试论认知无线网络中频谱接入技术

社会经济的快速发展,使得我国无线通信事业得到了迅猛发展。传统的固定频谱分配方式早已不适应当前社会事业发展的需求,而认知无线网络的出现,则能够很好的利用机会频谱的方式极大地满足了人们的需求。因此,本文主要在简要介绍认知无线网络的基本概况之后,进一步分析认知无线网络中的频谱接入技术,最后指出它的发展前景,以便使频谱接入技术能够更好地为社会主义广大人民群众服务。     

认知无线电网络频谱感知与接入算法研究

在对认知无线电网络频谱感知和接入研究成果进行分析的基础上,文章首先讨论了认知无线电网络频谱感知的基本方法以及协作频谱感知、单智能体和多智能体强化学习算法,比较了各种算法的优缺点,并展望了这一领域未来研究的方向。     

基于主动频谱感知接入的认知无线电台研究

讨论了所研制的工作于30-512 MHz的基于主动频谱感知接入的认知无线电台。该电台实现了认知无线电动态频谱接入最为关键的几大功能：频谱感知、频谱会合、频谱监视,以及频谱切换。试验结果表明,该电台具备在不依赖于公共控制信道的情况下自动寻找空闲信道建立链路的能力,也具备在当前通信信道上出现主用户信号或其他干扰信号时自动切换到其他空闲信道上继续通信的能力,为认知无线电技术的实用化提供了很好的借鉴。     

带有接入阈值和超时隙的认知无线网络频谱分配策略

为了提高认知用户的响应性能,并降低传输中断的概率,通过限制进入系统的认知用户数据包数量,并令授权用户以超时隙为单位优先使用信道,提出一种带有接入阈值和超时隙的集中式认知无线网络频谱分配策略。结合时隙序号及系统中认知用户数据包的数量建立2维离散时间Markov链模型,给出认知用户数据包的平均延迟、吞吐量及信道切换率等性能指标的表达式。建立系统收益函数,针对不同的超时隙大小给出接入阈值的优化设置方案,并利用优化结果,进行系统实验。实验结果显示：合理的接入阈值和超时隙大小可以有效提高认知用户的传输质量。     

一种基于认知无线电的动态频谱接入MAC方案

在传统的无线通信系统中,频谱的分配是固定的。但是由于通信过程的突发性,这些频谱的使用率很低。另一方面,随着无线通信和多媒体的高速发展和广泛应用,无线频谱资源日趋紧张。如何提高频谱利用率已经成为迫切需要解决的问题。一种可行的思路是把这些授权频谱向未授权用户开放,未授权用户采用动态频谱接入技术,在不对授权用户造成干扰的前提下使用频谱。本文以认知无线电技术(Cognitive Radio,CR)为基础,提出了一种基于CR的动态频谱接入MAC方案(CR-Ad Hoc-MAC)。该方案允许未授权用户自适应地选取可用带宽,实现了动态频谱接入,有效地提高了频谱利用率。     

面向实时业务的认知无线网络MAC层频谱接入方案

摘 要：为满足认知无线网络中宽带业务实时传输的需求,提出低延迟的MAC层频谱接入方案,包括频谱感知调度与信道接入竞争两部分。在频谱感知阶段,认知用户选取最佳可用信道数实现感知与传输的延迟最小化;在信道接入竞争阶段,协议考虑频谱资源动态变化的特点,通过设计数据帧格式以及邻居节点协同侦听机制,减小信道冲突与“聋终端”的影响。理论与实验结果表明,与传统的认知无线网络MAC层协议相比,提出的接入方案数据传输延迟更短,同时在授权信道空闲率较大时吞吐量性能略优。     

基于时间估计的动态频谱接入算法

基于先验知识模型,设计了基于信道剩余空闲时间估计的动态频谱接入算法：每个次用户根据感知历史维护信道剩余空闲时间的估计向量并周期进行更新,每个时隙开始时次用户选择剩余空闲时间估计最大的信道接入。对动态频谱接入算法的适应性问题进行了分析,并求得了次用户的最优传输时间长度。仿真结果表明,在给定的参数下,新算法的信道利用率比其他算法提高约5%-10%,同时对主用户的干扰保持最低。     

认知无线电中的频谱接入技术

认知无线电是一种基于软件无线电的智能通信系统,它能够认知周围环境,并能通过一定的方法相应地改变某些工作参数来实时地适应环境,从而达到提高频谱利用率、缓解频谱资源紧张的目的.授权频段的频谱利用问题是认知无线电实现的关键技术之一.研究了授权频段的两种频谱利用方法:动态频谱接入和基于动态频谱接入模型之一的机会频谱接入.     

感知不确定下卫星认知无线网络多频谱接入优化策略

针对卫星认知无线网络频谱感知不确定性较大导致传统频谱接入机制效率降低的问题,该文提出一种基于动态多频谱感知的信道接入优化策略。认知LEO卫星根据频谱检测概率与授权用户干扰门限之间的关系,实时调整不同频谱感知结果下的信道接入概率。在此基础上以系统吞吐量最大化为目标,设计了一种基于频谱检测概率和虚警概率联合优化的判决门限选取策略,并推导了最佳感知频谱数量。仿真结果表明,认知用户能够在不大于授权用户最大干扰门限的前提下,根据授权信道空闲状态动态选择最佳频谱感知策略,且在检测信号信噪比较低时以更加积极的方式接入授权频谱,降低了频谱感知不确定性对信道接入效率的影响,提高了认知系统吞吐量。     

分布式认知无线网络中的频谱接入凸规划算法

针对分布式认知无线网络中所可能存在的多频道隐终端问题,以及分布式协调方法(DCF)在随机冲突下性能下降的问题,该文以最优化网络的效用值为目标,将各个认知节点的接入概率作为求解对象,在分布式认知无线网络中建立了一个通用的凸规划模型。同时,基于凸规划算法,提出了一种分布式的信道接入 (DSAC) 算法对目标问题进行求解,从而决定认知网络中每个节点以及每条链路的接入概率。仿真结果表明,DSAC算法能够在较少的迭代次数内实现收敛;与普通的DCF方法相比,DSAC算法可以有效地提高网络中同时传输的链路个数,提高了频谱利用率以及网络吞吐量。     

认知无线电中频谱感知技术

固定频谱分配政策导致频谱使用率低下,为克服这一缺点,人们提出使用认知无线电技术实现动态频谱接入,从而有效利用频谱空穴。频谱感知是认知无线电的关键技术。文中介绍了目前已提出的频谱感知技术:发射机检测(包括匹配滤波器检测、能量检测和周期平稳特征检测)、合作检测、接收机检测及基于干扰温度的检测,仿真分析了各种方法的优缺点及有待解决的问题。为满足多用户环境和实时性要求,仍需探讨新的频谱感知方法,提高检测性能。     

一种短波动态频谱接入系统的设计

为了有效利用空闲频谱,提高短波频段频谱资源的利用率,采用TMS320VC5502为信号处理核心,TLV320AIC10为输入模拟信号滤波和A/D转换芯片的一种短波动态频谱接入系统的设计,并完成了相应的软件开发。实验结果表明:所设计系统的平均建链时间小于10 s,建链概率大于92%。当数据传输速率为600 baud时,报文的正确接收概率大于90%;数据传输速率为1200 baud时,报文的正确接收概率大于80%。而且平均错误字符的概率达到10-4数量级,能够充分满足短波普通通信业务的需求。     

认知无线电研究与最新进展

随着信息技术的发展,无线通信得到广泛的应用,但同时人们面对频谱资源越来越匮乏的挑战。对授权用户而言,其频谱利用率极低,而对非授权用户而言,却找不到可以使用的频谱,这是导致频谱匮乏的重要原因之一。认知无线电作为无线通信的热点研究领域,它为提高频谱利用效率、解决频谱匮乏问题提供了技术支持,使研究人员看到了希望。文中分析认知无线电研究现状,讨论认知无线电研究的主要技术难题和最新进展,并提出新的发展方向。     

Dynamic control approaches of spectrum sensing in multi-band cognitive radio networks

In this paper,the dynamic control approaches for spectrum sensing are proposed,based on the theory that prediction is synonymous with data compression in computational learning. Firstly,a spectrum sensing sequence prediction scheme is proposed to reduce the spectrum sensing time and improve the throughput of secondary users. We use Ziv-Lempel data compression algorithm to design the prediction scheme,where spectrum band usage history is utilized. In addition,an iterative algorithm to find out the optimal number of spectrum bands allowed to sense is proposed,with the aim of maximizing the expected net reward of each secondary user in each time slot. Finally,extensive simulation results are shown to demonstrate the effectiveness of the proposed dynamic control approaches of spectrum sensing.     

认知无线电网络中的频谱管理技术

由于可用频谱的动态特性和应用需求的多样性,认知无线电（Cognitive Radio,CR）面临很多挑战,其中最为迫切的一个问题是有效的频谱管理技术。首先简要介绍认知无线电及其网络体系结构,然后讨论频谱管理的定义和功能,具体包括四个主要方面：频谱感知、频谱决策、频谱共享和频谱迁移。