认知无线电网络中次用户平均吞吐量的优化

协作频谱感知的认知无线电网络中,已有研究表明增加参与协作频谱感知的次用户数量能够提高感知性能,进而提高信道吞吐量。然而,由于信道容量的限制,不断增加参与协作感知的次用户数量并不会使信道吞吐量无限提高,反而会使次用户平均可获得的吞吐量不断降低。针对上述问题,该文以次用户平均吞吐量为优化目标,证明多信道条件下,对于任意给定的融合参数,次用户的平均吞吐量是感知时间的凸函数,并提出交叉迭代算法进行2维优化。仿真结果表明,当信噪比为-10 dB时,次用户使用交叉迭代算法获得的平均吞吐量较已有算法可提高20%以上。     

基于中继协作的认知无线电性能研究

频谱感知是认知无线电技术的关键。协作频谱感知能够充分利用网络资源,提高网络中认知用户的检测概率,降低认知用户的虚警概率。基于两个认知用户之间的中继协作,研究了协作频谱感知的感知性能与吞吐量的折衷。仿真结果表明：中继协作的频谱感知方法能够使得在充分保证对授权用户不造成干扰即检测概率一定时,能够有效地降低认知用户感知授权用户的虚警概率,缩短＂弱＂认知用户获得最大吞吐量的最优感知时间,提高其最大吞吐量,并提高认知系统的最大吞吐量。     

认知无人机网络中次级链路吞吐量优化研究

无人机(UAV)的便携性和高机动性使其与认知无线电(CR)结合的应用场景更加实用。在构建的无人机认知无线网络(CRN)模型中,该文提出UAV单弧度吞吐量优化方案,在确保检测概率的前提下优化感知弧度最大化UAV平均吞吐量。考虑在信道条件不理想情况下进一步改善感知性能,提出基于协作频谱感知(CSS)的多弧度吞吐量优化方案,利用交替迭代优化(AIO)算法对感知弧度和弧度数量进行联合优化以最大化吞吐量。仿真结果表明,该文提出的多弧度协作频谱感知方案在信道衰落严重时,对于主用户(PU)服务质量(QoS)和UAV吞吐量有明显提升。     

协作频谱感知中快速自适应门限策略

频谱感知是认知无线电的一个重要组成部分。在异构网络中,认知节点的移动会导致接收信号强度和噪声功率发生变化,这使得采用固定门限参数的频谱感知策略无法保证在任何时候均工作于最优感知状态。为了解决这一问题,该文提出一种自适应门限参数的协作频谱感知策略。该策略无需主用户信号、信道以及环境噪声的任何先验信息,参与协作的所有认知节点采用最陡下降法自适应调节门限参数,控制中心采用最优数据融合算法获得最小检测代价。仿真结果显示,当认知节点参数发生变化时,协作节点的门限参数快速收敛于最优值,使系统贝叶斯风险最小。     

多任务群智频谱感知算法

频谱感知是认知无线电系统中的关键技术。本文将群智感知的激励机制与协作频谱感知有效结合,提出了一种基于多任务群智感知的协作频谱感知算法。该算法考虑检测概率和感知时间建立了参与感知的次用户效用函数,次用户通过优化感知时间得出次用户的最优效用并确定感知的信道,通过贪婪算法在有限预算限制下来选取参与感知的次用户,在次用户感知完成后发放一定的报酬,以激励次用户参与频谱感知的积极性。仿真结果表明,该算法可以同时感知多个信道,通过激励提高了次用户的参与度,使得协作频谱检测概率得到有效的提升。      

瑞利信道中自适应双门限频谱感知算法研究

频谱感知是认知无线电中的一项关键技术,能量检测、匹配滤波器检测和周期循环频谱检测是认知无线电中频谱感知技术中传统、经典的算法.基于能量检测的频谱感知算法因实现简单且不需要先验信息而被广泛应用,但低信噪比的情况下检测概率会降低,用户的检测性能不足,从而导致认知用户和主用户之间的冲突碰撞次数增多.针对以上存在的问题,在基于自适应频谱感知的基础上,利用噪声功率估计,提出了一种瑞利信道下的自适应双门限频谱感知算法.仿真结果表明,在低信噪比噪声不确定的情况下,这种算法能够大大提高检测概率,有效降低了认知用户和主用户之间的冲突碰撞次数,从而提高频谱的利用率.     

认知无线电差分协作压缩频谱估计算法

在分布式认知无线网络场景下,针对传统协作压缩频谱估计收敛速度慢、计算复杂度高的问题,提出了一种差分协作压缩频谱估计算法用于宽带频谱感知。算法通过利用不同认知用户感知的宽带信号所满足的相同频谱支撑集特征,实现了在邻居节点感知先验信息条件下,本地认知用户基于压缩测量向量差值的宽带频谱迭代估计。仿真分析结果表明,所提算法在频谱估计精度、检测性能与计算复杂度方面均获得了明显改善。     

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。      

基于博弈论的D2D通信功率控制算法

针对多D2D通信用户共享蜂窝网络频谱资源中的干扰进行研究,为了减少D2D用户间干扰带来的影响,提出了一种改进的基于博弈论的D2D通信功率控制算法。算法中的博弈者是复用相同频谱资源的多D2D通信用户。建立了博弈模型,并在代价函数中引入代价因子,确定了效用函数,得到参与博弈的D2D用户的最优响应函数。文中对博弈均衡特性进行分析,证明了模型中的策略能够达到稳定状态。通过仿真实验验证了算法的有效性,并且与其他算法对比,证明使用此改进算法的D2D用户吞吐量更大,公平性更高。     

基于信噪比墙的协作能量检测算法

认知无线电技术可有效地检测到授权频段的频谱空洞,从而提高频谱效率.能量检测由于不需要授权用户的先验信息而被广泛应用.然而由于接收的噪声存在不确定性,使得在信噪比低于某一闸值时,无论观测时间多长,都无法保证检测结果满足要求的检测性能,这一闸值被称作“信噪比墙”.本文通过信噪比墙这一现象进行分析,同时由于协作感知算法在确定噪声下在提高检测性能方便表现出的优势,提出一种基于信噪比墙的协作能量检测算法,通过仿真结果分析,表明本文算法在检测性能和节能上较已有的协作算法具有优势.     

基于特征值极限分布的合作频谱感知算法

采用最新的随机矩阵理论,对多个认知用户接收信号采样协方差矩阵的最小特征值的极限分布进行了分析,提出了一种改进的最大最小特征值合作感知和门限判决方法。该算法不需预知授权用户信号的先验知识,且能有效克服噪声不确定度的影响。与现有算法相比,在给定虚警概率时,仿真结果显示该算法判决门限更低、检测概率更高;而且在认知用户和采样数较少时,也能获得很好的检测性能。     

Novel distributed algorithm for coalition formation in cognitive radio networks for throughput enhancement using matching theory

In this paper, a novel algorithm is proposed for increasing the throughput in cognitive radio networks by forming coalitions among cognitive radio users in AWGN and fading channel environment. Although there have been numerous studies exploring the benefits of coalition formation in cognitive radio networks from the game theory perspective, there are several limitations in their application. To overcome the limitations of game theory, concepts from matching theory are used. Specifically, the stable marriage problem is used to formulate the interactions among the cognitive radio users as a matching game for collaborative distributed spectrum sensing under target detection probability constraint. The utility function is defined as the average probability of false alarm per cognitive radio user. The advantage of stable marriage is that it always converges to a stable matching and is Pareto optimal when the preferences of cognitive radios are strict. In the proposed model, the stable matching problem is extended to propose a novel algorithm to form coalitions of varying sizes for improving the utility of CR (false alarm and throughput). The coalitions formed using the algorithm are stable and do not deviate from the final matching. Using simulations and mathematical analysis, it is shown that the proposed algorithm leads to stable coalitions and returns significant improvement in terms of reduced probability of false alarm and improved throughput per cognitive radio user as compared to the noncooperative scenario.     

特征值极限分布的改进合作频谱感知

本文采用随机矩阵理论,分析和研究了多认知用户接收信号采样协方差矩阵的最小特征值的极限分布,针对基于最大最小特征值之差的合作频谱感知算法,提出了新的门限判决方法。此算法能有效克服噪声不确定度的影响,且不需预先知道授权用户信号的先验知识和噪声方差。仿真结果表明,与以前的感知算法相比,本文算法有更低的判决门限,在低信噪比、小采样时,在达到设定虚警概率的前提下,该算法能够获得更好的感知性能。      

基于Stackelberg博弈的多任务协作频谱感知算法

随着移动设备的增多,认知无线电技术诞生,而频谱感知是认知无线电技术中的重要一环。本文将群智感知和频谱感知结合,提出了一种基于Stackelberg博弈的多任务协作频谱感知算法。该算法将融合中心(平台)与次用户分别建模为Stackelberg博弈领导者和从属者。在领导者博弈中,平台给次用户发布最优的报酬值以获得最佳的效用;在从属者博弈中,本文着重考虑了剩余能量对次用户的影响,次用户在平台给的报酬下改变感知时间以获得最优的效用。仿真结果表明,该算法可以提高融合中心对频谱的检测概率。      

基于强化学习的合作频谱分配算法

为了解决认知无线电网络中的频谱分配问题,提出了一种基于用户体验质量的合作强化学习频谱分配算法,将认知网络中的次用户模拟为强化学习中的智能体,并在次用户间引入合作机制,新加入用户可以吸收借鉴其他用户的强化学习经验,能够以更快的速度获得最佳的频谱分配方案;并且在频谱分配过程中引入了主用户和次用户之间的价格博弈因素,允许主用...     

基于功率谱分段对消频谱感知算法研究及性能分析

在实用的认知无线电系统中,频谱感知技术必须具备在噪声电平高动态变化和无线信道严重衰落电磁背景下,进行实时盲频谱感知的能力,这为经典的频谱感知算法带来巨大的挑战。该文提出的功率谱分段对消频谱感知算法,依据傅里叶变换的渐进正态性和相互独立性,计算出功率谱的统计特性,利用监测频带内部分谱线强度和与全部谱线强度和的比值作为检验统计量进行信号存在性的判断。该文推导了算法的虚警概率和不同信道模型下正确检测概率的数学表达式,并依据Neyman-Pearson准则得到判决门限的闭式表达式。理论分析和仿真结果均表明:功率谱分段对消频谱感知算法对噪声不确定度具有鲁棒性;固定信噪比,算法的频谱感知性能不受噪声电平改变的影响;应用于高斯白噪声和平坦慢衰落信道中,可在较宽的信噪比范围内获得较优越的频谱感知性能;算法计算复杂度低,可在微秒级时长内完成频谱感知。     

基于随机矩阵理论的DET合作频谱感知算法

针对认知无线电系统中的频谱感知问题,该文采用随机矩阵理论(Random Matrix Theory, RMT)对多认知用户(Secondary User, SU)接收信号采样协方差矩阵的最大特征值的分布特性进行了分析和研究,提出了一种新的基于双特征值判决门限(Double Eigenvalue Threshold, DET)的合作频谱感知算法。由该算法感知性能的理论分析可知:DET合作感知算法无需主用户(Primary User, PU)发射机信号的先验知识,也不需要预先知道信道背景噪声功率。仿真结果表明,与传统的频谱感知方法相比,该方法只需较少的认知用户就能获得较高的感知性能,并且对噪声的不确定性具有较强的鲁棒性。     

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。     

Multiple Relay Selection Based on Game Theory in Cooperative Cognitive Radio Networks

Due to the inefficiency of traditional fixed spectrum allocation policies, the paradox of apparent spec-trum scarcity occurs while most of the bands are under-utilized. This has prompted proposals for Dynamic spec-trum sharing (DSS), which explains why Cognitive radio network (CRN) has been widely accepted as a promising approach to settle inefficient usage of scarce available radio spectrum. As a subset of DSS, Dynamic spectrum leasing (DSL) strategy has been proposed based on game idea, where Primary user (PU) has an incentive to allow Cog-nitive users (CUs) to access its licensed spectrum for a fraction of time in exchange for revenue. This paper pro-poses an approach, named multiple relay selection based on Game theory (GTMRS), to optimize the utilities of PU and CUs as a whole, where a pricing-based spectrum leas-ing mechanism is applied. While the parameter price c is jointly determined by PU and CUs, all selected cognitive user's optimal cooperative powers can be satisfied through a non-cooperative game among themselves. Numerical re-sults show that more CUs are involved in the cooperation and both utilities of PU and CUs as a whole are improved, which means the whole system throughput is increased.