认知无线网络中动态双门限协作频谱感知性能的优化方案

频谱感知作为认知无线电的关键技术,得到广泛深入的研究。其中衡量协作频谱感知性能的主要参数为全局虚警概率和全局漏检概率,它们之和被定义为全局错误概率。本文研究基于双门限能量检测的协作频谱感知性能的优化方案,首先,固定双门限能量检测的检测门限值,对表决融合准则的投票门限进行优化,使得在该能量检测门限值条件下,协作频谱感知的全局错误概率最小;然后在表决融合准则的投票门限取最优值的前提下,对双门限能量检测的检测门限值进行了优化,在不同接收信噪比条件下,最优的检测门限值是动态的,所以要根据信噪比确定最优的检测门限值,使得协作频谱感知的全局错误概率在各信噪比条件下都达到最小值,从而提高了协作频谱感知的性能。仿真结果表明,表决融合准则的投票门限和双门限能量检测的检测门限值取得各自的最优值时,全局错误概率最低,检测性能最好。      

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。     

认知无线电中基于自相关矩阵的协作盲感知

为了克服传统的认知无线电频谱感知算法存在的不足,提出了一种基于自相关矩阵的协作式盲频谱感知方法,以提高频谱感知能力.该方法从样本自相关矩阵中提取检测统计量,采用双门限混合判决方法得到本地检测结果.认知基站将本地检测信息分成两类,并对软判决信息实施可靠性融合,最后给出全局判决结果.该方法是一种盲感知方法,不需要知道主用户...     

基于表决融合的带宽受限的协作频谱感知算法

协作的频谱感知使认知无线电（CR）网络对主用户进行可靠的检测,并避免了对主用户通信的干扰。数据融合是协作的频谱感知的关键技术。但是当协作认知无线电用户较多时,它们向融合中心汇报的感知信息就会占用大量的带宽。本文提出了将表决融合准则与检查策略相结合的协作频谱感知的方法,来减少发往融合中心的平均感知比特数,从而有效节约传输带宽。推导分析了该算法在理想信道和非理想信道中的频谱感知性能,并给出了这两种情况检测概率的闭合式。仿真结果表明,此种基于表决融合准则的检查协作频谱感知算法的性能最优,即在较高的感知性能下有大量的感知比特的节约。      

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.     

瑞利信道中自适应双门限频谱感知算法研究

频谱感知是认知无线电中的一项关键技术,能量检测、匹配滤波器检测和周期循环频谱检测是认知无线电中频谱感知技术中传统、经典的算法.基于能量检测的频谱感知算法因实现简单且不需要先验信息而被广泛应用,但低信噪比的情况下检测概率会降低,用户的检测性能不足,从而导致认知用户和主用户之间的冲突碰撞次数增多.针对以上存在的问题,在基于自适应频谱感知的基础上,利用噪声功率估计,提出了一种瑞利信道下的自适应双门限频谱感知算法.仿真结果表明,在低信噪比噪声不确定的情况下,这种算法能够大大提高检测概率,有效降低了认知用户和主用户之间的冲突碰撞次数,从而提高频谱的利用率.     

基于USRP2920与差分能量检测的双门限频谱感知算法实现

为提高紧缺频谱资源的利用率,针对实际无线通信环境噪声不确定性对感知性能的影响,搭建了基于软件无线电外设(USRP,NI2920)的认知无线通信系统平台,利用差分双门限能量检测算法感知授权用户信号并估计空闲可用频带,为认知用户的动态频谱接入提供判别依据.此外,推导出差分双门限能量检测概率的闭合表达式,并通过实验估计噪声功...     

采用最小最大准则的协作频谱感知融合

给出了采用最小最大准则实现认知无线电系统协作频谱感知融合的方法,以在主用户出现在授权频段的先验概率未知的情况下利用概率计算实现认知无线电系统的协作频谱感知融合。该方法可实现同步和异步感知信息的融合。仿真验证了算法的性能,并与采用估计主用户出现在授权频段的先验概率并进行基于概率的感知融合算法性能进行了比较。结果表明:给出的算法可有效实现主用户出现在授权频段的先验概率未知时的协作频谱感知融合。     

基于动态自适应双门限能量检测的序贯协作频谱感知算法

针对在一般高斯白噪声环境中,传统的双门限能量检测频谱感知算法忽略确定两门限之间的感知信息的问题,该文提出一种基于动态自适应双门限能量检测的序贯协作频谱感知算法。新算法以最优化检测概率为目标,采用序贯方式对协作用户进行动态自适应双门限建模,并对处于两门限之间的接收能量值进行软判决。进一步地,新算法能自适应动态调整门限大小和各判决区域协作用户数,以达到最大化检测概率和最优化受试工作特征曲线的目的。理论分析和仿真结果表明,与经典的双门限能量检测算法相比,提出算法具有更优的检测概率。     

改进双门限能量检测分簇协作频谱感知算法

针对传统频谱感知算法在低信噪比环境下检测概率较低的问题,提出改进双门限能量检测分簇协作频谱感知算法。算法将感知节点分簇,簇间信息采用OR准则硬融合,簇内双门限外节点发送1 bit判决结果进行硬融合,双门限内节点发送能量值和信噪比值进行加权软融合。加权软融合阶段构造检测概率与节点权重系数函数,利用压缩因子粒子群算法选择权重系数进行函数寻优,以最大化检测概率。仿真结果表明,在低信噪比和不同感知用户数目环境下,算法仍具有较高的检测概率。     

Interference Management and Six-Sector Macrocells for Performance Improvement in Femto–Macro Cellular Networks

Femtocells are considered as a solution for indoor high data rate demands. Interference mitigation is a fundamental challenge in two-tier femto–macrocell networks. In this paper, we consider six-sector macrocell layout for reducing the co-tier interference in the macrocell network and cross-tier interferences from macrocell to femtocell network. As interference reduces, the whole of available spectrum can be used in each macrocell which increases the spectrum efficiency. We also consider interference-level algorithm to allocate resource for femtocell in which macrocell uses the whole of spectrum. In the coverage area of each sector, femtocell uses a portion of the spectrum that is not used by the macrocell users. This approach ignores the high co-channel interference from the macrocell network to the femtocell network and vice versa in each sector. Simulation results show that the proposed layout and interference management scheme reduce the downlink interference and increase the efficiency of the orthogonal frequency division multiple access (OFDMA)-based femtocell and macrocell. Consequently, system throughput and outage probability are improved significantly.     

基于三个认知用户的多分支频谱感知方法

为了在认知无线电网络中有效地感知出授权用户,通过在无线通信网络中对多分支协作分集方式的研究,提出了在3个认知用户组成的认知无线电网络中,2个认知用户作为1个认知用户的中继用户,采用多分支协作分集方式感知授权用户。对其检测性能进行了理论分析,表明该方法是一种有效的感知方法,并且在低信噪比环境下,也可以有效地提高检测概率和降低检测时间从而提高网络的敏捷度增益。实验仿真结果证明,在低信噪比的环境下,该方法也可以获得较好的性能。     

A preset threshold based cross-tier handover algorithm for uplink co-channel interference mitigation in two-tier femtocell networks

This paper considers the co-channel interference mitigation problem and proposes a preset threshold based cross-tier handover algorithm for uplink co-channel interference mitigation in two-tier femtocell networks. The proposed cross-tier handover algorithm introduces a preset threshold cross-tier handover policy, which takes into account both the time-to-stay (TTS) of a macrocell user equipment (MUE)/femtocell user equipment (FUE) in a femtocell/the macrocell, and the received signal to interference plus noise ratio (SINR) at a femtocell access point (FAP)/the macrocell base station (MBS) in making a cross-tier handover decision for an MUE/FUE. A cross-tier handover decision is made by comparing the TTS of an MUE/FUE in a femtocells/the macrocell and the SINR at a FAP/the MBS with a preset TTS threshold and different SINR thresholds. The objective of the preset threshold based cross-tier handover algorithm is to increase the received SINR at the MBS/FAPs and thus improve the network performance. The performance of the proposed cross-tier handover algorithm with the minimum power transmission and the optimal power transmission is analyzed, respectively. Numerical results show that the proposed preset threshold based cross-tier handover algorithm can significantly improve the network performance in terms of the outage probability, user sum rate, and network capacity.     

Outage performance of downlink communications in cognitive-based two-tier networks: cooperative and non-cooperative femtocells

Femtocell deployment, which is a promising approach to the coverage and capacity improvement of indoor communications, suffers from cross-tier interference. Therefore to make the femtocell technology practical this issue needs to be addressed appropriately. One serious type of cross-tier interference occurs in downlink communication, in which a macrocell user is located far from its macro base station. In this setup, the communication of the adjacent femto access points with their users makes the macrocell user experience a low SINR. This paper considers this scenario and shows how cognitive-enabled femto access points can cope with cross-tier interference. More precisely, we compute the outage probability of macro users in a two-tier network when femto access points use the energy detection-based spectrum sensing technique to find the unoccupied frequency subband. To improve the outage probability of macro users, we also study the effectiveness of cooperation among neighbor femto access points. In all cases, the analytical expressions are validated by computer simulations which confirm the accuracy of the used approximations.

     

基于可靠次用户信息的协作频谱感知算法研究

对认知无线电系统最基本要求之一就是次用户必须有能力以高的精确率来确定主用户是否存在。而以前对认知无线电频谱感知的研究表明:在实际认知网络中次用户之间的相互协作可以提高其频谱检测性能。然而,对于协作频谱感知而言,随着协作次用户数目的增加,势必会增大用于传输本地检测结果到融合中心的专用控制信道带宽,从而增加系统开销。该文在控制信道带宽有限的约束条件下,提出一种通过考虑可靠次用户信息的协作频谱感知算法来进一步改善频谱检测的性能。该算法的基本思想:只有具有可靠的本地检测结果的次用户才发送自己的检测结果到融合中心,否则,该次用户不发送任何信息。同时,对提出的该算法在理论上进行了推导,通过仿真结果表明:在控制信道带宽受限的约束下,相比于传统的或门协作频谱感知算法,提出的算法能够大大改善对主用户的检测性能。     

Pseudo-handover based subchannel and power adaptation scheme for interference mitigation in OFDMA two-tier femtocell networks

In the two-tier femtocell network,a central macrocell is underlaid with a large number of shorter range femtocell hotspots,which is preferably in the universal frequency reuse mode.This kind of new network architecture brings about urgent challenges to the schemes of interference management and the radio resource allocation.Motivated by these challenges,three contributions are made in this paper:1) A novel joint subchannel and power allocation problem for orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) downlink based femtocells is formulated on the premise ofminimizing radiated interference of every Femto base station.2) The pseudo-handover based scheduling information exchange method is proposed to exchange the co-tier and cross-tier information,and thus avoid the collision interference.3) An iterative scheme of power control and subchannel is proposed to solve the formulated problem in contribution 1),which is an NP-complete problem.Through simulations and comparisons with four other schemes,better performance in reducing interference and improving the spectrum efficiency is achieved by the proposed scheme.     

认知无线网络中的智能协作频谱感知机制研究

作为智能体,认知无线电应具有智能学习和智能判决的能力。为充分发掘认知用户的智能体特性,本文提出一种基于支持向量机和模糊积分的智能协作频谱感知机制。该机制将协作频谱感知模型转化成基于模糊积分的多分类器融合模型,其中每个认知用户均被看作一个独立的支持向量机分类器,单个感知周期内得到的采样数据作为分类器的输入,分类器的概率输出将被发送至融合中心,融合中心采用模糊积分算法将各分类器得到的结果进行融合并判决。该机制充分挖掘了认知用户在频谱感知阶段的“智能学习”能力和信息融合阶段的“智能判决”能力,仿真结果进一步表明,与单一的分类模型相比,本文提出的智能协作频谱感知机制具有更高的检测概率和更低的虚警概率。      

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。      

认知型飞蜂窝网络中的子信道分配与功率控制

为了解决宏蜂窝与飞蜂窝构成的两层异构网络上行干扰与资源分配问题,提出了一种在认知型飞蜂窝的双层异构网中结合子信道分配和功率控制进行资源分配的框架。通过对异构网中跨层干扰问题进行分析与建模,将求解最优子信道分配矩阵和用户发射功率矩阵作为干扰管理问题的解决方法。模型中认知型飞蜂窝网络子信道和飞蜂窝网络用户构成非合作博弈,双方利用效用函数最优值进行匹配,构成初始信道分配矩阵;再由接入控制器根据接入条件从初始信道分配矩阵中筛选用户,并优化接入用户的发射功率矩阵,得到最优子信道分配矩阵和功率矩阵。仿真结果表明,优化框架提高了双层异构网络中飞蜂窝网络用户的吞吐量和接入率,降低了异构网中跨层干扰。