认知无线电网络中基于协作中继的资源分配算法

在认知无线电网络的协作中继机制下,中继节点利用其和源节点以及目的节点的不同公共信道为二者的通信转发数据,可以有效解决次用户的通信需求和可用带宽之间的矛盾,提高频谱利用率和系统吞吐量。基于协作中继的认知无线电网络中,不同通信链路上可能存在公共可用信道,使信道和中继的分配问题变得复杂。本文研究了公共信道存在的情况下系统的资源分配问题,基于网络最大流理论提出了两种算法:并行算法和贪婪算法,并分析了算法复杂度。仿真结果表明,两种算法都能够更有效地分配资源,提高频谱利用率,改善网络吞吐量。并行算法可以得到最优解,但其复杂度随信道公用程度的上升增长迅速,受节点并行处理能力的限制,只适用于信道公用程度较低的情况。贪婪算法不一定能得到最优解,但其复杂度较低,并且信道公用程度高时接近最优解,因此超出节点的并行处理能力后,可以选择贪婪算法。      

认知中继网络的多中继选择方法

将中继协作技术用于认知无线电网络可有效对抗信道衰落,提高频谱利用率,然而如何选择中继协助源节点传输信息是一个亟待解决的问题。该文根据多中继协作时目的节点信噪比的一阶偏导数特征,定义了中继协作效率,设计了基于协作效率的迭代中继选择方案。考虑到认知中继网络的非集中式结构,该文将虚拟计时器引入中继节点,提出了基于迭代中继选择方案的分布式算法,通过各中继基于协作效率的虚拟倒计时及信息交互实现了分布式迭代中继选择。复杂度分析和数值仿真结果表明,该算法复杂度较低,且性能接近最优解。     

基于中继的协作频谱感知

频谱感知技术是认知无线电系统实现的前提和基础。由于无线衰落环境下单节点频谱感知结果可靠性不高,主要讨论协作频谱感知中的中继协作频谱感知技术。针对单个中继节点的协作频谱感知网络,分析了在AF协议下的频谱感知结果。导出了在瑞利衰落环境下中继节点参与协作感知的检测概率上限的闭合表达式,并进行了数值仿真。数值分析结果表明中继节点参与协作能够提高频谱感知性能。     

认知自组网分布式频谱感知最优协作算法

认知无线电技术使得自组织网络节点能够充分利用空闲频谱资源,提高了传输性能。通过协作频谱感知,可有效解决由于无线信道存在阴影、噪声和衰落等情况导致的单节点感知准确性偏低。为了解决梯度算法随着协作节点数量增大后计算复杂度变高,文中提出部分梯度算法ψ-GBCS,该模型通过基于SNR的动态阈值保证了感知准确性,同时通过最佳协作节点数提高了感知效率。仿真结果表明,该模型下,综合评估系统效率和性能的J函数值提高37%,能耗降低50%,有效保证大规模认知自组网频谱感知的鲁棒性,降低了对主用户的干扰及设备功耗。     

基于信道统计特征的认知无线电协作频谱检测

针对认知无线电到融合中心间的控制信道为Nakagami-m衰落信道的情况,研究了认知无线电协作频谱检测问题,推导出融合中心利用衰落信道统计特征的似然比协作频谱检测公式.该方法不需要瞬时信道状态信息,简化了协作频谱检测过程,便于实际应用.通过仿真对融合中心的协作频谱检测性能进行了分析,结果表明:利用衰落信道统计特征的似然比协作频谱检测的性能较利用瞬时信道状态信息的似然比频谱检测性能略有下降,但是在高信噪比或衰落不严重的情况下,二者的性能非常接近,认知无线电节点个数对两种频谱检测方法间的性能差距几乎没有影响.     

基于SNR比较的协作频谱感知研究

频谱感知是认知无线电中通过发现可用频率资源提高频谱利用率的关键技术。协作频谱感知能一定程度上消除多径和阴影的影响,为了进一步提高频谱检测性能,提出了一种基于SNR比较的协作频谱感知算法。在此算法中,各个认知用户将各自的本地判决结果和自身的SNR值发送到数据融合中心,通过SNR比较,对各CR用户进行筛选,选出符合算法要求的CR用户参加协作检测,进行数据融合。计算机仿真表明,该算法能有效提高检测性能,并减少判决融合的节点数量。     

基于节点选择的能量高效的协作频谱感知算法

针对认知无线电中协作频谱感知能耗高的问题,提出一种基于节点选择的能量高效的协作频谱感知算法。该算法在保证感知性能的同时优化感知节点数量,从而达到高效节能的目的,其核心是采用能量高效的节点选择算法。该算法综合考虑了感知性能和能耗,仿真结果表明该算法在保证感知性能的同时能有效降低协作频谱感知的系统能耗。     

认知无线电中协作频谱感知技术研究

由于无线通信用户的增多和采用的固定频谱分配模式,使频谱资源越来越紧缺,认知无线电的出现极大地提高了频谱的利用率。该文对基于能量检测的单节点检测和协作检测技术进行了分析和讨论,重点分析了协作检测中的数据融合算法,并对几种融合算法和能量检测算法进行了性能的仿真分析。通过分析及仿真结果可以看出,协作检测与单节点检测相比,有效地提高了检测概率。     

无线网络中基于优先级竞争的协作媒质接入控制协议研究

提出了一种适于无线网络的基于优先级竞争的协作媒质接入控制(PBC-CMAC)协议。该协议首先由源节点根据本地中继信息表选择2个最佳候选中继节点,以反映缩短传输时间程度的中继效率值区分优先级,并在CRTS分组中宣布。被选择的候选节点通过侦听源节点与目的节点交换的控制分组,可得到即时的相关速率信息,并结合自身优先级无冲突竞争成为最终的中继节点。该协议可以从所有可能的中继节点中快速、无冲突地选择出适于当前信道质量状态的最佳中继节点进行协作传输,提高了中继节点选择的成功率和协作效率,改善了网络接入性能。仿真结果表明,与IEEE 802.11 RTS/CTS和CoopMAC协议相比,PBC-CMAC协议有效提高了无线网络的多址性能。     

一种认知无线网络中的协作感知优化方法

认知无线电技术能够显著提高频谱资源的利用率,因此越来越受到学术界的关注。频谱感知是认知无线电的基础,一方面它要求能够快速找到可用频谱,另一方面当授权用户返回时又要求能够快速释放信道避免干扰。提出了一种认知无线网络中多用户协作感知分级方法,并通过数学推导给出最优的分级策略。仿真结果表明,采用所提出的协作频谱感知方法,能够提高认知无线网络的吞吐量。     

Equation Chapter 1 Section 1基于中继的协作频谱感知性能分析及优化

提出了一种基于目标的中继协作频谱感知方案,证明了SU到SR链路上的信道条件对系统性能有较大的影响;鉴于此,提出了一种优化的最佳中继协作频谱感知(optimized BRCSS)方案,通过联合考虑目标SU到SR链路上的信道条件和 SR 到 FC 链路上的信道条件选择最佳认知中继;最后,从更实际的应用场景考虑,为了节约系统开销,进一步提出了一种自适应的最佳中继协作频谱感知方案（A-BRCSS）,即 SU 根据其信道条件,自适应地选择是否需要认知中继的协作传输。分析和仿真结果均表明,相比传统最佳中继协作频谱感知方案, Optimized BRCSS方案可以实现更高的感知性能;所提A-BRCSS方案可以实现几乎最佳的感知性能。     

基于认知无线电系统的协作中继分布式功率分配算法

协作通信与直接通信相比能够显著地提高系统性能。协作通信中的一个关键问题是管理中继节点及有效地进行功率分配。尤其对于频谱共享的认知无线电(Cognitive Radio,CR)系统,协作方案的设计不仅要最大限度地提高认知网络协作的功率效率,而且需要最小化对主系统的干扰。该文针对认知无线电系统的协作通信问题,在多个中继节点与源节点协同通信的场景下,提出了一种基于放大转发(Amplify and Forward,AF)模式下的功率分配及联合优化算法,在保证主系统传输性能不受影响的前提下,提高认知系统的传输速率。仿真结果表明该文提出的自适应协作传输方案,和直接传输及等功率传输方案相比获得了进一步的性能增益,中断概率显著下降。     

基于协作通信的最佳中继选择方案

协作通信中的机会中继是一种基于即时信道状态选择的中继选择算法,可以获得与传统协作分集技术相同的分集增益,而不需要使用复杂的空时编码技术。但是多个节点同时竞争最佳中继时,可能出现冲突而导致选择失败。提出一种新的方案,通过引入候选节点限制策略以及控制信道对算法进行改进,仿真表明,该算法特别适用于候选中继较多的情况,可以在实现快速选择节点的同时降低选择失败概率。     

认知无线电网络中基于协作水平的协作门限与功率联合优化

将协作传输技术用于认知无线电网络不仅增强了系统抗衰落能力,而且有效提高了频带利用率。但是,中继节点何时必须参与协助源节点传输信息是一个值得考虑的问题。该文提出一种基于协作水平的中继协作准则。首先给出协作水平的定义和表达式,并基于此式推导了系统平均带宽利用率和误符号率公式,然后由二者的折中得到关于协作门限和功率比的性能函数。为了使系统获得最优性能,文中采用粒子群优化算法联合优化协作门限和功率比。仿真结果表明,良好的源节点到目的节点的链路状态和尽量使用中继参与协作均有助于系统性能的最优化。     

一种基于机会中继的多跳协作MAC机制

现有协作MAC机制的实现过度依赖于协作表中的信息,而协作表中的信息并不是瞬时更新的,并且协作表的建立和更新都需要额外的开销。针对这些不足,充分利用协作发送的特性,提出一种基于机会中继的多跳协作MAC机制。在ORMAC机制中,节点通过侦听MCTS估算中继信道的误包率,当数据传输失败后,候选中继节点根据误包率设置退避定时器的初值,以选择出最佳的中继节点参与中继重传,以此在不可靠的无线信道实现数据的可靠传输。在NS2.28上搭建仿真平台,仿真结果证实了ORMAC机制能有效地提高系统中的平均吞吐量和交付率。     

改进的可靠信道路由算法在认知无线电Ad-hoc网络中的应用

针对认知无线电网络中传统路由可靠性较低的问题,提出了一种改进的可靠信道路由算法(Improved reliable channel routing,IRCR)。算法根据认知无线电网络频谱的动态性,利用相邻节点间信道利用率,选择可靠邻节点,并根据可靠邻节点建立可靠路由。仿真结果表明,与传统频谱感知按需路由协议(spectrumaware on-demand routing protocol,SORP)相比,IRCR具有较高的数据包投递率和较低平均时延。     

一种交互式中继选择策略

提出了一种协作中继网络的交互式中继节点选择(IRS)策略。用户首先分布式构造基于信道状况及中继节点负载情况的中继选择函数,选择最优的中继节点;中继节点再根据资源分配情况、业务优先级以及加权信道调度算法进行反向用户选择。仿真结果表明,相比于已研究的算法,所提出的IRS算法结合了信道状况、MAC层资源与用户业务状况等因素,利用用户和中继之间的两步式交互中继选择来调节小区内的用户负载分布,获得了小区吞吐量与用户公平性之间的折衷。     

基于协作频谱预测的能量有效性分析

在认知无线电网络中,传统的次级用户随机选择信道进行感知,这在电池供电的认知无线电网络中会造成能量的浪费。研究了协作频谱预测下的能量有效性设计,次级用户采用协作频谱预测的方式会极大地提高感知到空闲信道的能力,进而成功地进行数据传输。仿真了在不同的频谱预测能量消耗、频谱预测错误概率和协作用户数量下的能量有效性,结果表明协作频谱预测能量有效性优于传统非协作频谱预测。     

协作认知无线电网络频谱检测性能分析

阴影热点区域环境复杂,信号传输损耗更大,协作中继转播功能能够提高通信性能.文章对阴影衰落信道上多中继认知无线电系统的联合频谱检测概率进行了分析,计算基于解码转发机制的中继器的成功解码概率;分析中继器对于一级和二级用户的中断概率的影响.误警率为0.1和0.05条件下的检测概率、一级系统和二级系统的中断概率等性能的仿真结果表明:中继器协作检测可以提高检测性能;协作中继转播可以在保证授权用户所需中断概率条件下降低认知用户的中断概率;结合联合频谱检测和协作中继转播,能提高系统通信性能,提高频谱使用效率.     

基于SNR比较的认知无线电协作频谱检测

协作频谱检测是认知无线电中的一项关键技术,其检测性能取决于感知节点的本地频谱检测结果的可靠性,而目前已有的方案中对此却很少考虑.对此,认为不同的认知节点信噪比(SNR)导致了各节点本地检测结果的可靠性不同,故在此基础上提出了一种基于融合中心进行SNR比较的认知无线电协作频谱检测算法.在该算法中各认知节点将本地的判决结果和估计的SNR同时发送到融合中心,然后在融合中心对SNR进行比较,按照文中设计的规则来选取有较好SNR的认知节点参与判决融合.数值分析和计算机仿真表明,该方法能有效提高检测概率,并减少参与判决融合的节点数量.