a CR network that includes multiple users and one fusion center. The frame structure of cooperative spectrum sensing was divided into multiple transmission time slots and one sensing time slot consisting of local energy detection and cooperative overhead. An optimization problem was formulated to maximize the throughput of CR network, subject to the constraints of both false alarm probability and detection probability. A joint optimization algorithm of sensing time and number of users was proposed to solve this optimization problem with low time complexity. An allocation algorithm of cooperative users was proposed to preferentially allocate the users to the channels with high utilization probability. The simulation results show that the significant improvement on the throughput can be achieved through the proposed joint optimization and allocation algorithms.     

认知无线电加权联合频谱感知优化算法

为了提高认知无线电联合频谱感知的性能,对加权联合频谱感知算法进行了研究,并对权重和观测时间2个感知参数进行了优化.算法基于给定的检测概率,通过选择最优的权重使认知无线电获得最小的虚警概率;还提出了二分算法,通过该算法,认知无线电能够获得最优的观测时间.仿真结果表明:相比未加权的联合频谱感知算法,提出的算法能够获得更低的虚警概率和更高的频谱利用率,并且相比穷举算法,二分算法的计算量要更低.提出的算法能够使认知无线电在授权用户的干扰容限内获得最大的频谱利用率.     

基于协作检测的认知无线电通信系统

针对认知无线电(Cognitive Radio,CR)需要提高检测概率,有效利用空闲频谱的问题,提出了一种各用户相互协作检测,并通过基函数调制的认知无线电通信系统.系统通过用户协作并采用基于自适应门限的能量检测方法,得到频谱环境的估计,并产生与授权信号相正交的子基函数,将子基函数卷积级联生成系统基函数,通过将数据调制到系统基函数上,实现认知无线电的收发.仿真表明:该系统能够提高检测概率和降低误码率,具有较好的抗干扰性,并能够充分利用空闲频谱.     

删余协作频谱感知性能分析及优化

提出了一种新的基于删余的协作频谱感知方法,通过减少实际发送的本地决策值数来节约控制信道带宽,降低检测性能对认知用户数的依赖; 分析了这种删余协作频谱感知在感知信道和报告信道均存在衰落下的性能,它可以有效解决报告信道衰落所带来的尾感知问题,降低了虚警率; 提出了进一步优化算法,算法在确保主用户受到足够保护的前提下,通过寻找最优的次用户数和相应的检测门限使次用户的接入机会最大化．仿真结果与理论分析相一致．     

Multi-slots Wideband Cooperative Spectrum Sensing Based on Weighed Data Fusion in Cognitive Radio

In order to avoid the interference to the primary user(PU), in this paper Cognitive Radio (CR) periodically senses the presence of PU, and during one period, CR can sense all the sub-channels based on weighed data fusion and then use all the idle channels decided by the coordinator. The local sensing time of CR is divided into multi-slots in which CR can sense any sub-channel. Through reasonably allocating the sensing slots and users by mathematic optimization, the proposed algorithm can improve the total throughput of CR. The optimization problem of the proposed scheme which seeks to maximize the throughput subject to the constraint of the detected performance of each sub-channel is proposed in order to choose the optimum local sense time and the number of the cooperative CRs. The simulation results indicate that the proposed scheme can obtain higher throughput than the conventional single-channel sense, and there are the optimum local sense time and the number of cooperative CRs to make the throughput reach maximum.