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。      

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Dempster-Shafer证据理论的协同频谱感知算法

认知无线电的首要任务是频谱感知,单个认知用户的频谱感知结果容易受到衰落和多径的影响,本文结合证据理论研究了多个认知用户的协同频谱感知问题.为了在融合中心未知先验信息的条件下实现对授权用户的有效检测,文章基于Dempster-Shafer证据理论,对认知用户的本地感知结果提取证据,然后在融合中心进行融合并判决,提出了一种基于Dempster-Shafer证据理论的协同频谱感知算法.仿真结果表明,该算法能够在融合中心未知先验信息情况下,获得较好的频谱感知性能.     

基于信任度与信噪比的认知无线电协同频谱检测

无线网络中存在信噪比较高的恶意认知用户的情况,为了有效利用可靠的认知无线电(CR)技术用户的本地感知结果,提出了一种基于信任度的信噪比比较协同频谱感知算法,可有效剔除认知网络中存在的信噪比较高的恶意认知用户。仿真实验表明,在存在恶意认知用户的认知无线电网络中,该算法检测性能优于传统的或准则(OR)数据融合的协同频谱感知算法以及基于信噪比比较协同频谱感知算法。     

面向鲁棒频谱感知的模糊K-means++算法

恶意用户通过向数据融合中心发送伪造的频谱感知数据,解决自身频谱资源短缺问题,但会极大地降低频谱感知系统的检测概率。为了解决此问题,提出了基于模糊K means++的数据融合算法。该算法首先引入模糊处理机制处理样本的数据特征值,以此来增加样本间的差异性;然后将模糊处理后的数据发送到融合中心,融合中心采用离群点挖掘的方法排除恶意用户,并对保留下来的用户进行融合,使样本向量具有鲁棒性;最后运用K means++算法对样本向量进行聚类。该算法利用轮盘法选择聚类中心,可有效抵御恶意用户的攻击,提高系统感知性能;无需知晓信号与噪声的分布等一些先验信息,也避免了繁杂的门限推导。从仿真结果可以看出,该算法对抵御恶意用户攻击具有突出的效果,有效提升了协同频谱感知系统的稳定性和鲁棒性。     

协作频谱感知中抗SSDF攻击的认知用户不确定性行为评估

针对认知用户的协作感知行为不确定性,提出一种基于D-S证据理论的信任评估机制——Hard Guard,为硬判决融合算法提供保护,使其成为具有抑制频谱感知数据伪造(SSDF)攻击能力的可信协作频谱感知算法。Hard Guard采取感知数据预处理措施,在融合之前有效过滤虚假感知数据,规避了恶意用户的影响。仿真结果表明,Hard Guard能使硬判决融合算法面对SSDF攻击时保持较好的感知性能。     

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。      

基于信誉度的频谱感知数据融合算法

频谱感知数据融合算法对认知无线网络性能起到重要作用,目前各频谱感知算法在检测恶意节点及适应认知用户环境变化上的性能有待加强,为此,提出了一种基于认知用户过往判决记录的改进加权序贯概率比检测算法。该方法通过融合中心记录认知用户过往判决结果的符合次数,改变其信誉度,从而得到该认知用户判决结果在融合结果中所占有的加权,最终得到更为理想的判决结果。     

基于自适应决策融合的合作频谱感知方法

频谱感知是认知无线电(CR)的关键技术之一。在该机制中,对主用户(PU)信号的可靠检测是实现CR的前提。提出一种基于自适应决策融合的合作频谱感知算法用于频谱感知,该算法通过估计PU的先验概率与各个CR用户(SU)的漏检及虚警概率,然后运用Chair-Varshney准则对局部判决进行决策融合以得到全局判决。仿真结果表明,采用该方案的全局虚警和漏检概率明显低于单个SU,可有效提高CR系统频谱感知的可靠性。     

基于Stackelberg博弈的多任务协作频谱感知算法

随着移动设备的增多,认知无线电技术诞生,而频谱感知是认知无线电技术中的重要一环。本文将群智感知和频谱感知结合,提出了一种基于Stackelberg博弈的多任务协作频谱感知算法。该算法将融合中心(平台)与次用户分别建模为Stackelberg博弈领导者和从属者。在领导者博弈中,平台给次用户发布最优的报酬值以获得最佳的效用;在从属者博弈中,本文着重考虑了剩余能量对次用户的影响,次用户在平台给的报酬下改变感知时间以获得最优的效用。仿真结果表明,该算法可以提高融合中心对频谱的检测概率。      

衰落信道下基于簇的协作频谱感知分析

在分布式协作频谱感知网络中,认知用户向融合中心上报本地检测的信道是带宽受限的,并且受各种衰落的影响。分析了衰落信道下认知用户通过"与"规则进行融合的协作感知策略,提出了认知用户间为Nakagami信道时基于簇理论的协作感知方案,推导得出了2种方法的检测概率和归一化平均感知比特数。仿真结果表明,基于簇理论的协作感知通过牺牲一定的信令开销得到较好的感知性能。     

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。      

集中式双非参量累积和的合作频谱感知技术

针对认知无线电网络频谱感知的检测时延降低问题，提出了一种采用双非参量累积和的合作频谱感知方法。在单主用户认知网络中，本地认知用户执行非参量累积和算法，处理能量观测数据，以缩短检测时延，减少对主用户先验信息的需求，同时为了降低带宽开销，只向融合中心传输1比特的预判决结果。融合中心在噪声干扰下接收融合预判决结果，执行非参量累积和算法，累加判决统计量，对主用户信号是否存在进行最终判决。仿真结果表明，在10%的虚警概率下，相比于传统的非参量合作频谱感知算法，双非参量累积和算法具有较低的检测延迟。      

可信的反馈声誉保护协作频谱感知软判决算法

协作频谱感知中信任机制的引入,起到了抑制恶意用户频谱感知数据伪造( SSDF)攻击行为的作用。然而,数据融合中心不加区分地接收协作感知结束后的反馈信息,为恶意用户带来了实施“掺沙子”攻击的机会。恶意用户向数据融合中心反馈错误的主用户频谱状态,使信任机制不能得出准确的信任值。为此,提出了一种基于反馈声誉的信任机制,考虑反馈中的个体性特征,引入反馈声誉的思想来量化认知用户信任值。同时,将信任值量化结果用于权重经典软判决算法———序贯概率比检测( SPRT)算法,消除SSDF恶意用户参与软判决数据融合的影响,形成可信序贯概率比检测算法( FSPRT)。仿真结果表明FSPRT算法的性能优于传统SPRT算法,能有效降低网络信任值计算误差,并保持较好的感知性能。     

一种基于信誉度的航空无线电协作频谱感知方法

摘要：传统的航空无线电协作频谱感知算法无法区分节点的性质（普通/恶意）,而新的加权序贯检测（weighted sequential probability ratio test,WSPRT）算法虽然解决了这个问题,但在具有频谱感知数据篡改（spectrum sensing data falsification,SSDF）攻击节点的环境中,无法保持高的感知正确率。提出了一种改进型WSPRT 算法,在传统的 WSPRT 算法基础上改进了信誉度奖惩方案,增加了临近时间内感知稳定度的量化。从实验仿真结果看,改进后的算法不仅时间复杂度更低,而且能够有效地识别恶意节点,对于恶意用户的判定更准确。     

基于证据折扣优化DSmT的协同频谱感知器

协同频谱感知器通过充分利用多个认知无线电用户的空间分集增益,对抗单用户深度衰落和阴影效应问题,降低了感知系统对本地感知用户的灵敏度要求,减少由于单用户检测不确定性带来的系统误判。利用D-S方法进行协同频谱感知,通过在本地提取置信指派,再上传至融合中心进行证据推理与判决,占用较窄的控制信道带宽,达到优于传统方法的检测性能,如“或”、“与”和“最优融合”感知方法。但低信噪用户带来的冲突数据会限制D-S方法性能,使其信噪鲁棒性较差。本文首先定义感知用户基本置信指派函数,基于DSmT提出证据折扣优化 DSmT协同频谱感知器。该感知器根据不同认知用户数据的可靠性,对其置信指派函数进行折扣,加强高可靠性数据对融合结果的贡献,降低不可靠数据对融合结果的干扰,有效解决冲突数据下的协同频谱感知信息融合问题。仿真结果表明,证据折扣优化DSmT协同频谱感知器具有良好的检测性能和信噪比鲁棒性。      

认知网络中的多用户MIMO线性协作频谱感知问题研究

研究了多用户MIMO的线性协作频谱感知问题以提高频谱检测的可靠性,推导了多用户MIMO线性协作感知系统的局部检测和全局检测策略,建立了在给定误警概率的情况下控制中心通过优化给各个用户的信号所分配的权值来最大化全局检测概率的优化模型。进一步,引入了遗传算法来求解上述全局检测优化问题的最优权值,期望能够有效降低算法在频谱感知过程中检测时间。仿真结果表明,多入多出能够明显提高协作频谱感知系统频谱检测可靠性,而遗传算法高效且稳定,相比较其他算法能够有效改善系统的检测性能。     

Double‐threshold cooperative detection for cognitive radio based on weighing

In cognitive radio (CR), the single‐threshold cooperative detection is sensitive to the noise power. In this paper, a double‐threshold cooperative detection scheme based on weighed combination is proposed to improve the global detected performance of the cooperative detection. The double thresholds that are decided by the restriction probability are adopted to divide the energy statistics observed by CRs into three subareas, and the detected performance of the CRs locating in the confusion area is fortified through the weighed data fusion by the coordinator. The CRs in the other two areas can make local binary decisions because of their exact sensing performance and then forward their 1‐bit decisions to the coordinator that will combine all the received decisions to give the final decision on the presence of the primary user. In this paper, both the periodic single‐band and wideband cooperative detections are investigated, and the probabilities of spectrum utilization by these two patterns are respectively analyzed. The simulation shows that the detection probability of the proposed scheme is better than that of the single‐threshold cooperative detection with decision fusion but slightly worse than that of the single‐threshold cooperative detection with data fusion. However, the average number of the bits sent to the coordinator by the proposed algorithm is less than that by the data fusion, and it may increase by the decreasing of the restriction probability. The simulation also shows that the periodic wideband sensing can obtain higher spectrum utilization than the periodic single‐band sensing. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.