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。     

p次方检测器的协作频谱感知网络性能优化

在保障主用户通信不受干扰的前提下,合理分配感知系统时隙,最大限度地增大认知网络吞吐量,提出优化方案,在考虑无线瑞利信道和一定错误率的报道信道条件下,对采用p次方检测器的协作频谱感知网络联合优化,得出p次方检测器的次方数和最佳感知时间τ,以使认知网络吞吐量最大。理论分析与仿真结果表明,协作频谱感知网络存在最佳次方数p和最佳感知时间τ,以满足认知网络吞吐量最大化,从而提高网络频谱利用率。     

双阈值能量检测的无线电网络协作频谱感知

针对认知无线电网络中协作频谱感知使能耗增加而降低网络寿命的问题,提出了一种双阈值能量检测的协作频谱感知方案.利用基于双阈值的能量检测方法最大化网络吞吐量,使能耗低于一个阈值同时保护主用户不受次用户的干扰.利用凸优化分析来获得感知时间和检测阈值的最佳值.仿真结果表明,方法能有效权衡网络吞吐量与能量效率之间的关系,相比传统的频谱感知方法,具有明显的优越性.     

基于分簇协作频谱感知的认知无线网能量效率研究

针对认知无线网能量消耗引起的能量效率较低问题,在研究认知无线网分簇协作频谱感知能量效率的基础上,提出了一种最优功率分配算法来最大化次用户系统的能量效率。通过建立基于次用户能量效率最大化传输优化模型,在考虑传输功率、感知时间以及干扰限制的情况下,利用拉格朗日函数及KKT条件,得到最优次用户发射功率分配算法,以达到系统能量效率最大化的目的,同时分析了不同参数对能量效率的影响。仿真结果表明,本文所提算法能有效提高次用户系统的能量效率、减少系统开销。     

认知无线电中一种n步串行信道感知策略

为了提高频谱感知的整体性能,基于链路层多认知用户集中式协作感知思想,提出一种带缓冲区的双周期n步串行协作感知机制.该机制利用多认知用户分时、分段协作提高频谱感知效率,建立频谱池缩短被中断用户切换延迟时间,使用离散马尔可夫模型对感知参数建模,通过求解最优搜索步长和双感知周期比,提高认知用户频谱感知性能和QoS.仿真实验结果显示,该算法在感知效率、被迫中断概率和中断时间方面均优于随机搜索和传统串行搜索策略.     

认知OFDM系统中基于能耗受限的频谱感知方法

针对传统频谱感知方法没有考虑能耗受限对认知系统的影响,以认知正交频分复用(OFDM)系统为背景,提出一种基于能耗受限的联合优化频谱感知方法。该方法基于传统能量检测方法,以最大化吞吐量性能为目标,将频谱感知问题建模为一个优化问题,联合多个频带选取最优感知时间和判决门限参数,使其在能耗受限的情况下,总吞吐量达到最大。仿真结果表明,与传统使用能耗均分的检测方法相比,该方法具有更大的吞吐量,能够更好地节约能耗。     

协作频谱感知安全问题研究

针对认知无线电网络中协作频谱感知中安全问题,分析了模拟"主用户"PUE和篡改感知数据SSDF两种攻击方式,重点研究了SSDF攻击下的协作频谱感知安全方案。在比较现有抗SSDF攻击方案协作感知性能的基础上,提出了基于四门限决策的改进型WSPRT。结果表明,改进型WSPRT方案相比于传统方案,具有更好的协作感知性能。     

认知多中继网络中断性能优化研究

研究了认知多中继网络的中断性能优化方法,提出了认知节点发射功率最大值受限和主用户干扰功率受限条件下的最优功率分配(OPA)方法,优化设计感知时间使认知中继网络的中断性能最优。仿真结果表明,最佳功率分配方案的中断性能优于等功率分配(EPA)方案,且存在最佳的感知时间使认知多中继网络的中断性能最优,在高信噪比区域采用多个认知中继协作传输可有效提高认知无线电网络的中断性能。     

动态频谱管理中频谱机会发现与授权用户保护的折中优化研究

在基于认知无线电的动态频谱管理中,频谱感知需要发现更多的频谱机会,同时尽量减少对授权用户的干扰。文中研究了能量感知中这两个性能指标的折中优化问题,建立了以两个指标的加权作为优化目标函数、感知时间和感知门限作为优化变量的联合优化模型,并证明了该问题属于双凹优化问题。提出了基于迭代凸优化搜索的优化算法,该算法在不依赖预置感知门限或感知时间的情况下,能够快速获得近似最优解。仿真表明, 相比于单参数优化方法,所提联合优化算法 的性能平均提高了32%和85.9%。     

认知无线网中基于大数据分析的感知时间与功率优化研究

随着无线网络的迅速发展,信息社会进入了大数据时代.无线网络数据爆发式的增长和频谱的稀缺影响着网络的通信效率.为了降低认知无线网中认知用户对主用户的干扰,并为了最大化系统的认知吞吐量,通过大数据技术分析最优感知时间与最优功率的分配,从而最大限度地优化认知网络,最大化认知无线网络的认知吞吐量.提出了一种基于大数据分析优化感知时间与功率的方案,单独分析了两个参数,通过大数据技术联合两者优化,确定了最优感知时间与功率.与传统穷举方案相比,所提方案认知用户的收益更高,且复杂度较低.     

Cooperative spectrum sensing based on stochastic resonance in cognitive radio networks

A new censoring cooperative spectrum sensing scheme based on stochastic resonance(SR)technique in cognitive radio(CR)network is proposed in this paper.The observations of the cooperative secondary users(SUs)whose statistics fall into the censoring interval are processed by SR system in the proposed scheme.The hard fusion and the soft fusion for the censoring cooperative spectrum sensing scheme are analyzed respectively.Theoretical analyses and simulation results show that the proposed censoring cooperative spectrum sensing scheme has the same detection performance as and lower computational complexity than the method that each cooperative SU performs spectrum sensing using SR-based energy detection,and its detection performance is superior to that of the conventional method that all the cooperative SUs perform spectrum sensing using energy detection in hard fusion.In soft fusion,the proposed censoring cooperative spectrum sensing based on equal gain combination can achieve the optimal sensing performance approximately.     

单天线认知无线电中的协作频谱感知和无线能量传输

在单天线认知无线电中,可以通过天线协作频谱检测来提高检测衰落信道中主用户(Primary User,PU)存在的传感性能。然而,由于协作频谱检测,认知无线电(Cognitive Radio,CR)可能消耗更多的存储能量,从而降低其传输性能。为了保证其传输性能,提出了一种同步协作频谱检测和无线功率传输的方案,该方案可以收集PU信号的射频(Radio Frequency,RF)能量,以提供频谱检测消耗的能量。提出了时间分流模型、实现了协作频谱检测,能量收集和数据传输的同步。制定了适用于该方案的优化问题,以最大化同步协作频谱检测和无线功率传输模型中认知无线电的频谱效率,分别受限于检测的概率和收集的能量。最后通过计算得到的最佳分配因子,以实现了频谱效率的最大值,并通过仿真得出了结论。     

基于BP神经网络的协作频谱感知技术

认知无线电技术可以利用主用户未使用的频谱资源来有效地提高频谱利用率。单用户感知技术虽然简单但可靠性较低,协作频谱感知技术可以显著地提高频谱感知的性能。现有的大部分协作感知都是在假设各认知用户的信噪比相同的前提下进行研究。然而在实际环境中,由于每个认知用户所处的环境不同,其信噪比不同,对融合中心判决的影响也不同。如何在提升检测性能的同时提升系统的能量效率是关键问题。提出一种基于BP(Back Propagation)神经网络的协作频谱感知技术,它利用频谱环境的历史信息,通过BP神经网络提高频谱感知性能。仿真结果表明,该算法可以在保证协作感知性能的同时减少参与协作的认知用户数,从而减少能量消耗。     

Partial cooperative spectrum sensing schedule in cognitive network

Cognitive radio has emerged as a promising technology for maximizing the utilization efficiency of the limited spectrum resources while accommodating the increasing amount of services and applications in wireless networks. One of the most important and critical components of the cognitive radio is spectrum sensing and accordingly, detection of primary users. Considering the hardware constraints existing in cognitive devices, based on the coarse estimation of channel occupancy, partial cooperative spectrum sensing with adaptive spectrum schedule scheme is proposed to increase the possibility to discover more spectrum opportunities promptly. Simulation results show the gain of sensing performance and the energy-saving feature of partial spectrum sensing. Special security scheme is designed to protect the reliability of sensing result from the false message attack. For the scenarios tested, the proposed scheme is shown to increase opportunities by up to 15 percent.     

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.     

基于双门限的多天线分级融合协作频谱感知

针对当前协作频谱感知检测性能和协作开销的矛盾,提出了一种基于双门限能量检测的多天线认知用户分级融合协作频谱感知机制。通过引入多天线平方律合并技术,利用空间分集增益提高了认知节点的本地感知性能,并设置门限将本地感知结果划分为1 bit、2 bit两种,通过融合中心限制参与融合认知节点的最小个数,认知用户分级上传感知结果,融合中心根据上传结果分级融合感知信息。仿真结果表明,该机制较好地实现了感知性能和通信开销的折衷,同时对双门限区间的取值有较好的鲁棒性;当大部分感知数据落入双门限之间时,明显降低了有故障节点时感知失败的概率。     

Cooperative sensing using inactive secondary users in cognitive radio system

To enhance the spectrum sensing performance in cognitive radio system, a new cooperative spectrum-sensing scheme by using inactive secondary users （SUs） is proposed. Cooperative sensing is performed among SUs only when they have data to transmit. The inactive SUs have been introduced to cooperation group in the event that there are no enough active SUs to obtain the predefined spectrum detection performance cooperatively. Both the theoretical analysis and simulation results demonstrate that the performance of the trade-off between the time period used for sensing and the achievable throughput can be improved by utilizing the inactive SUs. The optimized additional listening time for inactive SUs can be obtained after the weights of the achievable throughput and the efficiency are determined.     

协作频谱感知的系统效用优化分析

协作频谱感知可以提升认知无线电的频谱感知能力,但不同的系统参数对协作频谱感知系统的性能会产生不同的影响。在综合考虑系统资源利用率和归一化吞吐量的情况下,对不同条件下用户数和感知时长对系统性能的影响进行分析。并在检测概率约束条件下,对结合系统检测概率和归一化吞吐量的系统效用提出优化方法,可以求出满足条件的最大系统效用值。仿真结果表明,在不同的环境和条件限制下,达到最大系统效用所需要的用户数和感知时长也是不同的。