基于非理想感知的认知无线电系统感知时间与频谱分配联合优化算法

针对非理想感知情况下感知时间与频谱分配联合优化问题,同时考虑漏检与主用户重新占用频谱两种场景所造成的主次用户碰撞,并通过量化主用户对认知用户的干扰,给出有无主用户存在时认知系统可获得的吞吐量。在总传输功率约束以及对主用户的最大干扰功率约束两个限制条件下,以最大化系统平均吞吐量为优化目标,给出感知时间与频谱分配联合优化算法。算法首先通过折半法搜索最优感知时间,在既定的感知时间下,将子信道分配给能获得最大平均吞吐量的认知用户,在此基础上,利用凸优化相关理论求得最优功率分配。仿真结果表明,本文所提算法相比于传统频谱分配算法系统平均吞吐量性能提升了10%左右。     

全双工中继协作下的认知MIMO系统吞吐量最大化研究

本文研究了全双工中继协作下的认知MIMO系统的平均吞吐量最大化问题。与传统的中继协作认知无线电系统不同的是,该系统模型中的双工中继节点既能协助认知用户源节点进行多天线频谱感知以提高频谱检测性能,也能解码转发认知用户源节点的发送信号以获得更大的系统吞吐量。为使系统平均吞吐量最大,首先,本文以认知用户能获得的最大平均频谱空洞被发现的概率为目标,对系统的帧结构进行优化以获得最佳的感知时间,接着对多个发送天线进行优化以选择出最佳的发送天线,并推导出了在总的发送功率和对主用户干扰受限条件下的认知用户源节点和双工中继节点的最佳功率分配方案。最后的仿真结果表明本文提出的系统模型和优化方案相比传统的双工等功率分配方案以及单工功率分配方案能够获得更大的系统平均吞吐量。      

感知频谱共享下的多天线功率优化分配算法研究

本文构建了一种在感知结果下具有多天线次用户的频谱共享模型,该模型由单入单出主用户对和多入单出认知用户对构成。当认知用户感知到主用户占用信道时,主用户向认知用户发送Message信息,使得认知用户发射端能够得知主用户对干扰总功率的限制要求,通过自适应地调整认知用户发射机的发射功率,以保证其对主用户不造成有害干扰;如果主用户未占用信道,认知用户立刻以最大发射功率占用信道。并分别在主用户存在和不存在两种情况下,优化认知用户发射机各天线的发射功率来最大化系统总的数据传输率。最后,通过数值仿真来验证推导出的功率分配策略,并对其进行分析和讨论。仿真结果表明:相比于机会频谱接入（Opportunistic Spectrum Access, OSA）和基于感知的频谱共享（Sensing-based spectrum sensing）模式,推导的功率分配策略在提出的模型中可以获得更高的信息传输率。      

认知系统中基于有限感知与混合保护的功率分配策略

研究了频谱共享环境中,一种基于认知用户有限感知区域与主用户混合保护措施的功率分配方法,在考虑主用户占用子信道概率的情况下,通过建立认知系统的多区域模型,提出了适应于主用户存在与否两种不同情况下的干扰避免策略。在满足认知用户自身最大功率约束与主用户混合干扰功率约束的条件下,基于最大化认知系统传输速率的目标,提出了各子信道集合的和功率以及不同集合内功率分配的联合优化方法,且复杂度较低。仿真结果表明,本文所提方法在不同参数设置下均达到了较好的速率性能,且远远超过机会频谱接入方式所获得的最大传输速率。     

基于空间位置的混合频谱共享系统功率分配研究简

针对次用户空间位置分布的随机性,提出空域混合Overlay/Underlay频谱共享模型以提高无线频谱利用率。根据次用户在不同空间位置对主用户的干扰,在主用户干扰容限约束下推导出次用户工作于Overlay状态和Underlay状态的空间区域;以最大化系统容量为准则建立认知系统功率优化分配模型,推导出次用户的最优功率分配方案,进而得到认知系统可获得的最大容量;理论和仿真结果表明,基于空间位置的混合频谱共享系统可以获得比Overlay系统更高的容量。     

混合式频谱共享系统功率分配研究

该文结合机会式频谱共享(Overlay)与共存式频谱共享(Underlay)提出一种混合式频谱共享模型。基于提出的模型,考虑次用户理想感知和非理想感知两种情况,采用离散状态马尔科夫过程对信道活动进行建模,进而在平均容量最大化准则下分析了混合式频谱共享系统的功率分配问题,导出了次用户的最优功率分配策略及系统可获得的最大容量。理论和仿真结果表明,基于最优功率分配策略的混合式频谱共享系统可以获得比Overlay或Underlay系统更高的容量。     

感知/传输帧结构下基于有效容量的多功率分配策略

传统认知无线网络功率分配时,一般假定主用户（Primary User,PU)状态在一帧内不发生变化,并且未考虑传输时延的问题。在下一代移动网络中,由于主用户活跃程度的提高以及严格的时延要求,上述问题是功率资源分配时亟需考虑的重要方面。针对这种问题,以最大化认知用户可获得的有效容量为目标,采用基于感知/传输帧结构的四状态三功率传输策略,从而满足时延约束要求,且考虑了主用户的活跃程度。建立了系统以及状态转移模型,设计了使用服务质量(Quality of Service,QoS)约束的平均信道有效容量优化函数,采用Lagrangian方法详细分析推导了最佳有效容量的理论近似值,并对影响有效容量的不同因素进行了仿真分析。与传统的传输策略相比,在保证主用户正常通信的前提下,采用所提算法,认知用户的有效容量得到了显著提高。     

主用户干扰约束下的机会频谱接入感知−传输时隙优化调度

提出一种基于主用户干扰约束的机会频谱接入感知-传输时隙调度优化方案。首先,推导切换机制下认知系统的吞吐量和主用户干扰率,建立感知时间和感知周期联合优化模型;然后,在主用户干扰率和次用户感知质量双重约束下,推导了可最大化认知系统吞吐量的最优感知时间和感知周期的闭合表达式;最后,阐述了时隙优化调度方案并计算了认知系统可获得的最大吞吐量。仿真结果表明,所提出的时隙调度方案可以为认知系统提供更高的吞吐量,并更好地适应主用户干扰率和感知质量约束的变化。     

主用户活跃性对新的认知无线电系统容量的影响

在机会频谱接入认知无线电系统中,认知用户只有在通过感知确定信道空闲时才可以接入授权信道,因此频谱感知对于系统性能影响非常重要。本文提出了基于新帧结构的四元频谱感知模型,考虑主用户活跃性对认知网络吞吐量的影响,采用可同时最大化感知和数据传输时间的新帧结构模型,不需要考虑感知和吞吐量的均衡。理论分析新模型下感知时间,主用户活跃性,目标检测概率,主用户接收信噪比对系统吞吐量的影响,并与传统模型进行对比。     

概率反馈动态频谱分配策略及性能分析

为了折衷认知用户吞吐量与平均时延,并适应多种网络业务需求,在认知无线电网络中引入概率反馈机制和能量检测阈值,提出一种新的动态频谱分配策略。针对认知用户的非理想感知结果,建立一种2类用户可能相互干扰的优先级排队模型,并构造状态转移概率矩阵。采用矩阵几何解方法求出系统的稳态分布,给出信道利用率、认知用户吞吐量、认知用户平均延迟及授权用户干扰率等性能指标的表达式。通过数值实验和系统仿真验证所提动态频谱分配策略性的有效性,并给出能量检测阈值的优化设置方案。     

认知OFDM无线电系统中分布式资源分配

本文针对多用户的OFDM认知无线电系统,提出了一种适合于混合业务的分布式资源分配新算法。该算法以最大化系统容量为目标,将资源分配问题建模为非凸优化问题,并通过拉格朗日对偶理论将原问题分解为若干个独立的子问题,通过对子问题的求解可以获得最优的子载波分配和功率分配。同时,根据认知用户业务分组中不同的业务类型授予其不同的权重因子,确保资源分配结果能够满足各认知用户的QoS。仿真结果表明,该算法不仅提高了系统容量,而且还保证了资源分配的公平性和用户的QoS,且算法复杂度不高     

一种新的认知无线电功率分配算法（英文）

Most resource allocation algorithms are based on interference power constraint in cognitive radio networks.Instead of using conventional primary user interference constraint,we give a new criterion called allowable signal to interference plus noise ratio(SINR) loss constraint in cognitive transmission to protect primary users.Considering power allocation problem for cognitive users over flat fading channels,in order to maximize throughput of cognitive users subject to the allowable SINR loss constraint and maximum transmit power for each cognitive user,we propose a new power allocation algorithm.The comparison of computer simulation between our proposed algorithm and the algorithm based on interference power constraint is provided to show that it gets more throughput and provides stability to cognitive radio networks.     

多用户OFDM系统中一种新颖的自适应功率分配方案

针对多用户正交频分复用(OFDM)系统自适应资源分配的问题,提出了一种新的自适应子载波分配方案。子载波分配中首先通过松弛用户速率比例约束条件确定每个用户的子载波数量,然后对总功率在所有子载波间均等分配的前提下,按照最小比例速率用户优先选择子载波的方式实现子载波的分配;在功率分配中提出了一种基于人工蜂群算法和模拟退火算法(ABC-SA)相结合的新功率分配方案,并且通过ABC-SA算法的全局搜索实现了在所有用户之间的功率寻优,同时利用等功率的分配方式在每个用户下进行子载波间的功率分配,最终实现系统容量的最大化。仿真结果表明,与其他方案相比,所提方案在兼顾用户公平性的同时还能有效地提高系统的吞吐量,进而证明了所提方案的有效性。     

一种基于干扰温度限制的信道与功率联合分配新算法

随着无线通信业务的不断增长,频谱资源越来越紧缺,然而另一方面大量授权的无线频谱却被闲置或者利用率极低,于是认知无线电技术应运而生,已成为无线通信领域的研究热点。认知无线电的基本思想是次用户（认知用户）利用主用户（授权用户）未占用的空闲频谱进行通信,其可用无线资源是根据授权用户的频谱使用情况而动态变化的。因此,能否实现对系统可用无线资源的合理有效管理,对整个认知无线电系统性能的优劣起着决定性作用。本文提出了一种在干扰温度限制下基于公平的功率与信道联合分配算法,该算法在主用户干扰温度及次用户发射功率的双重限制下,以最大化系统容量为基本目标,实现信道与功率的联合分配,并且引入贫困线来保证各个用户信道分配的公平性。论文建立了该问题的非线性规划数学模型,给出了模型的求解方法,并进一步设计了具体分配算法及其步骤。论文对干扰门限分别为-90dBm、-95dBm、-100dBm、-105dBm、-110dBm时的系统归一化容量累积分布函数进行了仿真比较,发现当干扰门限越低时,本文算法的优势越明显。这是因为在干扰门限较低时,干扰温度限制是功率分配的主要制约因素,而本文的算法正是基于干扰门限进行分配的。因此基于干扰温度限制的公平的功率与信道联合分配算法具有良好的性能,在保证了系统的公平性效益的同时,提高了系统的归一化容量。      

多天线感知无线电中的协作频谱感知算法

不同于以往单天线感知用户的频谱感知研究,该文提出多天线情形下基于最优功率分配和协作分集的频谱感知算法。根据信道条件利用奇异值分解(SVD)在每根天线上进行功率注水,并考虑多天线情况下两用户网络协作频谱感知授权用户的判决检测过程,利用基于指数衰减的路径损耗模型,分析多天线感知网络的各态历经容量和检测授权用户的概率及时间。理论分析及仿真结果表明,多天线感知用户通过最优功率分配和协作频谱感知不仅使感知网络具有最大的各态历经容量,同时改善系统的检测性能。     

基于非正交多址接入的网络切片联合用户关联和功率分配算法

为了满足网络切片多样化需求,实现无线虚拟资源的动态分配,该文提出在C-RAN架构中基于非正交多址接入的联合用户关联和功率资源分配算法。首先,该算法考虑在不完美信道条件下,以切片和用户最小速率需求及时延QoS要求、系统中断概率、前传容量为约束,建立在C-RAN场景中最大化长时平均网络切片总吞吐量的联合用户关联和功率分配模型。其次,将概率混合优化问题转换为非概率优化问题,并利用Lyapunov优化理论设计一种基于当前时隙的联合用户调度和功率分配的算法。最后采用贪婪算法求得用户关联问题次优解;基于用户关联的策略,将功率分配的问题利用连续凸逼近方法将其转换为凸优化问题并采用拉格朗日对偶分解方法获得功率分配策略。仿真结果表明,该算法能满足各网络切片和用户需求的同时有效提升系统时间平均切片总吞吐量。     

Scheduling and Resource Allocation Strategy for OFDMA Systems Over Time-Varying Channels

A cross-layer scheduling and resource allocation (SRA) strategy for an adaptive modulation and coding (AMC) based orthogonal frequency multiple access (OFDMA) system is proposed. The objective of this paper is to maximize the system throughput as a function of the bit error rate (BER) and the spectral efficiency based on the selected modulation and coding schemes (MCSs). The proposed strategy contains two main algorithms. Firstly, the scheduling algorithm that aims to maximize the average system throughput by arranging the users in distinct queues according to their priorities and selecting the best user of each queue individually in order to guarantee a fair user service amongst different priority levels. Secondly, the resource allocation algorithm that allocates the user, bit and power based on the channel conditions of the scheduling users and the transmission power constraints. The transmitter of the investigated AMC-OFDMA system at the assigned base station (BS) divides the transmitted OFDMA frame into sub-channels and assigns each sub-channel to a scheduled user. In this paper, we compare the performance of the proposed SRA with the conventional first in first out (FIFO) queuing based scheduling and resource allocation strategies used for an AMC-OFDMA system. The simulation results show that the investigated AMC-OFDMA system based on the proposed SRA strategy outperforms the conventional approaches.     

Opportunistic power allocation strategies and fair subcarrier allocation in OFDM-based cognitive radio networks

In this paper we have studied the subcarrier and optimal power allocation strategy for OFDM-based cognitive radio (CR) networks. Firstly, in order to protect the primary user communication from the interference of the cognitive user transmissions in fading wireless channels, we design an opportunistic power control scheme to maximize the cognitive user capacity without degrading primary user’s QoS. The mathematical optimization problem is formulated as maximizing the capacity of the secondary users under the interference constraint at the primary receiver and the Lagrange method is applied to obtain the optimal solution. Secondly, in order to limit the outage probability within primary user’s tolerable range we analyze the outage probability of the primary user with respect to the interference power of the secondary user for imperfect CSI. Finally, in order to get the better tradeoff between fairness and system capacity in cognitive radio networks, we proposed an optimal algorithm of jointing subcarrier and power allocation scheme among multiple secondary users in OFDM-based cognitive radio networks. Simulation results demonstrate that our scheme can improve the capacity performance and efficiently guarantee the fairness of secondary users.     

主用户延时约束下的认知无线电遍历容量研究

针对认知无线电系统中传统的功率限制约束无法保证主用户延时问题,本文提出了一种新的主用户有效容量约束模型,使认知无线电系统在满足认知用户共享频谱需求的同时,使主用户在延时约束下稳定传输。并基于该模型进一步推导了 Rayleigh 衰落环境下认知用户遍历容量下界性能。数值仿真结果显示了提出的约束模型能够保证主用户传输的同时提升认知用户的传输容量。