基于非授权频谱NB-IoT系统的方案设计与实践

NB-IoT（窄带物联网）是一种基于授权频谱的通信系统,需要特定频谱资源来实现通信。针对没有授权频谱资源,但对NB-IoT系统的高安全性、高可靠性有需求的专用网络应用场景,提出一种NB-IoT-U（基于非授权频谱的窄带物联网）系统。阐述该系统的应用价值,系统设计的相关技术与实践实例,特别针对基于230 MHz的NB-IoT-U系统给出实际的参考设计和性能指标分析。     

面向电力业务质量保障的NR-U与Wi-Fi频谱共享

为了缓解5G授权频谱资源短缺的问题,使用非授权频谱成为重要的解决方案。随着电力终端的大规模接入,面向电力业务保障的NR-U(NR in unlicensed spectrum)与Wi-Fi频谱共享成为重要的研究热点。首先,提出了一种NR-U上行传输机制,在保障Wi-Fi用户平均速率的同时实现了电力业务终端的数据上行传输。此外,还提出了联合传输时间和子载波分配(joint transmission time and subcarrier allocation,TTSA)的资源优化算法,以保障各类型电网业务的服务质量(quality of service,QoS),并最大化终端的总速率。将该优化问题解耦,使用近端策略优化(proximal policy optimization,PPO)为终端分配子载波。仿真结果表明,与已有算法相比,提出的TTSA资源优化算法在保障电力业务QoS和最大化终端总速率方面性能优越。     

认知无线电网络中频谱感知算法研究

基于已有研究成果,对认知无线电中频谱感知算法进行了研究,涉及了几种常用经典算法及改进型新算法,并时各算法的优缺点分别进行了分类比较研究,探讨了未来可能的研究方向.     

基于802.16网络的非实时业务分组调度算法研究

根据802.16系统的特点,本文提出一种新的分组调度算法.该调度算法采用一种新的优先级度量因子,在保证系统吞吐量的前提下,使更多的用户得到服务.计算机仿真结果表明,与传统的分组调度算法(PF算法)相比,新算法在保证频谱利用率的前提下更多的用户得到了服务.     

认知无线电频谱感知技术研究

认知无线电是一种可以提高频谱利用率的智能技术,高效而准确的频谱检测是其实施的关键。文章在充分调研国内外研究进展的基础上,介绍了认知无线电的概念、基本的信号检测方法以及多天线与协作检测方法,并对各种检测方案进行比较和分析,最后指出现实中频谱检测的难点和面临的挑战。     

5G授权频谱分配及非授权频谱利用技术的研究

随着移动互联网和移动终端的不断发展,移动数据流量也大幅度增长。因此,在第五代蜂窝移动通信系统中,如何对现有的频谱资源进行有效的分配和利用成为了讨论和研究的热点。一方面,5G系统的频段向高频方向拓展,增大可用的频谱资源。另一方面,5G系统继续对接入技术进行演进,以实现对非授权频谱资源的充分利用。本文的内容主要分为三部分,分别对目前主流阵营的授权频谱分配计划、正处于讨论中的非授权频谱接入技术和目前的标准化进程进行了介绍。     

认知无线电中的频谱共享技术

由于认知无线电网络的一些独有的特性,比如,可用频谱资源的动态变化以及与第一类用户的共存,使得认知无线电网络中的频谱共享技术面临着许多新的挑战。当前关于频谱共享技术的研究旨在应对这些挑战,并且主要从以下四个方面着手：网络架构,频谱分配行为,频谱接入技术和共享频谱的范围。     

授权的频谱共享技术

随着无线频谱资源需求的不断增加,如何更有效地利用稀缺的频谱资源成为了各国关注的重点问题。授权的频谱共享技术作为一种新兴的频谱资源管理方式,允许获得共享授权的用户在不影响原频谱所有者服务的情况下共享使用该频段。目前,美国和欧洲正在大力推动授权的频谱共享技术的应用,这种方式可以为我国频谱管理工作带来新的启发。     

业务感知的自适应协作频谱感知算法

为提高次用户接入业务端到端传输性能,该文提出通过感知节点检测性能和业务类型的频谱检测与资源分配联合优化方法。首先,将上周期全局检测性能构造的有效检测指数作为调节权值,计算信道状态自适应协作门限,据此选择协作模式,以最大化有效检测区间,并根据频带稳定性和有效性特征构造可用频谱空间。随后,基于业务请求接入速率将接入业务分为时延敏感业务和可靠性敏感业务两类,通过业务属性匹配的频谱分配算法提高接入业务的端到端传输成功率。仿真显示,在不同信道状态下,所提算法通过自适应调整全局检测性能扩大了Rayleigh衰落信道的有效频谱检测区间,降低了时延敏感业务的中断概率。     

异步区块链支持的安全频谱共享

针对目前频谱稀缺的困境,一个经济有效的解决方案是将未充分利用的授权频谱以机会的方式分配给未授权用户。然而,实现大规模频谱共享面临激励缺失、隐私泄露、安全威胁和时延过大等挑战。利用区块联盟链技术的安全机制,设计了由频谱接入层、区块链网络层、区块链共识层构成的区块链动态频谱接入系统。该系统采用异步实时拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)改善共识延时,设计基于最优匹配算法的匹配方案,提高频谱复用率。经仿真验证,该方案频谱复用率提升近6%。相比于实时拜占庭机制,所提方案减少了系统延时,提升吞吐量近129%。     

认知无线电中的频谱共享技术

认知无线电（cognitive radio,CR）具有动态重用空闲频谱资源的能力,可以有效提高频谱利用率,是一种智能的频谱共享技术。文章给出了一种频谱共享的过程,阐述了频谱共享各个步骤包括频谱感知、频谱分配、频谱接入和频谱移动的概念、功能和研究现状,分析了频谱共享的关键技术,重点介绍了其中的频谱池策略、频谱分配算法和功率控制算法。     

认知无线电的合作频谱检测分析

认知用户需要持续快速地检测主用户的出现,对基于认知无线电的合作频谱检测机制进行了分析。在理想的两用户网络中,认知用户采用合作机制可以提高系统的平均侦测时间。在多认知用户网络中,参与合作的用户越多,单个认知用户对主用户的侦测概率越高。对于多用户网络,还考虑了整体的实现。     

OFDMA感知无线电网络中一种基于拍卖博弈的频谱共享新算法

在基于OFDMA的感知无线电网络中,为了最大化从网络的吞吐量,考虑了空间频率复用,通过干扰判据和邻接矩阵描述感知链路在子载波上的冲突,将最大化从网络和速率的问题建模为基于VCG机制的多个赢家的子载波拍卖博弈。通过逐一求解单个子载波上的二进制整数规划问题获得最优解。仿真结果表明,所提出的子载波拍卖算法有效地提高了感知无线电网络中资源的利用效率。     

Distributed Spectrum Sharing Scheme for Multiuser Orthogonal Frequency-Division Multiplexing Cognitive Radio Networks

This paper presents a novel spec- trum sharing design aiming at optimising the performance of a Multiuser Orthogonal Freq- uency-Division Multiplexing （MU-OFDM） Co- gnitive Radio Network （CRN） that consists of multiple secondary Transmitter-Receiver （Tx-Rx） pairs. For most MU-OFDM systems, the Exc- lusive Subchannel Assignment （ESA） is an efficient resource allocation method. Noneth- eless, it is inappropriate for the network consi- dered in this paper, because subchannels shar- ing among secondary Tx-Rx pairs can further improve the system performance. We investi- gate the Weighted Sum Rate （WSR） maximi- zation problem under the Shared Subchannel Assignment （SSA）, where each subchannel is shared by multiple secondary Tx-Rx pairs. With Lagrangian duality technique, we decompose the original resource allocation problem into sev- eral sub-problems on each subchannel and pro- pose a duality-based suhchannel sharing ap- proach. For practical realisation in the cogni- tive systems without central control entity, a distributed duality-based WSR maximization scheme is presented. Simulation results mani- fest that the proposed scheme achieves sig- nificantly better performance than ESA duality scheme.     

Neighbor Detection-Based Spectrum Sensing Algorithm in Distributed Cognitive Radio Networks

Security issues of spectrum sensing have drawn a lot of attentions in Cognitive radio networks (CRNs). Malicious users can m islead the network to m ake wrong decision about the states of channels by tampering spectrum sensing data. To defense against Spectrum sens-ing data falsification (SSDF) attack, we propose a neighbor detection-based spectrum sensing algorithm in distributed CRNs, which can detect attackers with the help of neigh-bors during spectrum sensing to improve the accuracy of decision making. The proposed scheme can also guarantee the connectivity of the network. Simulation results illus-trate that the proposed scheme can defense against SSDF attacks effectively and reach the unified information of spectrum sensing data.     

认知无线电网络基于F范数的频谱共享

针对多用户多输入多输出认知无线电网络的频谱共享问题,提出一种在保证授权用户服务质量要求的前提下,以认知网络容量最大化为目标的基于F范数的频谱共享方法.该方法利用信道矩阵的F范数选择认知用户以获得认知网络的多用户分集增益,并采用两次选择的方式降低算法的复杂度,通过将认知用户的发射信号投射到干扰信道的零空间来避免认知用户对...     

认知无线网络中一种基于蚁群优化的频谱分配算法

针对认知无线电中的频谱分配问题,该文提出一种基于蚁群优化的频谱分配方法。该方法在授权用户和认知用户共存的认知网络模型中,通过蚁群访问各个认知节点,并释放信息素,从而实现概率型的全局搜索的并行频谱分配算法。与传统的频谱分配方式比较,该算法能够进行增强型学习积累,快速收敛到最优路径,从而获得了最优的平均信道效益。文中对该算法进行了分析和说明,并通过仿真证明了算法的有效性和稳定性。     

基于免疫克隆选择的认知无线网络频谱分配研究

该文提出了图论和免疫优化理论相结合的认知无线网络频谱分配方法。采用基于矩阵的二进制抗体编码,从效率和公平性考虑设计了随机约束满足算子和公平约束满足算子,提出一种基于免疫克隆选择(ICS)的频谱分配算法。对经典克隆选择算法进行改进,增加约束满足操作保证种群编码能够满足频谱干扰限制,实现了频谱分配的约束优化。理论证明了约束满足操作的有效性,分析了算法的计算复杂性和适用性。仿真结果表明：ICS算法与颜色敏感图论着色算法相比,网络带宽明显提高;在频谱干扰严重的情况下,采用公平约束满足算子的ICS算法能显著提高网络的公平性;与参考智能算法相比,ICS算法具有较快的收敛速度。