改进的协作频谱共享方案

针对认知无线电系统,提出一种改进的协作频谱共享方案,其中,次用户充当中继,协助主用户传输。改进方案采用解码-再生编码-转发中继协议,通过污纸编码有效地在发射端消除来自主用户信号的干扰,并且分配一部分功率协助传输主用户信号,保证主用户的中断性能。通过理论推导,得出次用户离主用户发射机的距离半径表达式。仿真结果表明,改进方案能有效扩大次用户的频谱共享范围,还提高了主用户和次用户的中断性能。     

认知无线中继网络最小化中断概率功率分配算法

为提升认知无线中继网络的中断性能,通过分析系统中断概率及用户功率分配情况,提出一种最小化中断概率的功率分配算法。给出在主用户干扰约束和总功率约束条件下最小化中断概率的数学优化方程组,根据用户的最大发射功率与干扰电平阈值的受限关系,分别考虑分配功率不超过干扰电平阈值、中继节点功率受限于干扰电平阈值以及所有节点受限于干扰电平阈值这3种情况,对应提出3种最佳功率分配方案,并基于KKT条件求解最优值。实验结果表明,该功率分配算法与基于频谱共享以及基于机会主义中继选择的中断概率分析方法相比,性能增益提升显著,并且在总功率、干扰电平变化的条件下,所采用的功率分配方案提升系统中断性能效果较好。     

基于协作通信技术的无线再生中继网络中的功率最优分配

针对无线再生中继网络的系统性能与系统误帧率、中断概率等有关问题,以协作通信技术中的多用户协作分集协议MDP(Multi-user Diversity-cooperative Protocol)为基础,设计了新型的MDPTS(Multi-user Diversity-cooperative Protocol Transmission Scheme)传输方案,优化了信号传输过程,提升了信号传输效率与网络吞吐量。在此基础上以系统误帧率最小为目标,提出了在发射端和中继器间的功率分配方案,以误帧率下届为目标函数,通过拉格朗日法求得系统的功率分配最优解。仿真结果表明,与采用传统传输方案的网络相比,采用MDPTS传输方案的网络具有更高的分集增益和复用增益,因此系统性能也更好。     

在认知中继网络中基于放大转发与最佳中继的最优功率分配算法

由于受认知无线电与中继通信技术的启发,提出了一种认知中继网络模型.该模型由源节点、目的节点、认知中继节点及主用户(primary user,PU)构成.认知中继节点以与PU共存的方式为源节点辅助传输信息到目的节点,只要保证其对PU通信造成的干扰在PU干扰门限值以下.假设源节点、目的节点和认知中继节点之间的瞬时信道边信息(channel side information,CSI)和认知中继节点到主用户之间的均值信道增益已知的前提下,研究该模型中的认知中继节点分别采用放大转发(amplify-and-forward,AF)和基于AF的中继选择(selection AF,S-AF)下的功率分配策略,该策略以最小化系统中断概率为目标,同时也满足认知中继节点的发射功率约束(包括总发射功率和个体发射功率约束)和对主用户的干扰功率约束.最后,通过数值仿真来验证推导出的功率分配策略.仿真结果表明:本文提出的最优功率分配策略,无论在AF,还是S-AF下,均能明显的改善系统的中断性能和平均吞吐量;同时在S-AF下最优分配策略可以得到更高的平均吞吐量,因此中断概率更小.     

基于最佳中继选择的异构多媒体自适应协作分集算法

本文提出一种自适应协作分集方案,以保证异构多媒体业务中主用户传输的服务质量(QoS),并改善次级用户的数据传输性能。采用基于功率控制的系统模型,使得主用户的平均信道增益相对稳定,并且能够在次用户中进行估计,可以节省在反馈信道上的资源。根据次级用户传输过程中的中断概率提出次级中断概率的闭式表达式 ,在满足主用户传输过程中所需要的中断概率约束的条件下,针对主用户和次用户的协作性和瑞利衰落信道的适应性提出了最佳中继选择的自适应协作分集,尽可能地次级中断概率,并获得的分集增益。实验仿真结果表明,该算法可以减少次级用户的中断概率并提高频谱效率,有助于提升次级用户的数据传输性能。     

联合考虑主用户QoS和安全约束下认知NOMA安全传输

本文研究了认知非正交多址接入(NOMA)网络中联合考虑主用户服务质量(QoS)约束和安全约束下次用户物理层安全传输.该网络中采用认知功率分配策略,优先保障主用户的QoS和安全性能.在此功率分配方案下,推导得出了次用户连接中断概率(COP)和安全中断概率(SOP)的闭式表达式,揭示了系统参数配置对次用户传输可靠性和安全性的影响关系,以及安全性-可靠性之间的折衷关系.仿真结果表明,较强的主用户安全约束恶化了次用户的安全性能,但是提升了次用户的安全-可靠折衷性能.     

具有天线选择的认知MISO系统中断性能分析

针对认知MISO系统,分析了三种天线选择方案下次用户的中断性能。与已有文献不同,不仅考虑了次用户对主用户的干扰功率约束,还考虑了次用户发送峰值功率约束和主用户对次用户的干扰。进一步基于不同的天线选择方案,从理论上推导出次用户中断概率的闭合表达式,并通过Monte-Carlo仿真验证理论推导的正确性。仿真结果表明,在瑞利平衰落信道环境中,次用户采用天线选择方案能有效降低次用户的中断概率,避免次用户频繁切换信道。     

Nakagami-[m]信道的TSR非可信中继网络安全性能分析

针对中继可能窃听转发的私密信号，研究了Nakagami-[m]信道中时间切换中继协议的非可信中继网络安全传输性能，该网络中源节点与目的节点均配置了多根天线，而能量受限的非可信中继仅有一根天线。为分析网络的安全传输，考虑了两种安全传输方案，即发送天线选择/最大比合并方案和最大比传输/最大比合并方案。为研究非可信中继网络的安全性和可靠性，依次推导出两种方案安全中断概率、连接中断概率、安全吞吐量的闭式表达式，并分析了高信噪比下安全吞吐量的渐进性能。利用蒙特卡洛仿真验证了理论分析的正确性，仿真结果揭示了信噪比、发送功率分配因子、时间切换系数、天线数对安全吞吐量的影响。     

基于中继联合优化选择的物理层安全方案

针对认知无线电(CR)网络中的安全传输问题,提出基于传输中继和干扰中继联合优化选择的物理层安全方案。在主用户网络和次用户网络共存的环境中,通过优化选取协作传输中继和协作干扰中继实现信息的安全传输,并分析推导出瑞利衰落环境下该方案保密中断概率的闭式表达式。仿真结果表明,在不同参数场景下,该方案均可实现较低的保密中断概率,提升CR网络的信息传输安全性能。     

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。     

超密集网络中基于Stackelberg博弈的非统一定价功率控制

针对超密集网小区同频部署中产生的区间干扰问题,提出基于Stackelberg博弈的非统一定价功率控制方案。首先,建立基于Stackelberg博弈的非统一定价功率控制模型,并通过该模型求解出基于价格的最优发射功率,此发射功率是关于干扰价格的函数;接着通过引入拉格朗日函数求解出相应基站的最优干扰价格,由控制器把干扰价格发送给相应的基站,并由基站调整自己的发射功率值去减弱对当前用户的干扰。仿真结果表明,与基于Stackelberg博弈的统一定价功率控制方案相比,所提方案在系统平均中断概率上平均下降了3个百分点。与基于基站权重的功率控制方案相比,在基站数量低于105时,所提方案在平均中断概率平均上上升了1.4个百分点;而当基站数超过105时,所提方案在平均中断概率上平均下降了1.6个百分点。此外,与这两个方案相比,所提方案在系统平均吞吐量上分别提升了12个百分点和10.5个百分点;在系统平均频谱效率上分别提升了9个百分点和8.5个百分点;在系统平均功率效率上分别提升了13个百分点和12个百分点。实验结果表明所提方案能够在部署更多基站情况下更好地提高蜂窝系统的性能。     

机会中继协同通信系统在Nakagami-m衰落信道中的折中性能分析及系统优化

针对外部窃听者对多中继协同通信系统中信息传输带来的安全威胁,提出一种由中继节点在转发信息的同时发送人工干扰信号的协同安全传输方案,并对该方案在Nakagami-m衰落信道中的安全性能进行了分析,推导出了用于评估机会中继系统可靠性的中断概率和安全性截获概率的闭式表达式,并在此基础上从可靠性和安全性两方面对系统的折中性能进行了讨论。通过仿真,验证了推导的正确性,明确了中继个数对系统折中性能的影响。最后,为进一步提高系统折中性能,讨论了系统中人工干扰信号与通信信号间的功率分配问题,并通过仿真得到了能使系统折中性能达到最优的功率分配因子。     

一种正交混合空时网络编码的中继通信算法

针对无线通信网络中频谱利用效率较低以及网络吞吐量不足等问题,提出一种正交混合空时网络编码的中继通信算法(QHNR)。该算法通过系统模型分析了在传输周期中的MAC阶段和BC阶段中的中继通信方式以及节点发送数据的出错率,采用分级增益的方法来提高信道利用效率,提升系统性能,并通过中继概率来选择较好的中继节点。通过网络吞吐量和网络功率分配情况来分析QHNR算法的性能。实验仿真结果表明,QHNR算法在提高网络吞吐量,提升信道利用效率上,相比采用TWR通信方案和MWR通信方案具有更好的效果。     

认知无线Ad Hoc网络干扰约束和能量高效路由算法

为了减少认知无线Ad Hoc网络的传输中断概率,实现频谱和能量高效,提出一种干扰约束和能量高效（Interference Constraints and Energy-Efficient,ICEE）的路由算法。信道检测除了基于认知节点（Cognitive Radio,CR）对主用户（Primary Users,PU）的干扰约束外,还增加了CR节点的数据传输所需持续时间约束,以保证CR节点在有效利用空闲信道的同时减少传输中断事件的发生,减少故障重传所损耗的能量。在设计路由算法时采用了链路能耗和节点寿命作为度量,通过联合最优的链路选择方程实现网络能量高效,并延长网络的生命周期。实验仿真结果表明,相比较认知Ad hoc网络的自适应路由协议,基于联合信道分配和自适应功率控制的路由协议,ICEE算法在数据包平均能耗上分别减少了41.2%和24.5%,并且有效地延长了网络生命周期。     

Joint beamforming and scheduling in the downlink of cognitive radio networks

Cognitive radio has been recently proposed as a promising technology to improve the spectrum utilization. In this paper, we consider a system where a licensed radio spectrum is shared by a primary network and a secondary network. Based on the subspace theory, a novel low-complexity algorithm for secondary user selection has been proposed. On the basis of the scheduling scheme, we jointly consider transmit beamforming, scheduling and power allocation, and subsequently present a complete set of solution for secondary network downlink. Simulation results has shown that our proposed scheme not only can limit the introduced interference at primary users within the tolerable range, but also can achieve high sum-rate throughput of secondary network, simultaneously. Furthermore, as is proved by simulation results, our scheme is very robust due to the fact that only a little tolerable performance drop is introduced when simple but nonoptimal equal power allocation is adopted.     

A Stackelberg game-based spectrum allocation scheme in macro/femtocell hierarchical networks

Femtocells widely deployed in a macrocell form hierarchical cell networks, which can improve indoor coverage and network capacity, and have been regarded as one of the most promising approaches. However owing to the absence of coordination between the macro and femtocells, and among femtocells, decentralized spectrum allocation between macro and femtocell users become technically challenging. In this paper, a dynamic spectrum allocation scheme based on Stackelberg game is proposed, in which macrocell base stations as leaders and femtocell base stations as followers are players, and the same spectrum is the resource that players will choose assigning to users for minimizing the affected interference among each other. The Stackelberg equilibrium is defined and proved to be existed, which is also the optimal spectrum allocation manner. Simulations were conducted to study the impact of femtocells on the macrocells regarding throughput, outage probability and spectrum efficiency. And the comparison results show that the proposed scheme might be a solution for efficiently allocating the spectrum in hierarchical cell networks, as the improvement in terms of throughput, outage probability and spectrum efficiency had been achieved.