认知无线电网络多用户智能协作频谱感知算法

认知无线电网络中,单用户频谱感知容易受到阴影效应、多径衰落及隐蔽终端等不利因素的影响,造成感知结果的误判.为了提高系统的检测性能,并减少感知花销,提出了多用户智能协作频谱感知算法.各个认知用户根据估计信噪比自适应选择不同的感知策略,当估计信噪比高于选择阈值时采用双门限能量感知,低于选择阈值时则采用循环平稳特征检测,并在同一个感知周期内只进行一种较优的感知策略,从而在不明显增加计算复杂度的情况下,克服了能量感知在低信噪比条件下鲁棒性差的缺点,实现了智能检测.仿真结果表明,智能协作频谱感知有效提高了系统检测概率,缩短了平均感知时间,有较好的鲁棒性.     

衰落信道下提高协作频谱感知能力的方法

由于协作频谱感知能够更准确地确定主用户的存在与否,因此,它被认为是认知无线电技术中的一个重要研究分支.在协作频谱感知中,各认知用户需要通过报告信道发送其本地判决结果(0或1)到融合中心(FC).然而,在实际中,报告信道通常受衰落的影响,这将降低频谱感知的检测性能.针对这个问题,首先,文中提出一种基于认知用户选择的协作频谱感知算法.该算法通过减小由衰落信道引入的误码概率来提高协作频谱感知的检测性能.其基本思想为:只有具有较好瞬时信道增益报告信道的认知用户才将其本地二进制判决结果发送到FC,否则,该认知用户不发送其本地检测结果到FC.其次,提出一种基于空时编码的协作频谱感知方法.通过在CR网络中,利用空间分集增益来降低由衰落型报告信道引入的误码概率,从而提高检测性能.最后,对提出的这两种协作频谱感知方法的检测性能进行理论分析研究,并对其进行数值仿真.仿真结果表明:相比于传统的协作频谱感知,本文提出的这两种协作频谱感知算法都能提高对主用户的检测性能.     

基于信号可信度的压缩感知协作频谱检测算法

压缩感知为认知无线电的宽频谱感知提供了一种新的方法和思路。基于压缩感知的原理,提出了一种多认知用户协作场景下,基于信号可信度的协作频谱检测算法。该算法根据不同认知用户接收信号的优劣判定用户感知结果的可信度,并利用正交匹配协作追踪算法获得认知区域内的频谱占用情况。仿真结果表明,该算法在不同信噪比范围下其检测性能均优于传统算法,以较小的复杂度代价改善了检测性能。     

基于可信度的加权协作频谱检测算法

协作频谱检测技术可以有效解决认知无线网络本地检测存在的信道衰落、隐藏终端等问题。论文研究了加权协作频谱检测技术,提出一种基于可信度的协作频谱检测算法。每个感知节点基于最大最小值特征值检测完成本地频谱检测,并与融合中心的全局检测结果进行比较估计各自感知节点的频谱检测可信度;融合中心利用切尾平均法计算参与频谱协作检测的可信度门限,并选择可信度大于门限的感知节点参与协作频谱检测。该算法有效降低了认知网络协作检测的复杂性,提高了频谱检测性能,在噪声波动环境下具有良好的鲁棒性。仿真结果表明,算法频谱检测性能要优于其它加权算法1~3 dB,节省系统开销43.75%左右。     

联合信任度与信噪比的自适应协作频谱感知算法

为提高认知无线电的频谱感知性能,提出一种联合信任度与信噪比的自适应协作频谱感知算法。该算法通过信噪比估计和信噪比比较获取各认知用户的初始信任度值,自适应地调整信任度、参与度、判决门限等参数以实现算法最优,并采用周期性初始化策略以满足时变信道的要求。仿真结果表明,与传统K秩协作频谱感知算法和自适应合作频谱检测算法相比,该算法不仅提高了协作检测性能和稳定性,而且具有更好的实时性和抗恶意用户性能。     

基于模糊理论的分布式协作谱感知技术研究

针对认知无线网络中对于主用户检测感知存在的阴影衰落和如何有效提高频谱利用率等问题,提出了一种基于模糊理论的分布式协作处理方法.该方法通过采取各感知用户独立自主决策(双门限+模糊判决区)和综合接收分析一跳邻居感知处理信息等措施,实现认知无线网中各局部区域的自动聚类和自适应聚类边界(/过渡带)识别,从而实现对主用户的全面感知和大幅度地提高频谱利用率.仿真结果表明,该方法在感知处理信息传输开销、认知系统吞吐率、检测概率等方面明显优于传统的合作感知方法.     

不同衰落信道下的协作感知性能研究

认知无线电网络中,协作频谱感知技术可以有效地缓解由于信道衰落、阴影等因素造成感知性能下降的问题.该文对不同衰落信道环境下的本地感知性能进行了系统分析;研究了基于能量检测的协作感知方案在不同K-N决策融合准则以及不同协作用户数量条件下的感知性能;在此基础上,讨论了空间阴影相关性对协作感知性能的影响.数值分析和仿真研究的结果表明,本地感知在衰落信道下的性能较AWGN信道下有较大程度的恶化,其中尤以Suzuki信道下的性能最差,而基于K-N决策融合的协作感知一般在OR准则条件下最优,且随着次用户数量增加而改善.为了克服阴影相关性的不利影响,应尽量使节点间距增大.当协作范围一定时,用户数较少但更为分散的协作具有更好的感知性能.     

Rayleigh信道下双门限协作频谱感知研究

频谱感知是认知无线电系统有效通信的前提,其感知速度和准确性是衡量频谱感知性能的重要指标.现有算法仅考虑理想AWGN信道下双门限协作频谱感知,应用中衰落信道下的频谱感知作深入研究,具有实际意义.为了提高频谱感知在实际应用中的可靠性,将双门限多节点协作方法用于Rayleigh衰落信道仿真检测.仿真实验表明,Rayleigh衰落信道下双门限多节点协作检测方法的可靠性优于高单门限协作检测方法,其检测结果对Rayleigh信道环境下频谱感知系统的设计具有重要参考价值.     

基于噪声不确定性的双门限协作频谱感知算法

传统的双门限协作频谱感知算法忽略了两门限之间认知用户的本地感知信息,而利用这部分信息可以进一步提高认知无线电系统的感知性能。为此,在等增益合并的基础上,提出一种顺序自适应分步合并算法。两门限之间的认知用户根据接收信噪比分步上传本地感知信息,融合中心自适应地调整参与协作的认知用户数,以减小系统的上传数据开销。推导在Rayleigh衰落信道条件下,认知用户上传数据的平均比特数以及全局检测概率的闭式表达式。理论分析和仿真结果表明,该算法能以较小的数据开销获得较优的协作感知性能。     

一种认知无线电的分布式合作频谱检测方法

在认知无线电的实际应用场景中,频谱检测技术至关重要。针对具有阴影衰落,多径衰落及噪声变化的无线通信环境,分析了噪声的不确定性对能量检测的影响,并根据每个认知用户接收到信噪比[γ]的不同,采用一种动态调整判决门限的合作检测方法来提高频谱检测率。仿真实验表明,该方法比一般的合作检测方案在避免对第一用户产生干扰的条件下,明显提高了频谱检测效率,使授权用户网络和认知用户网络都能得到可靠的通信。     

基于信誉度的合作式频谱感知

认知无线电网络中存在阴影和多径衰落效应等问题,从而导致单认知用户感知结果不准确。为此,提出一种基于二重双向信誉度的合作频谱感知算法。每个次用户有自己的自私信誉度,用于判定次用户是否为恶意用户。不同地区的次用户又有不同的位置信誉度,可反映出该地域是否受阴影和多径衰落的影响。基于用户之间的互动反馈,实时更新2种信誉度,并根据不同的信誉度给出不同的权重以用于合作式频谱感知。仿真结果表明,该算法在恶意用户存在的情况下仍能取得较高检测率。     

基于能耗的分簇频谱感知方法

在协作频谱感知中,当信道经历衰落和阴影时,各用户的感知性能会有不同程度影响,某些受影响严重的次用户甚至可能会严重影响到整个感知网络的性能.同时参与协作的用户数越多,认知传感器网络面临的问题越大.为了解决这些问题,提出了一种基于能耗的分簇协作感知算法.该算法引入基于节点能量的LEACH分簇算法,将认知传感器网络中的各个节点按该分簇算法分入若干簇内;在每个簇内,构造了同时考虑检测性能和能量消耗的效用函数,基于该效用函数对最佳协作用户数和用户进行选择,使每个簇内的检测性能和能耗达到很好的折中;在汇聚节点运用OR规则将簇头发送过来的感知信息进行融合,得到最终判决结果.仿真结果表明,该基于能耗的分簇协作频谱感知算法可以有效地延长认知传感器网络的生存时间,节省网络的能耗,并且保证良好的检测性能.     

Optimal MAC based cooperative spectrum sensing in cognitive radio networks

This paper considers a cognitive radio (CR) system in non-ideal fading wireless channels and pro-poses cooperative spectrum sensing schemes based on coherent multiple access channels (MAC),serving as an alternative way to improve the cooperative spectrum sensing performance and provide space diversity for spec-trum sensing.Sufficient statistics are transmitted using a common channel from the secondary users (SUs) to a fusion center (FC) where the global decision is obtained.The optimal scaling factors of the proposed schemes are obtained by maximizing the detection probability under a target false alarm probability and a transmit power constraint.Because the proposed optimal MAC scheme has high computational complexity,a sub-optimal solu-tion based on maximization of the deflection coefficient (DC) is also proposed.Simulation results show that the proposed algorithms can significantly improve the spectrum sensing performance and approach the detection baseline.     

基于位置预测的认知车联网协作频谱感知算法

针对认知车联网中由地形起伏或密集城市结构而引起的频谱感知性能低、延时大等问题,提出了一种基于位置预测的协作频谱感知算法。首先,采用能量检测法进行本地频谱感知,通过将次用户接收到的信号能量大小和预先设定的阈值进行比较,初步判定频谱是否被主用户占用。然后,利用认知车联网中车辆位置预测技术,计算车辆位置和信道状态信息,并据此设置置信值,删除置信值低的次用户。最后,在融合中心采用加入置信值的似然比融合规则得到最终判决结果。仿真结果表明,与传统算法相比,所提算法能有效提高频谱感知性能并缩短感知时间,尤其适用于对实时性要求较高的车联网系统。     

认知无线电网络中安全的协作频谱检测算法

在认知无线电网络中,当认知用户存在虚假感知信息SSDF时,协作频谱感知的性能会受到巨大影响。为了确保频谱感知的鲁棒性,提出了一种基于信誉度加权序贯频谱检测算法来识别恶意用户并减轻他们造成的影响。该算法通过使用认知用户的近期感知信息计算本地信誉度函数,再综合考虑其信誉值与感知过程中表现的稳定程度以消除恶意用户对主用户的传输效率带来的影响。仿真结果表明,在恶意攻击环境下,新算法优于现有典型协作频谱感知算法。     

基于能量分类器的抗SSDF攻击协作频谱感知算法

频谱感知是认知无线电通信的重要环节,SSDF(Spectrum Sensing Data Falsification)是协作频谱感知面临的严重安全威胁。SSDF攻击方式逐渐呈现动态化的趋势,传统防御算法因假定攻击强度保持不变而难以识别动态的篡改数据。针对动态化的SSDF攻击,提出一种基于能量分类器的抗SSDF攻击协作频谱感知算法。该算法首先通过分析动态SSDF攻击的特性,结合距离判别法将邻居节点能量分类,通过将分类结果与本地结果进行对比来识别恶意邻居节点;然后本地节点在滑动时间窗内根据历史频谱判决信息和当前频谱判决信息建立信誉模型,并由此更新各邻居节点的信誉值;最后,本地节点实施加权协作频谱感知。仿真结果表明:相比LDCSS(Largest Deviation-based distributed Cooperative Spectrum Sensing)算法和RBCSS(Reputation-based Cooperative Spectrum Sensing)算法,所提算法在动态SSDF攻击的攻击强度接近阈值时频谱检测概率分别提高了15%和16%,显著增加了认知网络的协作频谱感知性能,提升了频谱共享的效率。     

认知无线电协作频谱感知机制的优化

频谱感知的目标是在尽量避免对主用户造成干扰的条件下为感知用户提供尽可能多的频谱接入机会。由于单用户频谱检测算法的局限性,协作频谱感知被提了出来。在满足对主用户干扰限度的条件下,为了使单个授权信道的频谱感知效率达到最大,引入一种新的协作频谱感知机制,联合优化包括感知时间、传输时间、参与协作的感知用户数目在内的感知参数,并通过穷尽搜索算法得到最优解。在此基础上研究了多个授权信道情况下的频谱感知效率问题,提出了一种授权信道选择分配方案。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于循环谱的中继合作频谱检测方法

结合循环谱检测和中继合作检测,提出一种衰落信道频谱检测方法。利用不同信道的信道增益和认知用户间的相关性,构建两用户合作信道模型,给出检测统计量的表达式。在此基础上,分析多用户网络的中继合作并进行检测性能仿真,结果表明,当虚警概率较小时,该方法能提高检测概率和检测灵敏度,且灵敏度的增益随认知用户间距离的增大而减小。