基于载波检测的认知无线电方案设计与实现

针对目前认知无线电概念较少付诸实施的实际情况,对认知无线网络中非授权用户接入频谱空隙的具体方法进行研究,提出一种基于载波检测的设计方案.该设计硬件上由单片机和射频发射模块组成.软件上通过基于载波检测的程序设计来实现非授权用户的智能接入.经测试,所设计的接入算法使得非授权用户能够准确检测和访问处于空闲状态的频点,并在这个频点上成功进行数据的发送与接收.而当授权用户使用该授权频段时,非授权用户又能够及时退出,寻找新的频点.从而初步实现了同构网络中非授权用户的智能接入,完成了一个可使用的认知用户通信系统.     

基于可信度的认知无线电协同频谱检测

认知无线电中随着参与协同检测的认知用户数目的增大,频谱检测性能逐渐增强。但是过多的认知用户参与协同检测,会使整个认知无线电网络的灵敏度降低,同时也会造成巨大的系统开销。针对上述问题,提出了一种新的基于可信度的协同频谱检测方法。在满足目标错误概率的条件下,该算法只选择可信度较高的一些认知用户参与协同频谱检测。仿真结果表明当认知用户中存在恶意节点或者故障节点时,该算法同传统算法相比较,频谱检测性能更好,具有更强的健壮性。     

一种小型认知无线网络的通信协议的制定和评价

提出了一种小型认知无线网络的频谱协同感知方法,并在此基础上设计了一种小型认知无线网络的通信协议。通过协议程序复杂度的角度切入,对该协议进行了分析和评价。同其他典型协议相比较,该协议通过采用集中式控制、分布式感知、点对点通信的机制,尽可能地做到了扬长避短,使系统的整体稳定性和复杂度得到了兼顾。     

一种认知无线电的联合频谱检测算法

为了改善信噪比不同的认知无线电(cognitive radio)用户的联合频谱检测性能,提出了一种基于能量检测的两个用户合作频谱检测算法。在联合虚警概率一定的条件下,根据接收信号能量对各个用户的判决门限进行调整,增大高信噪比用户对联合检测的影响,同时减小低信噪比用户的影响,来提高联合检测概率;判决结果只占用少量比特的信息,减少了通信开销。实验结果表明,所提算法很好地逼近了搜索解,提高了联合检测性能。     

一种认知无线电的分布式合作频谱检测方法

在认知无线电的实际应用场景中,频谱检测技术至关重要。针对具有阴影衰落,多径衰落及噪声变化的无线通信环境,分析了噪声的不确定性对能量检测的影响,并根据每个认知用户接收到信噪比[γ]的不同,采用一种动态调整判决门限的合作检测方法来提高频谱检测率。仿真实验表明,该方法比一般的合作检测方案在避免对第一用户产生干扰的条件下,明显提高了频谱检测效率,使授权用户网络和认知用户网络都能得到可靠的通信。     

基于信道选择的认知无线网络路由协议

为保证认知无线网络路由的稳定性,减少信道切换次数,降低端到端时延,提出基于信道选择的路由协议。以信道可用概率和信道切换时延为信道选择标准,在确保信道可用的前提下,选择端到端时延最短的路由进行数据传输,提高路由的时延性能和数据投递率。仿真结果表明,与TDRP、PUC-JRCA协议相比,该协议在数据包传输时延、数据投递率方面有明显改善。     

认知无线网络多用户协同频谱感知协作机制研究

认知无线电技术被公认是下一代无线网络的核心架构之一,频谱感知是认知无线电实现的核心手段。通过分析现有的协同频谱感知模型,证明了在多用户进行协同频谱感知的情况下,所有用户进行协同频谱感知所得到总体信道利用率是最高的;进而设计策略促使所有的非授权用户积极进行协同频谱感知,并对所设计的策略进行仿真验证。仿真结果表明,所设计的策略可以有效地促进非授权用户进行协同频谱感知,从而提高频谱资源的整体利用率。     

基于人工免疫的工业认知无线网络路由机制

工业互联网（industrial Internet）已成为第四次工业革命的代表技术.根据工业网络数据传输服务的需求,以及针对工业无线网络拓扑相对稳定、流量规律变化等特点,提出了一种基于人工免疫系统（artificial immune system,简称AIS）的工业认知无线网络路由机制,包含基于链路质量的域内静态路由算法和基于多路径的域间动态路由算法,以实现工业网络的可靠路由.根据人工免疫系统特点,将工业网络的拓扑结构进行区域划分：提出了基于链路质量的域内静态路由算法,采用软硬件结合的方式监视网络链路,并根据移动窗口指数加权平均法计算链路丢包率;提出了基于多路径的域间动态路由算法,根据模式距离对节点的流量周期进行预测,防止节点因流量过大而导致丢包.基于OMNET++仿真平台进行仿真实验,结果表明,所提出的路由机制在应对突发流量时与组合定向地理路由算法相比,丢包率及网络开销分别降低1倍;应对链路失效的情况时与图路由算法相比丢包率降低4倍.     

一种具有认知功能数据处理模块的设计与实现

认知无线电技术具有较强的频谱感知能力,能提高宽带通信的抗干扰能力,现阶段主要集中于理论研究,实际的应用还很少。如何将认知无线电功能模块集成到宽频通信系统中,充分利用认知无线电的频谱感知功能来提高宽频通信的抗干扰能力,具有较强的实际意义。文章在宽频通信平台的基础上给出了一种具有认知功能数据处理模块的设计和实现方案,该方案采用改进的信噪比加权协作检测算法对宽频通信频谱进行实时感知,判断出工作频点是否受干扰,并用性能较好的备用频点来替换干扰工作频点,动态更新工作频率以避开干扰,提高宽频通信平台的抗干扰能力。最后在宽频通信平台上对模块进行了测试,测试结果表明文中所设计的模块能动态地更新宽频通信频率以避开干扰,提高了平台的抗干扰能力,达到了设计要求。     

认知无线电网络中基于信任度的频谱感知技术

提出了一种在认知无线网络控制信道带宽受限条件下基于信任度的双门限协同频谱感知算法。首先每个认知用户基于双检测门限独立进行频谱感知,但只有部分可靠的认知用户通过控制信道向认知无线网络基站发送本地感知结果。当所有的用户都不可靠时,选取信任度最高的认知用户发送本地感知结果进行判决。理论分析和仿真表明,同常规能量检测算法相比较,该算法能够在控制信道带宽受限条件下,以较少的网络开销获得更好的频谱感知性能。     

认知无线网络中基于凸优化的功率分配研究

主要研究认知无线网络中基于OFDM（orthogonal frequency dinsion multiplexing）的功率分配问题。为将认知用户(secondary user,SU)对主用户(primary user,PU)的干扰功率限制在主用户可容忍的范围内,同时最大化认知用户的传输速率,提出了基于凸优化理论的功率分配方案。仿真结果表明,在主用户可容忍的干扰极限和认知用户总功率约束下,该方案能最大化认知用户的传输速率。     

基于认知无线电的容迟网络非交互密钥协商

容迟网络的通信具有机会性,且传输时间受到严格限制。如果将传统的密钥交互协议应用于容迟网络中,将会导致传输效率的下降,这是因为节点的身份识别和共享密钥的协商需要节点间的多次交互。针对这一问题,提出一种基于认知无线电的非交互式的共享密钥协商方案(CRNIKES),节点通过频谱识别身份和双线性对技术协商共享密钥,使得网络在无需交互的情况下便可协商共享密钥,其协商效率为O(TC),TC为频谱感知时间。由于TC为常量,且与网络规模无关,因此共享密钥协商具有较高的执行效率且适用于容迟网络。     

认知无线电网络中基于需求的频谱资源分配算法研究

认知无线电网络中,已有的分配算法未考虑用户的需求,这样会导致需求小的用户分配到更多的资源。为解决上述问题,提出基于需求以及联合比例公平两种频谱分配算法,这两种算法均将用户需求作为频谱分配时需要考虑的因素。仿真结果表明,基于需求以及联合比例公平算法比原算法更能满足各用户的需求。     

认知无线网络中基于进化博弈的动态频谱接入*

研究了认知无线网络环境中基于价格动态性的动态频谱接入,即不同的授权网络服务商以不同的价格将空闲频谱出售给认知网络,且认知用户可以根据自己获得的报酬动态地接入不同的网络。为最大化认知网络的效用,提出了基于进化博弈的动态频谱接入方案。仿真结果表明,当认知用户群体到达进化均衡时,接入每个主网络的认知用户数量的比例达到稳定状态,最大化了认知用户和网络的效用。     

认知无线网络中频谱预测的协作策略设计

在多主用户（PU）、多认知用户（SU）的认知无线网络（CRN）场景中,研究了频谱预测的协作策略设计问题。将频谱预测的协作策略设计问题归纳为一个优化问题,以整个CRN的吞吐率最大为优化目标,对参与协作的SU数量和数据融合门限进行优化,并提出一种搜索算法求解此优化问题,这是首次对协作频谱预测中的协作策略进行研究。在此基础上,提出了基于分组的协作频谱预测策略,并设计其帧结构。仿真结果表明,这种基于分组的协作频谱预测策略在满足虚警概率要求的前提下,能够以更低的协作预测能耗,达到更高的CRN吞吐率,从而提高了协作频谱预测的效率。     

基于智能天线的认知无线电网络频谱访问协议

认知无线电技术可以择机地使用注册信道,从而提高频谱的利用率。但是这种提高只是局限于时域上的。将具有空间分隔特性的智能天线引入次无线电系统,设计了一种在空间上可以复用的频谱访问协议。该协议使次用户(SU)和主用户(PU)可以同时共存,优化了频谱和空间资源的分配,进一步提高了频谱的使用效率。此外,还对SU的传输成功概率和网络吞吐量进行了理论分析和仿真。结果表明:与使用传统全向天线的认知无线电相比,基于智能天线的认知无线电系统能获得更多的传输机会,吞吐量显著提升。