认知无线电最优线性协作宽带频谱感知

本文提出了基于最优线性协作的宽带频谱感知方案。通过次级用户之间的协作,为认知网络的频谱感知提供分集,利用融合中心融合多个次级用户的宽带频谱感知数据来获取最优权重,并生成全局判决统计量,最终使用全局阈值完成最后的检测判决。由于所提出的两种协作宽带感知方案或需要精确地估计授权用户的信号强度和噪声方差,或感知性能不足,因而,还提出一种更易实现的方案。理论分析和仿真结果表明,本文所提出的协作感知方案可以有效地提高频谱感知性能,并且性能优于传统等增益合并方案。      

认知无线电网络的一种协作频谱感知方案

认知无线电技术能够让非授权用户利用已经分配给授权用户的频段.为了不对首要用户的工作造成干扰,认知用户需要对频谱进行不间断的监测来判断首要用户是否存在.因此,频谱的感知是认知无线电技术的关键.协作频谱感知能够充分的利用网络资源,提高网络中的认知用户的检测概率.文中笔者简单地介绍了一种协作频谱感知的方案.仿真结果表明,通过该方法能够提高网络中认知用户的检测概率,提高网络的检测灵敏度.     

基于D-S证据理论的循环平稳频谱协作感知

为了避免干扰授权用户的正常通信,认知无线电系统需要较好的频谱检测性能。提出了基于循环平稳特征和D-S证据理论的多天线多用户频谱协作感知方法。分析了多天线接收信号的谱相关函数,在频域按照最大比合并的方法合并各天线接收信号,得到合并信号的谱相关函数。依据谱相关函数的能量,在多用户中采用D-S证据理论做协作频谱检测。仿真分析表明,基于循环平稳特征和D-S证据理论的多天线多用户频谱协作感知方法可有效改善认知无线电系统检测性能。     

基于广义特征值的合作频谱感知方法

现有的基于特征值的合作频谱感知方法要求认知用户各感知节点接收到的授权用户信号具有相关性。针对这个问题,提出了一种基于广义特征值的合作频谱感知方法。该方法利用过去不存在授权用户的感知周期采样协方差矩阵与当前感知周期采样协方差矩阵之间的最大广义特征值(MGED,maximum generalized eigenvalue de-tection)作为检验统计量,以此判决当前感知周期是否存在授权用户信号,从而实现频谱感知。所提方法不需要授权用户信号和噪声功率的先验信息。当认知用户各感知节点上的授权用户信号不相关时,现有的基于特征值的频谱感知方法均失效,而所提频谱感知方法仍然具有较高的检测性能。最后仿真验证了所提方法的有效性。     

最优线性认知无线电协作频谱感知技术研究

频谱感知是检测频谱空穴,实现动态频谱接入的前提和关键。单认知用户检测存在阴影效应和多径衰落等影响,检测效果较差。多用户协作频谱感知是目前频谱感知的主要手段。文中针对常用的协作频谱感知方法的不足,提出一种基于最优线性加权的协作频谱感知方法,对其检测模型与检测算法进行分析,并进行仿真。仿真结果表明,最优线性加权协作频谱感知在相同的条件下相比常用协作频谱感知具有更大的检测概率,更优良的检测性能。     

基于中继协作的认知无线电性能研究

频谱感知是认知无线电技术的关键。协作频谱感知能够充分利用网络资源,提高网络中认知用户的检测概率,降低认知用户的虚警概率。基于两个认知用户之间的中继协作,研究了协作频谱感知的感知性能与吞吐量的折衷。仿真结果表明：中继协作的频谱感知方法能够使得在充分保证对授权用户不造成干扰即检测概率一定时,能够有效地降低认知用户感知授权用户的虚警概率,缩短＂弱＂认知用户获得最大吞吐量的最优感知时间,提高其最大吞吐量,并提高认知系统的最大吞吐量。     

报告信道传输错误环境下协作感知最优用户数分析

认知无线电网络中多个用户相互协作进行频谱感知能有效提高系统的感知性能,然而当各用户将本地感知信息经无线信道发送至中心控制器时,若因信道衰减等因素出现传输错误又会降低系统性能。该文针对这种网络环境,探索了参与协作的用户数目与系统感知性能的关系,并从授权/认知用户两个角度分别讨论协作感知最优用户数的计算方法。理论分析与仿真结果表明:网络中所有用户均参与协作不一定能获取最优性能;当选取具有较高感知信噪比条件的一定数目的用户进行协作反倒能实现最优,并且该最优用户数与网络的规模成正比,与报告信道传输错误概率成反比。      

协作频谱感知研究及其面临的问题和挑战

频谱感知是认知无线网络(CRN)中的关键功能，其可以识别空闲频谱以提高频谱利用率且避免对授权用户产生有害干扰。然而，由于多径衰落，阴影，接收机不确定性等各种问题带来的重大挑战，导致授权用户的检测失败。利用协作频谱感知(CSS)技术可以最大限度地减少这些问题的影响，并通过利用空间分集来提高检测性能。本文首先介绍了认知无线网络和频谱感测技术的简要历史，然后对协作频谱感知进行了简要的研究，讨论了协作频谱感知的不同类型、技术、协作模型、特征比较，并分析了一些前期研究方案及其所面临的挑战。     

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。      

多任务群智频谱感知算法

频谱感知是认知无线电系统中的关键技术。本文将群智感知的激励机制与协作频谱感知有效结合,提出了一种基于多任务群智感知的协作频谱感知算法。该算法考虑检测概率和感知时间建立了参与感知的次用户效用函数,次用户通过优化感知时间得出次用户的最优效用并确定感知的信道,通过贪婪算法在有限预算限制下来选取参与感知的次用户,在次用户感知完成后发放一定的报酬,以激励次用户参与频谱感知的积极性。仿真结果表明,该算法可以同时感知多个信道,通过激励提高了次用户的参与度,使得协作频谱检测概率得到有效的提升。      

考虑恶意节点的CRN合作频谱感知方法

基于带有恶意节点的更为实际的频谱感知环境,研究了基于合作感知的频谱共享网络模型,次级用户将会根据合作感知结果动态地调整其发射功率。为了防止恶意节点对感知系统的感知性能造成严重影响,研究了如何进行合作感知以提高感知性能。在一定的检测概率和相关功率约束下,建立了一个以最大化次级网络的吞吐量为目标函数的优化问题。仿真实验首先突出说明了恶意节点数目对频谱感知影响重大,同时还表明无论是否存在恶意节点,提出的算法均可有效地计算出最优的感知时间和发射功率,且在降低最大干扰功率限制和最大发射功率限制时,网络的吞吐量是增大的。     

多天线认知无线电网络多信道联合频谱感知策略

当前,以单天线认知用户组成的认知无线电网络同时协作检测多个信道的分配策略得到了广泛研究,而在认知用户可以灵活选取自身天线进行空间分集接收的条件下,当联合感知多信道时,多天线认知无线电网络如何获取最优的天线分配策略仍有待进一步研究。为解决这一问题,在限制各信道最大虚警概率的前提下,以最小化所有信道漏检概率之和为目标,建立了优化模型,并提出了基于分支定界的算法和基于贪婪思想的启发式算法。前者可以获得最优策略,但复杂度较高,后者以牺牲较小检测性能为代价,明显降低了复杂度,有效实现了检测性能与复杂度的平衡,并且在保护各个信道上主用户免受认知用户干扰层面,一定程度上兼顾了公平性。      

Cluster based power efficient cooperative spectrum sensing under reduced bandwidth using location information

Frequency spectrum sharing between licensed primary users (PUs) and unlicensed secondary users (SUs) requires the SUs to reliably detect the spectrum occupancy. Due to multipath fading, single terminal detection is unreliable and results in a high probability of missed detection. This is solved by applying cooperative detection. However, when the number of SUs is large, the bandwidth for reporting their sensing results to the common receiver will be very huge. In this paper, we propose an improved frequency divisional cluster based cooperative spectrum sensing based on the location information which employs a censoring method to reduce the average number of sensing bits sent to the common receiver. The reduction in the number of sensing bits using proposed method in turn reduces the total transmission power of the secondary users in the cognitive network thus improving its battery life.     

Quasi‐optimal power allocation based on ergodic capacity for wireless relay networks

Half‐duplex amplify‐and‐forward (AF) transmissions may result in insufficient use of degrees of freedom if they always use the cooperative mode regardless of the fading states. In this paper, we investigate the conditions under which cooperation offers better performance and the corresponding optimal power allocation during cooperation. Specifically, we first derive an expression of ergodic capacity and its upper bound for an AF cooperative communication system with n relay nodes. Secondly, we propose a novel quasi‐optimal power allocation (QOPA) scheme to maximize the upper bound of the derived ergodic capacity. For the QOPA scheme, the cooperative mode is only adopted when the channel gain of source‐to‐destination is worse than that of relay‐to‐destination. Moreover, we analyze the performance of the system with QOPA scheme when the relay moves, which is based on the random direction model, in a single‐relay wireless network. For a multi‐relay AF network, we compare the ergodic capacity and symbol error rate, corresponding to the proposed QOPA and equal power allocation schemes, respectively. Extensive simulations were conducted to validate analytical results, showing that both ergodic capacity and symbol error rate of the system with QOPA scheme are better than those of the system with equal power allocation scheme in a multi‐relay AF network. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

认知无线电中基于信息简约的最大似然协同频谱感知算法

该文针对控制带宽受限条件下认知用户的协同频谱感知问题,提出了基于信息简约的最大似然协同频谱感知算法。算法使用信息简约模块来降低本地感知信息传递需要的网络开销,在基站处使用基于最大似然准则的检测来提高感知性能。理论分析和仿真表明,该算法能够以较少的网络开销有效提高频谱感知性能,特别是在认知用户接收信噪比相差较大的情况下,其性能优势更为明显。     

Femtocell网络中基于双门限的两层协作频谱感知技术

在Femtocell和Macrocell构成的两层异构网络中,前人提出运用认知无线电的技术来解决网络中存在的干扰问题,但大多数研究主要集中在频谱资源的管理上,没有提出高效的频谱检测方法。本文结合认知无线电中频谱感知技术提出了基于双门限的两层协作频谱感知,检测出空洞的频谱资源分配给Femtocell用户使用,既能提高频谱资源的利用率,又能有效的抑制Femtocell与Macrocell之间的干扰。文中推导出了Femtocell用户基于双门限的两层频谱感知的检测概率和虚警概率,给出了Femtocell网络中感知信息两比特编码的融合准则和基于双门限的两层协作频谱感知的具体实施方法。仿真结果表明,所提算法能够有效提高Femtocell用户的频谱检测概率,通过对感知信息进行两比特编码,再将编码后的信息发送至融合中心进行融合,能够有效的提高整个系统的检测性能,抗噪声能力强。      

Performance analysis of two-way relay cooperation underlay cognitive radio networks based on WIPT

The two-way relay cooperation for underlay cognitive radio networks based on WIPT was presented,where secondary system adopted the two-way relay cooperative transmission.First,the relay adopted a power splitting protocol to harvest energy and to decode information transmitted by secondary users,then the relay forwarded information to two secondary users by using the harvested energy.Subsequently the exact expression of the outage probability,the ergodic capacity and energy efficiency of the secondary user system were derived.Finally,numerical simulation discusses the impact on the system performance with regard to secondary transmission power.The results reveal that the two-way relay cooperation effectively reduces the outage probability of data transmission.The capacity and energy efficiency of the system reaches optimal level when the power allocation coefficient is 0.5.     

改进粒子群算法在频谱功率分配中的应用

在认知无线电中,由于次用户干扰门限要求的存在,传统频谱功率分配方式获得的次用户有效信道容量较低。针对这一问题,提出了一种基于粒子群算法的频谱功率分配算法。首先建立基于干扰距离的认知网络干扰模型,将频谱功率分配问题转化为函数优化问题,并借助混合随机变异思想的粒子群算法进行求解;针对寻优过程中的约束问题,提出了一种基于投入产出比的外点法,保证粒子群在可行域中寻优,最终获得频谱功率分配。仿真结果表明,与传统算法相比,所提算法能够获得较高的次用户有效信道容量。     

全双工中继协作下的认知MIMO系统吞吐量最大化研究

本文研究了全双工中继协作下的认知MIMO系统的平均吞吐量最大化问题。与传统的中继协作认知无线电系统不同的是,该系统模型中的双工中继节点既能协助认知用户源节点进行多天线频谱感知以提高频谱检测性能,也能解码转发认知用户源节点的发送信号以获得更大的系统吞吐量。为使系统平均吞吐量最大,首先,本文以认知用户能获得的最大平均频谱空洞被发现的概率为目标,对系统的帧结构进行优化以获得最佳的感知时间,接着对多个发送天线进行优化以选择出最佳的发送天线,并推导出了在总的发送功率和对主用户干扰受限条件下的认知用户源节点和双工中继节点的最佳功率分配方案。最后的仿真结果表明本文提出的系统模型和优化方案相比传统的双工等功率分配方案以及单工功率分配方案能够获得更大的系统平均吞吐量。