Full-Duplex Cognitive Radio with RF Energy Harvesting

Wireless Personal Communications - With the development of self-interference suppression techniques, full-duplex (FD) communication is expected to double the spectrum efficiency (SE). In FD based...     

Short and Long Multi-frames Based Multiple Access Control for Cognitive Machine Type Communication with Full-Duplex Gateway

Wireless Personal Communications - Cognitive radio could satisfy the demand for radio spectrum urgently required by the Internet of Things employing machine type communication to connect numerous...     

能量收集全双工中继网络中的中继策略研究

本文针对双跳全双工多中继系统,研究了在中继节点能量受限情况下的中继选择方案。在该文中,中继工作方式为放大转发（Amplify-and-Forward, AF）,且中继通过收集源节点提供的能量来对源节点信息进行转发。整个通信过程分为两阶段,能量收集阶段与信息传输阶段,即采用的是时域分割方案。为了获得较好的性能与复杂度折中,本文分别研究了三种不同的中继选择策略,即最佳中继选择方案和两种次优中继选择方案。针对所提的三种方案,推导分析了其系统中断概率的理论值和下边界,以及系统的有效吞吐量。最后,利用蒙特卡洛仿真验证了理论分析的正确性,且仿真结果表明最佳中继选择方案的性能优于两种次优的中继选择方案,但其实现的复杂度高。      

基于功率分配能量采集的全双工放大转发中继系统

针对三节点放大转发中继系统,研究了基于功率分配能量采集的全双工中继传输方案。在中继配置大规模天线的情况下,提出了三种天线选择方法,并通过合理的假设分别推导了三种天线选择方法的速率的近似闭合表达式,并设计了天线选择模式切换方案。基于三种不同的天线选择方法,该文分析了基于功率分配采集协议中的最优功率分配因子以及不同方案的算法复杂度。最后,通过蒙特卡洛仿真证明了闭合表达式的准确性,并基于发射功率和信道增益分析了三种方案的优缺点。其中在大发射功率的情况下,方案一的性能最优;在小发射功率的情况下,方案二的性能最优;在中等发射功率的情况下,折中的方案三的性能最优。      

Optimal Mode Selection Policies in Cognitive Radio Networks with RF Energy Harvesting

Applying energy harvesting technology in cognitive radio networks (CRNs) leads to a tradeoff between the time allocated for spectrum sensing followed by spectrum accessing and that for energy harvesting. This tradeoff can be formulated as a mode selection problem for the secondary users. In this paper, we consider a CRN working in the time-slotted manner. The secondary users powered by radio frequency energy harvesting can perform overlay transmission or cooperate with the primary users. To maximize the long-term throughput of the secondary network, we propose two optimal mode selection policies by formulating this problem under a partially observable Markov decision process framework. Numerical simulations show that both of our proposed policies achieve more throughput than the overlay-only policy. Finally, we also evaluate the effect of the cooperative threshold and the energy harvesting process on the optimal policies.     

Closed-Form Outage Probability Expressions for Multihop Cognitive Radio Network with Best Path Selection Schemes in RF Energy Harvesting Environment

In this paper, a comparative study of parallel best path selection (PBPS) and immediate best path selection IBPS in terms of outage probability and throughput has been done in a multi hop cognitive radio network. The closed form expressions for the outage probability of secondary network in PBPS protocol as well as IBPS protocol in multihop scenario have been derived. We also find the impact of the number of parallel paths in multihop scenario on the outage probability and throughput of secondary network. The performance of PBPS scheme is compared with IBPS scheme. An optimum value of initial harvesting time for secondary nodes \((\tau )\) to achieve maximum throughput is also found for both the path selection schemes.     

直达链路下的全双工能量采集中继系统的吞吐量分析

针对三节点传输系统,研究了基于时间切换能量采集的全双工放大转发协作中继方案。考虑源和目的地之间存在直达链路,全双工中继节点采用天线选择技术以最小化中继自干扰,目的节点采用最大比合并技术以最大化目的地接收信噪比。在延迟受限传输模式下,推出了自干扰信道增益为常数时系统吞吐量近似闭合表达式。运用最佳目的地选择策略和自适应中继选择策略讨论了系统吞吐量性能。如图4所示,在源发送功率为30 dB时,就系统吞吐量而言,本文算法比其他两种算法分别提高了0.22 bits/s/Hz和0.68 bits/s/Hz。数值分析和蒙特卡洛仿真表明,增加中继个数,增加目的地个数或者增大能量采集效率均能够提升系统吞吐量性能。      

一种射频能量捕获网络移动能量源均衡化充电策略

为解决传统电池供电传感器网络存在的电池不易更换、节点能量容易耗尽等问题,射频能量捕获技术已逐步应用于无线可充电传感器网络中.由于不同位置传感器节点的工作负荷不同,捕获能量也有差异,实现节点能量的均衡化分布可以有效地提高节点的存活率.考虑射频能量源移动充电的场景,在已知节点位置信息的条件下,设计合理均衡的路由方案和充电算法.首先将区域基于蜂窝六边形网格划分,分别对网格和节点分层,提出逐层传输的均衡式路由策略,然后给出无线充电小车的移动路径,对相邻两层内节点剩余能量的方差最小化问题建模,由内层向外层依次确定能量源在各停留点的充电时间.仿真结果表明,相比已有的均衡化充电方法,该策略可以明显提高节点剩余能量的均衡性,从而延长网络的生命周期.     

Secrecy-Enhancing Design for Two-Way Energy Harvesting Cooperative Networks with Full-Duplex Relay Jamming

To guarantee secure information transmission within two sources,a full-duplex (FD) relay jamming scheme for two-way energy harvesting (EH) cooperative networks ...     

能量收集认知无线电网络下的多接入用户信息年龄研究

针对信道资源有限的多接入信道无线传感器网络场景,实时信息的传送需要考虑信道环境和信息新鲜度问题。该文基于认知无线电物联网（Cognitive Radio-Internet of Things, CR-IoT）系统,构建了一个具有频谱访问权限的主用户（Primary User, PU）和两个可共享PU频谱次用户（Secondary User, SU）的网络模型。在考虑PU工作状态和SU数据队列稳定的条件下,提出了一个以最小化节点平均AoI为目标的优化问题。其次使用两种策略进行优化,包括概率随机接入策略（Probabilistic Random Access Policy, PRA）,该策略下两个SU节点根据相应的概率分布做出独立的传输决策;以及基于李雅普诺夫优化框架优化时隙内调度决策的漂移加罚策略（Drift Plus Penalty Policy, DPP）。仿真结果可知,DPP策略下得到的平均AoI的值要明显低于PRA策略,表明使用DPP策略对平均AoI的优化更加显著,可以有效提升数据包的时效性和新鲜度。      

Secrecy Outage of a Cognitive Radio Network with Selection of Energy Harvesting Relay and Imperfect CSI

Wireless Personal Communications - This paper investigates the physical layer security of an underlay cognitive radio network with relay selection scheme under threats of an eavesdropper. We...     

Optimal Harvesting and Sensing Duration for Cognitive Radio Networks Using Non Orthogonal Multiple Access

Wireless Personal Communications - In this paper, we suggest to optimize both power allocation coefficients, harvesting and sensing durations for cognitive radio networks using non orthogonal...     

能量收集中继安全传输网络的在线功率控制算法

针对源节点和中继节点均采用收集能量供电的放大转发中继网络,考虑两个目的节点之间信息相互保密的场景,该文提出最大化长期时间平均保密速率的源节点和中继节点发送功率联合优化算法。由于能量到达和信道状态是随机过程,该问题是一个随机优化问题。利用Lyapunov优化框架将电池操作和能量使用约束下的长期优化问题转化为每时隙的“虚队...     

能量收集中继安全传输网络的在线功率控制算法

针对源节点和中继节点均采用收集能量供电的放大转发中继网络,考虑两个目的节点之间信息相互保密的场景,该文提出最大化长期时间平均保密速率的源节点和中继节点发送功率联合优化算法.由于能量到达和信道状态是随机过程,该问题是一个随机优化问题.利用Lyapunov优化框架将电池操作和能量使用约束下的长期优化问题转化为每时隙的"虚队列漂移加惩罚"最小化问题,并求解.仿真结果显示该文提出的算法在长期平均保密速率上相较于对比算法具有显著的优势,同时算法仅依赖于当前的电池状态和信道状态信息做出决策,是一种实用的、低复杂度的算法.     

Unsourced Multiple Access for 6G Massive Machine Type Communications

Unsourced multiple access(UMA) is a multi-access technology for massive, low-power, uncoordinated, and unsourced Machine Type Communication(MTC) networks. It ensures transmission reliability under the premise of high energy efficiency.Based on the analysis of the 6G MTC key performance indicators(KPIs) and scenario characteristics,this paper summarizes its requirements for radio access networks. Following this, the existing multiple access models are analyzed under these standards to determine U...     

Performance Analysis of a Cognitive Radio Network Under Energy Harvesting from Primary User Emulation Attacker

Wireless Personal Communications - The paper reports the performance of an energy harvesting cognitive radio network under primary user emulation (PUE) attack. A secondary user (SU) can harvest...     

针对NOMA和CR网络的功率分配方法

在基于非正交多址（NOMA）和认知无线电（CR）网络的混合系统中进行功率分配,需要同时考虑主用户（PUs）和从用户（SUs）的服务质量。文章考虑在一个小区中主从用户同时存在,从用户采用NOMA的方式接入系统,并且从用户对主用户的造成的干扰不能影响到主用户的正常通信。本文提出的功率分配方法,可以实现接入系统中的从用户数量的最大化,并且还动态考虑了主用户的数量、信道条件、发送功率以及正常通信时的信干噪比（SINR）阈值等情况,最大可接入从用户的数量还会随着主用户各参数的变化而变化。仿真结果表明,在主用户数量、主从用户SINR阈值设置相同的情况下,所提功率分配方法与FTPC方法相比复杂度相同,但是本文的分配方法可以比FTPC多接入近一半的从用户数量。      

全双工认知NOMA网络下中继选择策略性能分析

本文把非正交多址接入(NOMA)技术与认知网络相结合,提出了一种基于多中继选择的认知NOMA网络模型。考虑了在瑞利衰落信道下,主网络借助次级网络中的全双工中继实现可靠通信,作为回报,次级网络允许接入授权频谱来传输次级信号。中继同时接收主次信号后,采用串行干扰消除技术(SIC)依次解码主次信号,并根据NOMA协议转发信号到主次用户端。推导了在两种中继选择策略下认知NOMA网络中断概率,并通过了蒙特卡罗仿真验证。仿真结果表明,两阶段中继选择策略和全双工技术能有效提高系统中断性能。      

认知Ad Hoc网络能量有效频谱接入策略

针对认知无线Ad Hoc网络中次用户能量受限问题,提出一种基于能量有效性的机会频谱接入策略。联合考虑信道状态的时变性和次用户的频谱感知准确性,基于部分可观测马尔科夫决策过程（POMDP）建立了一种最大化能量有效性的分析架构,指导次用户选择能效最佳信道,并根据信念状态、信道增益和检测概率,自适应控制传输功率。仿真结果表明,该策略能够有效提高次用户传输的能量有效性,通过对传输功率的有效控制,实现了传输性能和能量开销的有效折中。