认知无线电网络的检查协作频谱感知技术

在认知无线电中,协作频谱感知通常被用来提高感知性能。但当用户个数较多时,控制信道带宽的限制和感知时延会影响协作感知的性能。作者提出采用检查协作频谱感知可以有效避免这些问题。检查协作频谱感知通过减少认知用户上报基站的感知信息,降低通信负荷和感知时延,从而提高系统的敏感性。通过最大化频谱利用率可以得到最优的不发送概率,从而在感知时延和接入频谱机会的错失上得到折衷。通过分析及仿真结果可以看出,检查协作感知与传统协作感知相比,有效提高了系统的敏感性。通过最优的不发送概率可以确定最佳的感知门限进行感知。     

基于SNR比较的协作感知用户选择问题的研究

在实际情况的认知无线电环境下,由于认知用户的感知可靠性存在差异,并不是参与协作的认知用户越多,感知性能越好.综合考虑协作的必要性与协作的增益两方面因素,提出了一种基于信噪比(SNR)比较的协作感知用户选择方案.理论分析及仿真结果一致表明:该方法在有效地提高频谱感知检测性能的同时,减小了参与协作感知的用户数目,提高了协作效率.     

基于阈值优化的频谱感知算法

协方差绝对值（Covariance Absolute Value,CAV）感知算法使用固定阈值和固定虚警概率的频谱感知策略,无法保证在任何时候都能使频谱感知性能达到最优。提高频谱感知性能包括降低对主用户的干扰概率并提高空闲频谱的利用率,即最大限度地降低漏检概率与虚警概率。为此,本文对协方差绝对值感知算法进行改进,提出了不同信噪比下自适应阈值的优化方法使频谱感知误差（漏检概率与虚警概率的代数和）达到最小。实验结果表明,本文算法有效降低了频谱感知误差,提高了检测概率,特别是在信噪比较低的情况下性能改善较为明显。     

基于时域-空域联合的认知无线电频谱感知算法

为提高认知无线电系统中频谱感知的性能和检测概率,提出了一种时域-空域联合的频谱感知算法。该算法利用主用户信号时域与空域的特性,通过空域感知对主用户定位,利用主用户的定位信息时域感知选择认知用户进而提高检测概率。仿真结果表明,该算法的检测性能优于时域或空域感知。     

认知无线电最优用户选择协作频谱感知

提出了基于最优用户选择的协作频谱感知方案,通过引入Gerschgorin圆盘理论建立用户选择机制,筛选出信道条件最优的若干个认知用户,由其对应的感知数据空间生成全局判决统计量以实现最优协作感知,并在此基础上提出迭代门限算法,进一步优化感知性能.理论分析和仿真结果表明,该方案无需知晓授权用户信号、信道、噪声功率等先验信息,对噪声功率不确定性具有较强的鲁棒性,且当接收机采样次数和参与协作的用户数都受限时,感知性能仍然很稳定,可作为协作频谱感知的现实可实现方案.     

协同无线网络中感知传输时间分配与功率控制的联合优化

针对协同无线网络中频谱感知和数据传输两阶段的时间分配及功率优化问题,在充分考虑认知用户在各个信道上的不同传输功率及其对授权用户出现概率的误检或漏检的基础上,提出了放大转发模式下基于最大化系统传输能效的感知传输时间分配和功率控制联合优化方案,并证明了该方案可以通过序列优化的方法来获得其全局最优解.仿真结果表明,协作中继传输方式下所获得的系统传输能效明显优于非中继传输方式,且随着感知传输时间分配比率的减小和授权用户信噪比的增加,系统性能将得到进一步提高.     

面向区域的认知无线电系统的频谱感知模型

建立了面向区域的频谱感知模型(RSSM),根据路径损耗和衰落裕度理论推导出了RSSM感知区域的大小。基于RSSM,在单用户频谱感知中分析了阈值设定方法以及次用户位置对频谱感知性能的影响;在协作频谱感知中,利用D-S理论分析了硬决策协作频谱感知中次用户分散性对感知性能的影响。最后通过仿真实验证明了本文模型的正确性。     

认知网络中基于演化博弈的频谱感知技术

提出了一种基于演化博弈理论的认知网络协作频谱感知方法.对协作频谱感知中次级用户的传输时间和吞吐量进行分析,建立协作感知的博弈模型并研究其动态演化特性,基于次级用户吞吐量最大化准则,得到相应纳什均衡解,在此基础上提出一种次级用户自适应分布式学习算法.理论分析和仿真结果表明,这种协作感知方法在保证检测性能的基础上,有效减少了协作通信开销,提高了次级用户吞吐量.     

Evolutionary Game for Cooperative Spectrum Sensing in Cognitive Radio Networks

提出了一种基于演化博弈理论的认知网络协作频谱感知方法.对协作频谱感知中次级用户的传输时间和吞吐量进行分析,建立协作感知的博弈模型并研究其动态演化特性,基于次级用户吞吐量最大化准则,得到相应纳什均衡解,在此基础上提出一种次级用户自适应分布式学习算法.理论分析和仿真结果表明,这种协作感知方法在保证检测性能的基础上,有效减少了协作通信开销,提高了次级用户吞吐量.     

协作频谱感知中的信道搜索机制优化

频谱感知是认知无线电网络中需要解决的首要问题。为了提高频谱感知的整体性能,该文对链路层的协作频谱感知机制进行了研究,针对其中的信道搜索感知场景,提出了一种联合优化信道搜索方案。在该方案中,基站根据各信道的空闲概率大小,选择最优的信道搜索次序,并对不同信道的搜索时长进行一定的加权处理,确保以较长的时间优先搜索空闲概率较大的信道,从而使按需信道搜索过程的切换延迟以及由此造成的QoS损失最小化。仿真实验的结果显示,这种联合优化搜索方案在信道搜索场景下的平均搜索时长始终小于现有的2种搜索方案,这说明其搜索性能具有明显的改善。     

删余协作频谱感知性能分析及优化

提出了一种新的基于删余的协作频谱感知方法,通过减少实际发送的本地决策值数来节约控制信道带宽,降低检测性能对认知用户数的依赖; 分析了这种删余协作频谱感知在感知信道和报告信道均存在衰落下的性能,它可以有效解决报告信道衰落所带来的尾感知问题,降低了虚警率; 提出了进一步优化算法,算法在确保主用户受到足够保护的前提下,通过寻找最优的次用户数和相应的检测门限使次用户的接入机会最大化．仿真结果与理论分析相一致．     

A novel weighed cooperative bandwidth spectrum sensing for spectrum occupancy of cognitive radio network

In cognitive radio network(CRN), a secondary user(SU) may utilize the spectrum resource of the primary user(PU) and avoid causing harmful interference to the primary network(PN) via spectrum sensing. In the traditional time spectrum sensing, the SU cannot detect the PU's presence during its transmission, thus increasing interference to the PN. In this work, a novel weighed cooperative bandwidth spectrum sensing method is proposed, which allows multiple SUs to use part of the bandwidth to perform cooperative spectrum sensing throughout the whole frame in order to detect the PU's reappearance in time. The SU's spectrum efficiency is maximized by jointly optimizing sensing bandwidth proportion, number of cooperative SUs and detection probability, subject to the constraints on the SU's interference and the false alarm probability. Simulation results show significant decrease on the interference and improvement on the spectrum efficiency using the proposed weighed cooperative bandwidth spectrum sensing method.     

认知无线电加权联合频谱感知优化算法

为了提高认知无线电联合频谱感知的性能,对加权联合频谱感知算法进行了研究,并对权重和观测时间2个感知参数进行了优化.算法基于给定的检测概率,通过选择最优的权重使认知无线电获得最小的虚警概率;还提出了二分算法,通过该算法,认知无线电能够获得最优的观测时间.仿真结果表明:相比未加权的联合频谱感知算法,提出的算法能够获得更低的虚警概率和更高的频谱利用率,并且相比穷举算法,二分算法的计算量要更低.提出的算法能够使认知无线电在授权用户的干扰容限内获得最大的频谱利用率.     

复合衰落信道下基于删余的多天线协作频谱感知

提出了一种基于删余的多天线协作频谱感知(C-MA-CSS),利用混合伽马分布推导了感知信道为复合衰落信道时C-MA-CSS的检测率、漏检率、虚警率和次系统容量的闭合表达式,并分析了它们与天线数的关系,给出了使次系统容量最大化的优化算法.仿真结果表明,相比非删余的CSS而言,一方面C-MA-CSS能够明显降低漏检率;另一方面,随着天线数的增多,次系统容量先增大后趋于平稳,采用优化算法可以在确保主用户受到足够保护的前提下,利用较少的天线数实现优化的次系统容量.     

Optimization of sensing time and cooperative user allocation for OR-rule cooperative spectrum sensing in cognitive radio network

In order to improve the throughput of cognitive radio(CR), optimization of sensing time and cooperative user allocation for OR-rule cooperative spectrum sensing was investigated in a CR network that includes multiple users and one fusion center. The frame structure of cooperative spectrum sensing was divided into multiple transmission time slots and one sensing time slot consisting of local energy detection and cooperative overhead. An optimization problem was formulated to maximize the throughput of CR network, subject to the constraints of both false alarm probability and detection probability. A joint optimization algorithm of sensing time and number of users was proposed to solve this optimization problem with low time complexity. An allocation algorithm of cooperative users was proposed to preferentially allocate the users to the channels with high utilization probability. The simulation results show that the significant improvement on the throughput can be achieved through the proposed joint optimization and allocation algorithms.     

Cooperative detection algorithm of spectrum holes in cognitive radio

To improve the detection performance of sensing users for primary users in the cognitive radio, an optimal cooperative detection algorithm for many sensing users is proposed. In this paper, optimal decision thresholds of each sensing user are discussed. Theoretical analysis and simulation results indicate that the detection probability of optimal decision threshold rules is better than that of determined threshold rules when the false alarm of the fusion center is constant. The proposed optimal cooperative detection algorithm improves the detection performance of primary users as the attendees grow. The 2 dB gain of detection probability can be obtained when a new sensing user joins in, and there is a 17 dB improvement when the accumulation number increases from 1 to 50.     

认知无线电中协作能量概率分布频谱感知方法

提出了一种基于能量概率分布（EPD）的协作频谱感知算法,以提高认知无线电的检测性能．与传统能量检测使用能量均值做为检测统计量不同,EPD感知算法中的协作感知次用户统计大于给定门限值的采样信号个数,并传送给数据融合中心,数据融合中心将所有统计结果进行叠加,并与噪声的能量概率密度进行相关运算来获得判决结果．利用高斯近似理论分析所提出的EPD协作频谱感知算法的检测性能．仿真结果表明,协作用户数越多,新提出算法的检测性能比传统协作频谱感知硬判决算法越有优势,同时又不需要任何主用户的先验信息．     

非同分布高斯信号背景下基于增强能量检测的协作感知

能量检测算法应用于无线通信场景中时存在信噪比（SNR）墙和噪声不确定性问题,对此,在认知无线电非同分布高斯信号背景下,提出了基于增强能量检测的协作感知算法.在低SNR条件下,给出了采用增强能量检测算法的次用户检测概率和虚警概率,并推导出达到最小总错误率的最优协作用户数表达式.理论分析和仿真实验结果表明,相对其他克服噪声不确定性的能量检测算法,所提出的算法具有更优的检测性能.