认知无线电协作频谱感知机制的优化

频谱感知的目标是在尽量避免对主用户造成干扰的条件下为感知用户提供尽可能多的频谱接入机会。由于单用户频谱检测算法的局限性,协作频谱感知被提了出来。在满足对主用户干扰限度的条件下,为了使单个授权信道的频谱感知效率达到最大,引入一种新的协作频谱感知机制,联合优化包括感知时间、传输时间、参与协作的感知用户数目在内的感知参数,并通过穷尽搜索算法得到最优解。在此基础上研究了多个授权信道情况下的频谱感知效率问题,提出了一种授权信道选择分配方案。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

认知无线网络中多信道频谱感知周期优化算法

为了使认知无线电次用户发现并使用更多的空闲频谱资源,提出了一种多信道频谱感知周期优化算法。针对实际网络中各授权信道使用规律的不同,本文基于交替更新理论建立了多信道状态转移模型,将各信道感知周期的选取建模为一个带约束条件的多目标优化问题,并采用遗传算法对其求解,获得了相对较优的多信道感知周期向量。仿真结果表明,本文提出的目标函数能够有效衡量多信道空闲频谱资源检测率。当目标网络中包含8个授权信道时,所提算法可发现的空闲频谱资源占实际空闲频谱资源的68.23%,相对于以相同周期对各信道进行频谱感知的OFDM机制提高17.68%。     

认知无线传感器网络的吞吐量分析

为了实现认知无线传感器网络(CRSN)在授权频段的连续可靠通信,结合协作感知和宽带感知策略,提出了一种CRSN架构.通过在网络中部署专门负责频谱感知的认知节点,将频谱感知与数据传输功能进行了合理分配.在最大化感知和传输时间的同时,实现了频谱的实时感知和数据的连续传输,进而提高了频谱检测率和网络吞吐量.同时,由认知节点协作对宽带进行多信道联合检测,除了可以提高检测的可靠性,还有利于实现CRSN对授权频段的连续接入,进一步保证网络数据传输的连续性.通过仿真对不同硬融合准则下的平均网络吞吐量进行了分析和比较,结果表明该网络架构可以获得更高的吞吐量.     

基于高效协作感知算法的认知无线电研究*

针对协作频谱感知中感知开销过高问题,提出了一种联合考虑选择最佳的感知节点数以及感知的信道数来降低协作感知开销的方法。该算法分析了协作感知算法中感知节点数、感知的授权信道数与协作感知精度以及感知开销之间的关系。仿真结果表明,与其他算法相比,该算法能够有效地降低感知开销并提高系统的感知性能,验证了该算法的有效性。     

资源受限的认知无线电系统优化合作频谱感知算法

认知无线电的首要任务就是动态地感知频谱,合作频谱感知提高了频谱感知的可靠性.目前大多数频谱感知算法采用全部认知无线电台参与感知,并且假设每个认知无线电台的信噪比的测量值为一常数.然而,由于无线信道的特性和环境差异,每个认知无线电台的信噪比是有差异的,同时系统资源也是有限的.基于此,在采用能量检测硬判决的合作频谱感知算法基础上,提出一种优化的频谱感知算法.它在满足给定系统探测概率及虚警概率前提下,采用部分性能较好的认知无线电台参与频谱感知,并使系统感知开销最小.理论和仿真证明了其合理及有效性.     

不同衰落信道下的协作感知性能研究

认知无线电网络中,协作频谱感知技术可以有效地缓解由于信道衰落、阴影等因素造成感知性能下降的问题.该文对不同衰落信道环境下的本地感知性能进行了系统分析;研究了基于能量检测的协作感知方案在不同K-N决策融合准则以及不同协作用户数量条件下的感知性能;在此基础上,讨论了空间阴影相关性对协作感知性能的影响.数值分析和仿真研究的结果表明,本地感知在衰落信道下的性能较AWGN信道下有较大程度的恶化,其中尤以Suzuki信道下的性能最差,而基于K-N决策融合的协作感知一般在OR准则条件下最优,且随着次用户数量增加而改善.为了克服阴影相关性的不利影响,应尽量使节点间距增大.当协作范围一定时,用户数较少但更为分散的协作具有更好的感知性能.     

能量效率和碰撞概率联合优化的协作频谱感知算法

协作频谱感知能提高认知无线电网络的感知性能。随着认知网络频谱感知性能的提高,一方面感知网络将会消耗更多的能量;另一方面次用户拥有更多的机会接入授权频谱,次用户的吞吐量不断增加,同时在通信过程中主用户与次用户发生碰撞的概率也不断增大。本文提出了一种联合优化能量效率和碰撞概率的协作频谱感知算法,通过最优感知检测点判断节点所处信道状态,融合中心舍弃信道状态不好的节点使其不参与数据融合,既消除了信道状态不好的节点对全局判决的不良影响,又提高了能量利用率。仿真结果表明,该算法提高了网络的频谱检测性能,并延长了感知网络的生命周期。     

认知网络融合干扰消除的高效频谱感知机制

针对无线认知网次用户快速寻找可用信道与检测主用户出现的问题,提出一种新的高效频谱感知机制。该机制通过感知与传输并发以减少感知的时间开销,利用干扰消除技术消除自身传输对感知的干扰;通过结合不同采样速率下信道状态的观察,实现宽频谱的信道感知;在传输中,利用特征匹配技术检测主用户的出现。实验结果表明,新机制可减少感知时间50%,提高吞吐量100%以上。因此,新机制有效降低了频谱感知的资源消耗,提高了认知通信的效率。     

认知无线网络多用户协同频谱感知协作机制研究

认知无线电技术被公认是下一代无线网络的核心架构之一,频谱感知是认知无线电实现的核心手段。通过分析现有的协同频谱感知模型,证明了在多用户进行协同频谱感知的情况下,所有用户进行协同频谱感知所得到总体信道利用率是最高的;进而设计策略促使所有的非授权用户积极进行协同频谱感知,并对所设计的策略进行仿真验证。仿真结果表明,所设计的策略可以有效地促进非授权用户进行协同频谱感知,从而提高频谱资源的整体利用率。     

认知无线电中能效优先的频谱感知算法研究

频谱感知是认知无线电的关键技术之一.针对认知无线电中降低频谱感知能耗的问题,研究了在满足一定感知性能的前提下,能效优先的频谱感知算法.首先对感知能耗最小化问题进行了建模,然后推导出目标检测概率与最小感知能耗之间的关系,接着给出了在目标检测概率要求下的最小感知能耗,最后分别对单信道和多信道场景进行了仿真,仿真结果验证了理论推导的正确性.     

认知无线传感网中一种高能效的频谱感知周期优化算法

为了提高认知无线传感网中节点的频谱感知能效,提出了一种高效的频谱感知周期优化算法。该方法通过引入贪婪因子来减少节点感知信道的次数,进而达到降低感知能耗的目的。在碰撞概率和等待时延的约束下,节点在与信道的交互过程中实现对感知周期的动态修正,达到了对信道状态的自适应高效感知。仿真结果表明,在不同的信道占用状态条件下,该算法相比固定感知周期的方法,有效地提高了感知能效,适于在认知无线传感网中实施。     

基于分簇协作频谱感知的认知无线网能量效率研究

针对认知无线网能量消耗引起的能量效率较低问题,在研究认知无线网分簇协作频谱感知能量效率的基础上,提出了一种最优功率分配算法来最大化次用户系统的能量效率。通过建立基于次用户能量效率最大化传输优化模型,在考虑传输功率、感知时间以及干扰限制的情况下,利用拉格朗日函数及KKT条件,得到最优次用户发射功率分配算法,以达到系统能量效率最大化的目的,同时分析了不同参数对能量效率的影响。仿真结果表明,本文所提算法能有效提高次用户系统的能量效率、减少系统开销。     

Partial cooperative spectrum sensing schedule in cognitive network

Cognitive radio has emerged as a promising technology for maximizing the utilization efficiency of the limited spectrum resources while accommodating the increasing amount of services and applications in wireless networks. One of the most important and critical components of the cognitive radio is spectrum sensing and accordingly, detection of primary users. Considering the hardware constraints existing in cognitive devices, based on the coarse estimation of channel occupancy, partial cooperative spectrum sensing with adaptive spectrum schedule scheme is proposed to increase the possibility to discover more spectrum opportunities promptly. Simulation results show the gain of sensing performance and the energy-saving feature of partial spectrum sensing. Special security scheme is designed to protect the reliability of sensing result from the false message attack. For the scenarios tested, the proposed scheme is shown to increase opportunities by up to 15 percent.     

认知Ad hoc网络的频谱接入跨层设计方案*

为提高分布式认知Ad hoc网络的频谱感知精准性和能量有效性,提出了一种基于能量效率的频谱接入跨层设计方案。首先通过基于感知因子的完全二分图分解法对网络进行分簇,进而在簇内联合优化次用户的发射功率和接入概率,最终得到最优信道接入和功率分配方案。仿真结果表明,与传统算法相比该方案可通过合理分簇提高分布式认知网络的感知精度,在保证感知性能的条件下使系统能量效率得到有效提升。     

动态频谱管理中频谱机会发现与授权用户保护的折中优化研究

在基于认知无线电的动态频谱管理中,频谱感知需要发现更多的频谱机会,同时尽量减少对授权用户的干扰。文中研究了能量感知中这两个性能指标的折中优化问题,建立了以两个指标的加权作为优化目标函数、感知时间和感知门限作为优化变量的联合优化模型,并证明了该问题属于双凹优化问题。提出了基于迭代凸优化搜索的优化算法,该算法在不依赖预置感知门限或感知时间的情况下,能够快速获得近似最优解。仿真表明, 相比于单参数优化方法,所提联合优化算法 的性能平均提高了32%和85.9%。     

基于POMDP的信道感知接入算法

在认知无线电中,为了最大化次用户的吞吐量,同时对主用户的干扰低于预定值,提出一种基于POMDP的信道感知接入算法。次用户将主用户信道在时间轴上细分成等间隔的时隙,在每个时隙开始时,次用户从频谱感知、以较高的功率接入信道和以较低的功率接入信道三种可选策略中选择最优的策略。将次用户的选择过程建模成一个POMDP问题,并采用一些相应的最优策略求解。计算机仿真结果验证了算法的有效性。     

协作频谱感知的系统效用优化分析

协作频谱感知可以提升认知无线电的频谱感知能力,但不同的系统参数对协作频谱感知系统的性能会产生不同的影响。在综合考虑系统资源利用率和归一化吞吐量的情况下,对不同条件下用户数和感知时长对系统性能的影响进行分析。并在检测概率约束条件下,对结合系统检测概率和归一化吞吐量的系统效用提出优化方法,可以求出满足条件的最大系统效用值。仿真结果表明,在不同的环境和条件限制下,达到最大系统效用所需要的用户数和感知时长也是不同的。     

一种基于遗传算法的信道感知顺序设计

认知无线电中,认知用户必须不断对待选频段进行扫描以发现可用频谱用来通信。在感知能力有限的现实环境下,认知用户逐一进行信道的感知带来的问题是,感知信道越多,耗时越长,用于通信的时间就越短。所以合理设计感知顺序将是非常关键的技术。对该问题进行了全面的分析和建模,相比前人工作又引入了空闲概率和信道容量等因素,但是该问题变成了NP难问题。为了在多项式时间内求解该问题,使用了遗传算法。不仅设计了详细的算法过程,使用了精英保留等多种加速算法收敛的技术,而且重点对交叉算子进行了研究,提出了3种可行的交叉算子:单点交叉、多点交叉和编码交叉。在仿真分析中比较了遗传算法和全搜索算法的复杂度和准确度,同时以平均吞吐量和最大吞吐量为准则,对3种交叉算子进行了仿真比较,验证了编码交叉算子的相对优越性。