基于信道状态感知的多信道认知多址接入协议

摘 要：针对多信道认知无线网络中预约信道与多个数据传输信道的状态不一致会降低认知多址协议性能的问题,提出了基于数据信道状态感知的多信道认知多址协议——CAM-MAC协议。该协议在预约信道上优化握手机制来减少平均成功预约时长;而在Nakagami衰落数传信道上采用跨层方法设计了基于瞬时SNR的自适应传输机制来提高数据传输速率。通过上述机制,CAM-MAC协议可以有效提升系统性能。分析与仿真均表明：该协议在饱和吞吐量上有较大提升,在特定场景下可提高约50%。     

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。     

基于跨层优化的机会频谱接入算

针对周期性信道感知机会频谱接入系统,首先采用马尔可夫过程对次用户的感知活动进行建模分析,然后结合物理层和MAC层参数提出一个跨层性能指标--有效传输容量,并在最大化有效传输容量准则下提出一种跨层优化机会频谱接入算法,进而分析了机会频谱共享系统可获得的平均有效传输容量.理论分析和仿真结果表明,所提出的跨层优化接入算法性能优于单层优化接入算法,它可以使次用户获得更高的有效传输容量.     

QoS保证的多信道混合接入CRN频谱共享策略设计

根据既不对主用户(Primary Radio user,PR)产生干扰,又对认知无线电用户(Cognitive Radio user,CR)提供QoS保证的原则,将认知无线电网络(Cognitive Radio Network,CRN)中多信道接入频谱共享问题建模为混合整数非线性规划。采用多级功率限制保证PR不被干扰,以CR物理层能够提供的速率作为信道和功率分配的依据,提出将能够为CR提供最大传输速率的信道分配给该CR的分配策略,将混合整数非线性规划转化为整数线性规划,并给出集中式启发算法和基于功率速率比(Power Rate Ratio,PRR)最小的分布式启发算法求解该整数线性规划。仿真结果表明,文中给出的算法能够提供较高的CRN吞吐量和较好的CR用户QoS保证。     

非理想信道感知下的频谱共享容量的理论分析

在现有的以理想信道感知为条件的机会频谱共享容量分析基础上,重点讨论非理想感知对机会频谱共享中次用户信道容量的影响。关注两条不同传输途径的信道,一条是从次用户发送端到次用户接收端的无线信道,另一条是次用户发送端到主用户接收端的无线信道。以主用户接收端功率受限作为约束条件,得到了关于非理想信道信号噪声比条件下机会频谱共享的次用户信道容量的关系表达式。首先分析次用户发送端到主用户接收端信道和次用户发送端到次用户接收端信道为非对称时次用户的信道容量,其次分别探讨不同衰落信道模型下两条信道上感知（包括信道估计和预测）误差为对称和非对称结果时,次用户信道容量的变化。     

一种非理想感知条件下的双门限机会频谱接入策略

为了有效提高认知网络中次用户的吞吐率性能,提出了一种应用于非理想感知条件下的双门限机会频谱接入策略。该策略能在次用户对信道占用情况感知非理想的条件下,综合考虑次用户的信道质量和非准确的信道占用信息,使次用户在信道感知为空闲和占用时分别以不同的信道质量门限选择接入信道,从而最大程度地利用信道质量较好的传输机会,提高次用户的吞吐率性能。结合本策略,建立了以次用户的有效吞吐率最大化为目标、以对主用户的干扰程度为约束条件的优化问题,并在次用户对信道感知存在误差的条件下给出了最优门限的设计方法。仿真结果表明,所提出的双门限机会频谱接入策略能够在非理想感知条件下显著提高次用户的有效吞吐率。     

多天线认知无线电网络多信道联合频谱感知策略

当前,以单天线认知用户组成的认知无线电网络同时协作检测多个信道的分配策略得到了广泛研究,而在认知用户可以灵活选取自身天线进行空间分集接收的条件下,当联合感知多信道时,多天线认知无线电网络如何获取最优的天线分配策略仍有待进一步研究。为解决这一问题,在限制各信道最大虚警概率的前提下,以最小化所有信道漏检概率之和为目标,建立了优化模型,并提出了基于分支定界的算法和基于贪婪思想的启发式算法。前者可以获得最优策略,但复杂度较高,后者以牺牲较小检测性能为代价,明显降低了复杂度,有效实现了检测性能与复杂度的平衡,并且在保护各个信道上主用户免受认知用户干扰层面,一定程度上兼顾了公平性。      

基于瑞利多径衰落信道的信号包络频谱感知

为提高信号采样值之间的相关性和降低噪声对感知性能的影响,该文提出基于信号包络自相关矩阵的频谱感知算法。首先对采样信号等间隔时长截取,以相邻间隔的采样值计算信号自相关性,并构造出近似自相关矩阵。其次依据矩阵次对角线元素性质构造了统计量。分别计算了该统计量的检测概率分布函数与虚警概率分布函数,分析了频谱感知算法的检测性能,算法优化了信号相关性的计算,降低了噪声对感知性能的影响。最后通过仿真验证了不同参数对检测概率和虚警概率的影响,并提出了进一步提高检测性能的措施。

     

主动式频谱感知的改进型信道切换算法

针对无线信道频繁切换而导致系统性能下降的问题,在传统算法的基础上,提出了改进型信道切换算法.通过信道空闲时长的预测和比较策略,在对首要用户干扰最小的前提下,对信道进行切换控制,有效降低了信道切换代价,减小了感知开销.仿真验证表明：采用改进型信道切换算法能够有效减少信道切换次数约20%.     

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。     

Variable Persistence Sensing Schemes for Opportunistic Spectrum Access

Cognition technologies can significantly enhance spectrum utilization through secondary usage. Secondary users （SUs） search for spectrum holes which are not used by Primary users （PUs） and communicate through them. The design and analysis of simple opportunistic spectrum access schemes for maximizing utilization efficiency and minimizing delay of SUs under limited sensing bandwidth and energy is still at infancy. In this work, we consider PU＇s frequency occupancy patterns and propose three simple variable persistence sensing schemes for maximum exploitation of idle spectrum chunks by SUs, and perform their theoretical analysis. Numerical case studies are presented to verify the theoretical analysis and illustrate the performance of the schemes proposed.     

基于竞争双深度Q网络的频谱感知和接入

认知用户通过频谱感知和接入过程识别频谱状态并占用空闲频谱,可有效利用频谱资源。针对频谱感知中存在感知错误和频谱接入中存在用户碰撞的问题,首先建立多用户多信道模型,设计频谱感知和频谱接入过程;然后通过结合双深度Q网络和竞争Q网络,设计竞争双深度Q网络,解决过估计问题的同时优化网络结构;最后通过智能体与所设计模型中状态、观测、回报和策略的交互,完成使用竞争双深度Q网络解决频谱感知和接入问题的一体化研究。仿真结果表明,相比于已有深度强化学习方法,使用竞争双深度Q网络得到的数值结果更稳定且感知正确率和信道利用率都提高了4%。     

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。     

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。     

分段LFM调制随机波形反侦察设计

频谱感知通过搜索空间中的空闲频段或干扰较少的频段,为未授权用户提供频谱接入的机会,是认知雷达中的一项关键技术。众所周知,协作感知可以提高频谱感知的精度,但是往往需要设置专门的控制信道来汇报协作节点的本地感知结果。这种汇报方式不利于节约信道资源。为了解决这一难题,提出了一种直接利用感知信道进行感知结果汇报的协作感知机制。该机制通过本地感知和协作感知的自适应切换及汇报节点的自适应功率控制,不仅提高了频谱感知的精度,而且节约了汇报信道资源。最后,通过仿真实验验证了该机制的有效性。文中提出的协作感知机制对认知雷达系统的设计具有重要的理论和实践意义。     

Performance Study for Two-Tier CDMA Cellular Systems with Multi-Channel Access

The CDMA cellular system can provide more capacity than AMPS systems and the hierarchical layer of cells is required for system design. However, system performance and capacity is degraded due to the cochannel interference between microcell and macrocell if a single frequency channel is shared. This paper proposes three multi-channel access schemes where various frequency channels are assigned for microcell and macrocell. Performances of channel capacity, blocking probability and blocking ratio in uplink and downlink are evaluated. Due to channel segregation and thus the cochannel interference among macrocell and microcell are minimized, the proposed scheme 3 where all channels are accessible sequentially in macrocell and microcell performs the best in system capacity and blocking probability than the other schemes.     

非理想信道检测的认知无线电网络中能量感知频谱接入

Due to the problem of spectrum underutilization and energy inefficiency in wireless communications, the research on energy efficient Cognitive Radio Networks (CRNs) has received significant attention in both industry and academia. In this paper, we consider the problem of optimal spectrum selection and transmission parameters design with the objective of minimizing energy consumption in CRNs. Since the system state cannot be directly observed due to miss detections and estimation errors, we formulate the optimal spectrum access problem as a Partially Observable Markov Decision Process (POMDP). In particular, the proposed scheme selects the optimal spectrum, modulation and coding scheme, transmission power, and link layer frame size in each time slot according to the belief state, which captures all the history information of past actions and observations. The optimal policy can be acquired by solving POMDP problem with linear programming based algorithm. Simulation results show that significant energy savings can be achieved by the proposed scheme.     

感知时间等比缩减的机会频谱接入算法研究

以认知无线电(Cognitive Radio,CR)技术为基础,以电视频谱资源研究为实例提出了一种基于感知时间等比缩减的机会频谱接入算法(SGPR)。该算法与其他固定感知时间长度算法比较,相对缩减了频谱感知时间,增加了系统传输时间,从而提高了认知网络系统的吞吐量,仿真验证了该算法的有效性。