混合式频谱共享系统功率分配研究

该文结合机会式频谱共享(Overlay)与共存式频谱共享(Underlay)提出一种混合式频谱共享模型。基于提出的模型,考虑次用户理想感知和非理想感知两种情况,采用离散状态马尔科夫过程对信道活动进行建模,进而在平均容量最大化准则下分析了混合式频谱共享系统的功率分配问题,导出了次用户的最优功率分配策略及系统可获得的最大容量。理论和仿真结果表明,基于最优功率分配策略的混合式频谱共享系统可以获得比Overlay或Underlay系统更高的容量。     

多天线感知无线电中的协作频谱感知算法

不同于以往单天线感知用户的频谱感知研究,该文提出多天线情形下基于最优功率分配和协作分集的频谱感知算法。根据信道条件利用奇异值分解(SVD)在每根天线上进行功率注水,并考虑多天线情况下两用户网络协作频谱感知授权用户的判决检测过程,利用基于指数衰减的路径损耗模型,分析多天线感知网络的各态历经容量和检测授权用户的概率及时间。理论分析及仿真结果表明,多天线感知用户通过最优功率分配和协作频谱感知不仅使感知网络具有最大的各态历经容量,同时改善系统的检测性能。     

主用户延时约束下的认知无线电遍历容量研究

针对认知无线电系统中传统的功率限制约束无法保证主用户延时问题,本文提出了一种新的主用户有效容量约束模型,使认知无线电系统在满足认知用户共享频谱需求的同时,使主用户在延时约束下稳定传输。并基于该模型进一步推导了 Rayleigh 衰落环境下认知用户遍历容量下界性能。数值仿真结果显示了提出的约束模型能够保证主用户传输的同时提升认知用户的传输容量。     

基于空间位置的混合频谱共享系统功率分配研究简

针对次用户空间位置分布的随机性,提出空域混合Overlay/Underlay频谱共享模型以提高无线频谱利用率。根据次用户在不同空间位置对主用户的干扰,在主用户干扰容限约束下推导出次用户工作于Overlay状态和Underlay状态的空间区域;以最大化系统容量为准则建立认知系统功率优化分配模型,推导出次用户的最优功率分配方案,进而得到认知系统可获得的最大容量;理论和仿真结果表明,基于空间位置的混合频谱共享系统可以获得比Overlay系统更高的容量。     

大规模天线阵列系统技术探析

无线数据业务的爆炸式增长,特别是用户对高清晰度视频、手机电视等多媒体业务的需求越来越多,对无线通信系统的网络容量提出了更高的要求,提升频谱效率是满足未来无线通信系统中网络容量需求的重要手段。分析了大规模天线阵列系统的基本原理,通过仿真验证了大规模天线阵列系统的性能,并对信道信息获取、天线阵列设计、码本设计等关键技术进行了研究,提出了相应的解决方案。研究结果表明,大规模天线阵列系统能大幅提升频谱效率,显著降低系统能耗,是非常值得深入研究的绿色通信技术。     

第四代移动通信系统中的多天线技术

在基于CDMA技术的3G中使用多天线技术能够有效降低多址干扰,空时处理能够极大增加CDMA系统容量。凭借在提高频谱利用率方面的卓越表现,MIMO和智能天线成为4G发展中炙手可热的课题。     

智能天线在第3代移动通信中的应用研究

随着移动通信的蓬勃发展，用户数量迅速增加，频谱资源越来越紧张，如何利用现有频谱资源进一步扩展容量已成为移动通信发展的关键问题。智能天线技术能够降低系统干扰，提高系统容量和频谱效率，因此受到业界的广泛关注。     

多天线认知网络自由度的上界及实现方法

认知无线电技术源于频谱资源的短缺,并极大提高了无线通信网络的频谱效率。针对经典的多天线认知网络的容量上界问题,从自由度角度出发,提出了新的自由度上界,并设计实现方法达到这一上界。该方法基于干扰对齐方法,通过主用户对认知用户采取主动频谱共享实现了认知网络自由度上界的提高。结果表明,利用新的方法,自由度上界远远优于之前的研究。     

感知频谱共享下的多天线功率优化分配算法研究

本文构建了一种在感知结果下具有多天线次用户的频谱共享模型,该模型由单入单出主用户对和多入单出认知用户对构成。当认知用户感知到主用户占用信道时,主用户向认知用户发送Message信息,使得认知用户发射端能够得知主用户对干扰总功率的限制要求,通过自适应地调整认知用户发射机的发射功率,以保证其对主用户不造成有害干扰;如果主用户未占用信道,认知用户立刻以最大发射功率占用信道。并分别在主用户存在和不存在两种情况下,优化认知用户发射机各天线的发射功率来最大化系统总的数据传输率。最后,通过数值仿真来验证推导出的功率分配策略,并对其进行分析和讨论。仿真结果表明:相比于机会频谱接入（Opportunistic Spectrum Access, OSA）和基于感知的频谱共享（Sensing-based spectrum sensing）模式,推导的功率分配策略在提出的模型中可以获得更高的信息传输率。      

MIMO技术的发展

下一代无线通信系统将提供用户更高的数据传输速率和更好的服务质量，系统容量需要大幅度提高，因此有限的无线频谱资源迫使下一代无线通信技术必须极大地提高频谱利用率。多输人多输出（MIMO）天线技术正适应未来无线通信技术发展的要求，近年来得到迅猛的发展。MIMO技术是指在发射端通过多个发射天线传送信号，在接收端使用多个接收天线接收信号的无线通信技术，目前理论已经证明应用MIMO技术能极大地提高无线通信系统的性能和容量。     

认知无线电下行链路中的频谱共享算法

该文提出了一种适用于下行认知无线电系统的频谱共享算法,在保证对授权用户的干扰低于限制和总发射功率受限的条件下最大化系统总容量。分析了对授权用户的干扰并给出设置干扰限制的方法,在此基础上分两步实现总容量的最大化:先通过最大信道信干噪比原则实现最优的子载波分配;然后利用提出的双注水方法计算最优的功率分配。仿真结果表明,相比传统的频谱共享算法,该算法可以获得显著的系统容量增益。     

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.     

认知无线电网络子空间映射频谱共享

针对集中式多用户多天线认知无线电网络,分析了子空间映射能够为认知系统提供的通信机会以及理想信道条件下的空间子信道分配方案。在此基础上,提出了一种基于子空间映射的频谱共享策略。根据认知系统的感知结果,计算可以利用的空间子信道数,通过认知用户接入控制和子空间映射避免或抑制系统间干扰,从而在保证授权用户通信质量的前提下,为认知用户提供通信机会。仿真结果表明,与已有的子空间映射频谱共享方法相比,该策略不仅具有更高的认知系统可达和速率,而且能够为认知系统提供更多通信机会。     

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。     

An overview of spectrum sharing techniques in cognitive radio communication system

As the complexities of wireless technologies increase, novel multidisciplinary approaches for the spectrum sharing/management are required with inputs from the technology, economics and regulations. Recently, the cognitive radio technology comes into action to handle the spectrum scarcity problem. To identify the available spectrum resource, decision on the optimal sensing and transmission time with proper coordination among the users for spectrum access are the important characteristics of spectrum sharing methods. In this paper, we have technically overviewed the state-of-the-art of the various spectrum sharing techniques and discussed their potential issues with emerging applications of the communication system, especially to enhance the spectral efficiency. The potential advantages, limiting factors, and characteristic features of the existing cognitive radio spectrum sharing domains are thoroughly discussed and an overview of the spectrum sharing is provided as it ensures the channel access without the interference/collision to the licensed users in the spectrum.     

基于多天线的认知无线电系统容量性能分析

认知无线电与多入多出(MIMO)技术结合而成的认知MIMO技术,能够进一步提高系统性能以及频谱利用率。而系统容量是表征通信系统性能最重要的标志之一,即通信系统的最大传输速率。本文在传统的MIMO容量推导的基础上,引入了主次用户间干扰项,给出了存在用户干扰情况下信道传输速率的理论上限。然后,重点仿真分析了用户间的干扰导致的容量损失。最后,分析给出了干扰门限对主用户容量的影响。     

Resource Allo cation in High Energy-E? cient Co op erative Sp ectrum Sharing Communication Networks

High energy-e?cient wireless communica-tion has become hot due to global low-carbon economy. The systems total transmitting power can be saved by resource allocation in cooperative spectrum sharing net-works. In cooperative spectrum sharing, the secondary user relays the primary users tra?c, as a return, the sec-ondary user is admitted to access the licensed spectrum for its own data transmission. An optimal power and time al-location are presented to minimize the overall energy con-sum ption with the users service quality guaranteed in co-operative spectrum sharing. We formulated it as a convex problem and achieve its optimal power and time allocation in closed form. We analyze the performance of two different transmission protocols for the single relay channel.     

新型WiFi/5G共存系统的混合预编码方案

5G通信系统通过共享WiFi频谱可以提高系统容量和吞吐量,但对WiFi传输性能造成了一定影响。为了进一步提高系统性能,针对非授权频段的大规模多输入多输出(Massive Multiple-Input Multiple-Output Unlicensed,mMIMO-U)系统设计了一种WiFi/5G共存的混合预编码方案。通过构建WiFi和5G用户的小区蜂窝模型,采用空间资源分配和空域波束赋形使得信号在指定的方向上得到增强,在非期望方向上信号强度降低,并采用块对角化和最小均方误差(Minimum Mean Squared Error,MMSE)信号检测技术有效地处理了用户以及环境噪声之间的干扰进而改善信道增益。仿真结果表明,该方案有效降低了WiFi/5G设备之间的干扰和算法复杂度,提高了5G设备在信道中的传输速率,使WiFi/5G能在非授权频段共存。     

A novel approach of user existence awareness using adaptive spectrum sensing controllers in emergency‐based cognitive radio adhoc networks

Spectrum sharing can be considered as an alternative solution to overcome spectrum limitation. Cognitive radio is the most important spectrum sharing technique in wireless communication system, which aims to enhance the utilization of radio frequency spectrum. Identification of spectrum environments like location of both licensed and unlicensed users has been considered in cognitive radio technology. In this paper, cognitive controller is an emergency repairing unit, which is introduced to maximize the number of connected users in an emergency situation. The analysis shows that the sensing efficiency of fixed sensing controller to identify users is limited to its sensing region. A hybrid technique with overlay and underlay accessing to perform data offloading in emergency situations and to connect the disconnected users is proposed to enhance the location sensing efficiency of the controller. A cognitive user node located at the interference region of controller experiences hidden node problem and causes interference to other users. In order to identify such users, an adaptive and cooperative sensing‐based controller is proposed, and efficiency of which is compared with the efficiency of fixed sensing controller. Theoretical and simulation analysis explores that the sensing capacity of adaptive sensing controller provides 42% of higher efficiency than the fixed sensing method.