认知无线电频谱检测机制研究

为了提高认知用户检测效率、改善认知用户检测性能以及提高频谱资源利用率,从检测模式、检测周期、检测时长和检测信道等多个角度,对认知无线电频谱检测机制中检测参数和检测策略的选取及优化方法进行了理论推导和定量分析。研究结果表明,通过对检测机制中参数和策略的优化,可解决认知无线电中仅凭借单纯物理层检测算法在检测效率和检测性能方面的局限性,在保护授权用户免受干扰的同时增加了认知用户的频谱接入机会。在此基础上进一步提出了认知无线电频谱检测机制中几个下一步研究方向及其难点问题和相关的解决方案。     

基于分群的自适应双门限合作频谱感知

针对认知无线电系统中,通知信道不理想对传统合作频谱感知的不利影响,提出了一种改进的合作频谱感知机制:认知用户被分成若干群,选择群内通知信道增益最大的认知用户为中心节点,采用自适应双门限机制负责群内合作频谱检测,并将检测结果报告给认知基站进行合并以确定授权用户是否存在.仿真结果表明:相对传统的合作频谱感知,该机制能降低通...     

认知无线电中传输阶段频谱感知研究

认知无线电系统中,如何进行有效地频谱感知是关系到次用户系统传输效能的首要问题,也是认知无线电长期的研究热点之一。传统的认知无线电中,频谱感知只发生在特定的感知阶段,而忽略了决策、传输阶段信息对频谱感知的支持作用。提出了一种充分利用传输阶段的信息进行频谱感知的方法,并基于感知结果优化下一阶段的发射功率分配。考虑基于解码信息的频谱感知算法,在传输阶段,次用户接收机在接收到次用户发射机的信息后,对信息进行解码;之后,将次用户信息从接收信号中去除,利用剩余的信号检测主用户的工作状态,并根据状态的不同,优化次用户下一阶段的发射功率。数值仿真结果表明,相对于传统的衬底式认知无线电算法（传输阶段的信息没有被用于频谱感知）,在对主用户造成相同的平均干扰情况下,提出的算法能够在一定程度上提升次用户平均信道容量。提出的算法通过对传输阶段信息的二次利用,能够为频谱感知行为提供更多的可用信息,提升检测主用户当前工作状态的正确率,在对主用户造成一定的平均干扰约束下,更加精确地控制次用户自身的传输参数,从系统机制的层面上提高了对通信信道的综合利用率。     

认知无线电中自适应分步合并协作频谱感知算法

在等增益合并协作频谱感知基础上,提出了一种新的频谱感知算法．根据认知用户接收信噪比的变化,通过自动调整参与协作频谱感知的认知用户数,以减少认知无线电网络中的数据开销．推导了瑞利衰落信道下采用此算法时,认知用户通过控制信道发送到中心控制器的平均数据量的计算公式．理论分析和仿真结果表明,和等增益合并协作频谱感知算法相比,在保证频谱检测性能的前提下,该算法减少了认知用户通过控制信道到中心控制器的平均数据开销．     

基于卷积型小波包变换的频谱感知方法研究

频谱感知是认知无线电（CR）系统中的核心技术之一.鉴于对可靠的主用户（PU）信号检测是实现频谱感知的前提,提出一种基于卷积型小波包变换的能量检测算法（CWPTED）用于频谱感知.该算法通过卷积型小波包变换（CWPT）较准确地估计噪声方差,以减小噪声不确定度并实时更新检测门限.仿真结果表明：该算法可有效减小噪声不确定度对能量检测（ED）的影响,较适合应用于噪声信息未知情况下的频谱感知.     

定价机制下认知无线电网络频谱接入算法

为了研究认知无线电网络中认知用户频谱接入的决策问题,将认知用户的频谱接入过程视为非合作博弈过程,并考虑到授权用户享有频谱的优先使用权,基于带有服务台故障的M/G/1排队理论建立了系统模型,分析了认知用户个体最优接入策略和社会最优接入策略,并在此基础上提出定价机制使认知用户追求个体利益最大化的目标与社会目标一致,实现社会福利最大化.实验结果表明,基于定价机制的频谱接入策略可以使频谱资源得到相对的优化配置,满足社会整体利益需求.     

基于块编码的功率谱可控复合序列

为了研究功率谱凹陷的复合序列,实现直扩认知用户频谱接入通信,提出了将块编码码字与伪随机序列进行复合的序列产生方法。该方法通过设计块编码的码字及码字符号时间间隔,控制复合序列功率谱的凹陷位置。通过对复合序列功率谱密度表达式的推导及仿真实验验证了复合方式的可行性及功率谱的可控性。将该复合方式应用于直扩认知用户,建立了直扩认知用户通信系统模型。实验结果表明,在不影响授权用户通信性能的前提下,采用所设计复合序列的直扩认知用户能够有效的实现频谱接入通信。     

认知无线电中一种频谱聚合的切换策略

针对认知无线电频谱聚合系统下降低频谱切换延迟,减少频谱切换次数的问题提出一种主动式频谱切换策略。该策略在频谱聚合跨度的限制下,根据认知用户工作状态转移概率,制定其频谱切换的规则,以达到认知用户在利用频谱聚合技术的同时,实现平滑切换并避免与主用户发生碰撞的目的。另外,在此基础上提出了一种基于切换概率的候选信道选择方法,用来进一步降低频谱切换延迟和频谱切换次数。仿真结果显示当主用户到达的平均时间间隔高于50时隙,并且认知用户子信道的平均服务保持时间小于100时隙时,频谱聚合切换策略能将切换次数稳定在5次以下,同时将切换延迟降低到30时隙以下。仿真结果表明该策略既保证良好的实时性又尽量的减少由切换次数带来的系统开销,从而提高系统效率。     

认知无线电网络中的最佳可信度频谱检测算法

由于认知无线电网络中的典型硬决策协作频谱检测在数据融合时未考虑各认知用户检测结果的差异性,不能很好地提高检测性能,因此,提出了一种基于检测可信度的协作频谱检测算法.首先,利用各认知用户的平均接收信噪比来获得它们的检测可信度;然后,综合各认知用户的检测结果以及检测可信度来判断授权用户是否使用频带,从而提高了检测性能.仿真结果表明,在低信噪比情况下,相比典型硬决策协作频谱检测,该算法具有较优的接收特性曲线,并在合理选取认知用户检测阈值的条件下,具有较低的检测错误概率.     

基于多目标遗传算法的认知无线电频谱分配

频谱共享技术是认知无线电的关键技术。基于多目标遗传算法,将认知无线电网络的最大系统效益和次用户间的最大比例公平作为目标函数,运用图论着色频谱分配模型,实现认知无线电中空闲频谱在次用户间的动态分配,并与颜色敏感图论着色算法（CSGC）进行了比较。通过仿真验证了该算法在认知无线电网络中进行频谱分配的可行性,且性能优于CSGC算法。     

基于小波去噪的协作空闲频谱检测性能

为解决低信噪比（SNR：Signal to Noise Ratio）时引起检测性能突变的问题,分析了能量检测在不同SNR下的检测效果,在进行频谱检测前先对信号进行去噪处理,以改善能量检测在低SNR下的检测性能。在此基础上,将改进的能量检测算法应用到协作空闲频谱检测中,保证各个CR（Cognitive Radio）节点检测性能有一定的可靠性,从而改善协作检测的检测效果。仿真结果表明,对经过小波信号处理后的各节点的检测结果进行融合协作,与以往的协作检测方案相比,ROC（Receive Operating Characteristic）曲线有了明显改善。     

认知无线电OFDM系统的最优频谱感知周期选择

为了使认知无线电（CR）系统最大限度地利用频谱机会,提出了一种选择感知周期的方法. 对于采用正交频分复用(OFDM)的CR系统,联合设计感知器和收发信机,交替进行频谱感知和数据传输,1次感知若干个授权用户子频带. 在一定的感知性能要求下,给出了确定基于OFDM的CR系统感知时间长度的方法,并将最优感知周期的选择建模为一个带约束的非线性优化问题. 优化结果显示,CR系统在最大限度地利用频谱机会的同时,能满足对授权用户干扰的限制.     

认知无线电网络频谱检测研究

为解决认知无线电中空闲频谱的识别问题,综述了近期世界范围内的频谱检测方法。分析了基于信道衰落、噪声特性等因素对频谱检测性能的影响,指出了物理层检测、MAC（Media Access Control）层自适应检测以及多用户合作检测的关键技术问题及其分析处理方法,并对检测性能进行了定性和定量的分析和探讨。     

视觉认知理论在遥感影像道路网提取中的应用

在遥感影像上,道路被认为是颜色、纹理、形状相似的狭长线状目标,整个道路网在影像上会呈现非常显著的特征,极易引起人眼的注意,称之为感兴趣区域.它是场景中最能引起用户兴趣、体现图像主要内容的区域.视觉认知理论的研究表明：通过视觉注意机制可以模拟人眼的观察过程,找出遥感影像上的显著区域.文章提出应用视觉注意机制辅助遥感影像道路网提取的思想,通过对影像的显著区域进行分析和处理,得到最终的道路网.对比实验表明该算法可以有效地提高道路网提取的准确率和完整性.     

认知无线电网络中基于演化博弈的协作频谱感知技术

 提出了一种基于演化博弈理论的认知网络协作频谱感知方法．对协作频谱感知中次级用户的传输时间和吞吐量进行分析,建立协作感知的博弈模型并研究其动态演化特性,基于次级用户吞吐量最大化准则,得到相应纳什均衡解,在此基础上提出一种次级用户自适应分布式学习算法．理论分析和仿真结果表明,这种协作感知方法在保证检测性能的基础上,有效减少了协作通信开销,提高了次级用户吞吐量．     

压缩传感非稀疏宽带频谱导频检测方法

为了突破频谱稀疏性对压缩传感技术的限制,提出了一种基于压缩传感的频谱检测方法,在保证对主用户的干扰不超过指定门限的前提下,通过对目标频段的主用户信号和导频信号在频域进行线性运算,保留频谱空洞处的导频分量,把对非稀疏的主用户信号的恢复转化为对稀疏导频信号的恢复.该方法解决了认知无线电宽带频谱检测中,压缩传感技术在主用户信号非稀疏时的失效问题.仿真结果表明,导频检测方法可以对非稀疏频谱的频谱空洞位置进行准确检测.     

认知无线电中预测性频谱探测时间的优化

在具有时隙模式信道的认知无线电（CR）网络中,为使认知用户尽快找到可用信道,基于频率维相关性的预测,提出了一种表征1组信道可用性信息的全新概念,即信道可用性矢量(CAV) ;并将如何使认知用户在最短时间内找到可用信道的问题规划成马尔可夫决策过程(MDP),从而找到根据当前信道可用性矢量的最佳频谱探测策略. 通过在广东省实际测量得到的频谱占用性数据,验证了该方法相比简单的随机频谱探测及顺序频谱探测能使认知用户更快地找到可用信道,不失为低速率业务应用在高占用度频谱中的一种较好解决方案.     

认知无线电网络的检查协作频谱感知技术

在认知无线电中,协作频谱感知通常被用来提高感知性能。但当用户个数较多时,控制信道带宽的限制和感知时延会影响协作感知的性能。作者提出采用检查协作频谱感知可以有效避免这些问题。检查协作频谱感知通过减少认知用户上报基站的感知信息,降低通信负荷和感知时延,从而提高系统的敏感性。通过最大化频谱利用率可以得到最优的不发送概率,从而在感知时延和接入频谱机会的错失上得到折衷。通过分析及仿真结果可以看出,检查协作感知与传统协作感知相比,有效提高了系统的敏感性。通过最优的不发送概率可以确定最佳的感知门限进行感知。     

OSA中基于能量有效性的感知时隙长度优化设计

针对非时隙主网络中机会频谱接入系统,为了在感知性能与传输效率之间进行有效折中选取最优的感知时隙长度,采用连续时间马尔科夫过程对次用户的感知活动进行建模和分析,在满足对主用户的碰撞概率约束的前提下,设计接入策略控制次用户的接入概率,优化感知时隙长度,最大化次用户的能量有效性。仿真结果表明,次用户通过选取最优的感知时隙长度,可使其能量有效传输效率得到优化。     

单比特协作压缩频谱感知

提出了一种低开销的协作压缩频谱感知方案,其中每个认知用户利用单比特量化获取压缩采样值的符号信息作为测量值. 融合中心收到不同认知用户的符号信息后,利用2种联合感知算法来确定频谱的占用情况. 仿真结果表明,新方案具有较好的感知性能,不仅优于独立感知方案,而且在低信噪比时优于多比特量化感知方案.