感知无线电的关键问题研究

感知无线电技术是在软件无线电技术基础上发展起来的一种新的智能无线通信技术,是软件无线电技术的扩展,它使软件无线电从预先定义协议的盲目执行者转变成为无线电领域的智能代理.感知无线电虽具有独特的优点,但技术并不成熟,本文对感知无线电的无线传输场景分析、信道状态估计及其容量预测、功率控制和频谱管理,无线电知识描述语言等关键问题进行了探讨,希望能够对相关工作的开展提供一些参考.     

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。     

基于压缩感知和最小二乘的分布式协作频谱感知

针对认知无线电(CR)集中式频谱感知算法对融合中心要求高,而且对节点失效的容忍性也不高等缺点,提出了一种基于压缩感知的分布式多节点协作算法。认知无线电网络中每个CR节点在接收信号频谱后,首先根据压缩采样理论在本地获取压缩采样测量值,然后利用l1范数约束的最小二乘算法在本节点估计频谱,把在此节点估计的频谱传给下一相邻节点,以此进行迭代优化直到算法收敛。理论分析和仿真结果表明,所提算法不仅计算复杂度低,收敛速度快,而且精确重构性能好,可靠性较高。     

随机共振在认知无线电频谱感知中应用的最新研究进展

频谱感知是认知无线电网络的一项关键技术。低信噪比（SNR）环境下频谱检测的性能会大 幅降低,而随机共振（SR）能 有效提高信号信噪比,所以将其应用到频谱感知中,能增强认知用户对主用户（PU）的检测 性能。〖JP2〗首先介绍了随机共振在认知无线电频谱感知中应用的最新研究进展,包括随 机共振在 本地感知中（如能量检测、协方差矩阵频谱感知、循环平稳特征检测）及协作感知中的应用 ,然后指出了随机共振在认知无线电频谱感知中还有待解决的问题,并提出了下一步的研究 方向。     

新的感知无线电信道模型及容量分析

在无线电发展领域,感知无线电技术类似一颗璀璨的启明星,带给我们又一个崭新的希望。观其本身,它的优点有很多,它能对周围的环境进行自动地检测,还能为了适应周围的环境的变化,智能地对系统参数做必要的调整。除此之外,它还能对空闲频谱资源加以利用进行通信。到目前为止,对感知无线电技术的研究已经迈上了更高一层的台阶。在欣喜之余,我们还要看到感知无线电信道研究领域出现的新苗头,即感知无线电信道模型建立。本文就针对新的感知无线电信道模型及容量来进行分析。     

基于拉普拉斯先验算法的多维度频谱感知

全双工认知无线电LAT（Listen-and-Talk）模型能够在次用户传输数据的同时进行频谱感知,这要求感知用户能在次用户自干扰的影响下检测当前是否存在主用户。利用全局功率谱模型的方法实现了对当前用户的使用频段、发射功率和位置坐标的多维度感知,以此辨别该用户的身份。在求解数学模型时,选取了拉普拉斯近似函数用作未知参数的先验概率密度函数,与现有方法相比,提升了算法收敛速度,并获得了准确性更高的结果。     

认知无线电网络链路层关键技术的研究进展

构建认知无线电网络是解决频谱资源日趋紧张问题的根本途径。为实现无干扰的伺机 频谱共享,认知无线电网络的链路层不仅需要提供传统的数据传输服务,还必须支持一套与 频谱非均匀特性相适应的新功能。对这些新功能所需的关键技术进行了归纳,分别从协 作感知、感知机制优化、动态频谱接入、动态频谱分配、跨层设计及安全机制等6个方面进 行了探讨,重点对这些关键技术的最新研究进展进行了总结和分析,并讨论了下一步的主要 研究方向。     

周期性协作频谱感知机制的优化

为了提高检测性能和频谱资源利用率,对认知无线电网络中的周期性协作频谱感知 机制进行了研究。针对不同的衰落信道环境,通过引入有效传输时长比例和干扰时长比例作 为次用户服务质量的衡量标准,给出了集中式协作感知下的检测时长、数据传输时长以及协 作用户数量等参数的最优选取方法,从而获得最高的信道效率。仿真结果表明,通过选取最 佳的协作感知机制参数,可在保证系统检测性能和干扰容限要求的同时,显著提高次用户在 空闲信道的有效传输时长比例,实现了频谱利用效率的最大化。     

协作认知网络中基于融合准则与感知时间联合优化的策略

在协作频谱感知网络中,感知时间和数据融合准则均影响着感知性能。假设控制信道 为二进制对称信道的前提下,基于“k秩准则”建立了协作感知网络吞吐量优化问题的 数学模型,目的是在保护主用户利益的前提下联合优化感知时间和k值使认知网络吞吐 量最大化。理论分析了最优感知时间和k值的存在性,并进行了相关的计算机仿真。仿 真结果表明：所提议的联合优化策略显著提高了协作感知网络的吞吐量,且认知网络的吞吐 量对控制信道状态的变化具有鲁棒性。     

一种基于中继转发的认知无线电合作频谱感知技术

传统的基于中继的合作频谱感知方法只能实现"一对一"的合作,合作效率较低,合作的检测性能稳定性较差。为此,提出了一种新的方法。该方法通过中继用户转发授权用户的信号,实现网络中一个认知用户与多个认知用户之间的合作。然后采用Dempster-Shafer综合判决理论来综合多个判决信息。仿真结果表明,通过该方法能够改善网络中认知用户的检测性能,并且具有更好的可靠性。     

认知网络中协作感知吞吐量的优化

为了提高集中式认知网络的吞吐量,提出了基于信任度的吞吐量优化算法。该算法在主用户充分保护的前提下,以认知用户的吞吐量为目标函数,融合中心采用双门限值对本地感知结果进行融合。从理论上证明了吞吐量是全局漏检概率的增函数,当全局漏检概率等于门限值时,吞吐量达到最大值。并利用牛顿迭代法求出单节点概率,然后采用遍历法可得到认知用户吞吐量最大值。仿真结果表明,当信噪比为-14 dB时认知用户融合优化算法相对“AND准则”“OR准则”以及“HALF准则”归一化吞吐量分别提高了0.62、0.3和0.09。     

抗SSDF攻击的EWSPRT协作频谱感知方案

比较了认知无线电网络中几种典型的协作感知方案在篡改感知数据(SSDF)攻击条件下的感知 性能,并提出了一种增强型加权序贯检 测（EWSPRT）协作方案。在该方案中,各次用户首先通过能量检测得到2 bit本地决策 ,然后 收集其它协作用户的感知结果进行决策融合和最终判决,并依据历史观测信息动态更新各协 作用户的融合权重;利用改进的信任度更新算法能使恶意用户的融合权重更快地降低,从而 有效地减少SSDF攻击对协作过程的影响。Monte-Carlo仿真结果表明,与传统方案相比,EWS PRT方案能够更有效地抵抗SSDF攻击。     

协作频谱感知中数据融合与决策算法比较

协作频谱感知中融合多个认知用户的本地检测结果并准确判决至关重要.研究了基于大数合并的硬判决和基于置信(最大似然)合并的软判决,对不同算法的检测性能和复杂度进行了定性和定量的分析和比较.指出未来协作频谱感知中应结合协作用户数的优化和控制信道条件进行数据融合和决策算法设计.     

认知无线电线性自信号消除带内频谱感知方法

利用无线衰落信道AR模型,提出了一种不需要静默期的基于线性自信号消除的认知无 线电主用户信号检测方法。该方法无需为避免静默期而频繁地中断通信,提高了通信效率和 服务质量。仿真结果表明,该算法在多普勒频移较大时优于已有的无静默期带内频谱感知方 法,在满足IEEE 802.22无线区域网主用户信号检测需求的同时,增强了系统频谱感知的性 能。     

一种贪婪的异构多信道并行合作频谱感知方法

为了同时对多个异构信道进行有效地合作频谱感知,并克服现有方法中只考虑检测准确性而忽略感知开销和系统效益,忽略不同认知用户对不同异构信道感知性能的差异以及参与合作感知的认知用户较多等问题,提出了一种贪婪的异构多信道并行合作频谱感知方法。根据对感知开销和传输收益的定义,充分考虑不同认知用户对不同异构信道感知性能的差异,利用贪婪算法在多个认知用户和多个异构信道间最优地进行感知任务分配,使总系统效益最大。仿真结果表明,所提方法与基于迭代匈牙利的并行合作频谱感知方法、改进的基于迭代匈牙利的并行合作频谱感知方法和随机的合作频谱感知方法相比,能够获得较高的总系统效益,且所需的参加合作感知的认知用户数较少。     

基于DOA估计的认知无线网络频谱感知

认知无线电技术中频谱感知性能的优劣直接影响认知通信系统的性能。针对该特点提出了认知无线电网络中基于波达方向（DOA）估计的主用户频谱感知模型,即单主用户多次用户和多主用户多次用户的系统模型,选取基于特征分解的多重信号分类（MUSIC）算法分析两种模型的感知性能,包括虚警概率、漏检概率、最小总错误概率、算法复杂度等,获得了闭值表达式,最后在两种模型下对算法进行了仿真。仿真结果表明：各参数主要影响虚警概率,而漏检概率几乎不受影响,验证了方法的有效性。     

基于改进D-S证据理论的认知无线电频谱感知算法

在把D S证据理论应用于多节点的频谱感知数据融合时,如果数据冲突较大则融合结 果并不理想。为了解决上述问题,对D S证据理论的证据组合规则进行了改进,给出了一个 在数据冲突大时也适用的数据融合公式,并把这种改进的数据融合算法应用到多节点协作频 谱感知中。MATLAB仿真测试与结果分析表明改进算法提高了频谱感知性能。     

一种低速采样的协同宽带频谱感知方法

频谱感知是通信系统抗干扰和智能化的关键能力。针对认知无线电系统窄带频谱感知技术受制于数模转换器件的发展水平,难以解决认知无线电系统宽带、实时频谱感知的问题,提出一种多节点协作的认知无线电系统宽带频谱感知方法。该方法设计由多个认知节点对目标频段执行次奈奎斯特采样来降低采样速率,采用能量检测方式对采样矢量进行集中式融合判决,实现宽频段范围内干扰信号的谱定位和判断,降低各个感知节点的采样速率,支撑认知网络系统构建高实时、宽频带频谱感知的能力。计算机仿真试验结果表明,所提方法达到90%检测概率时压缩比要求为0.025,具有可靠性与有效性。     

探析无线电调试技术与应用

无线电测向是一门实用技术,广泛应用于无线电管理、军事侦察、交通导航、救援搜索、天文观测、野生动物追踪等方面。自然,也成为业余无线电活动的内容之一。无线电是具有自主寻找能力、提高空闲频谱使用效率的一种无线电技术,可实现无线射频传输环境下的频谱检测功能。本文结合作者多年工作经验,对认知无线电的频谱检测技术进行具体分析与阐述,对发展无线电调试技术具有重要意义。     

基于统计可信度的压缩感知协作频谱检测算法

压缩感知为认知无线电的宽频谱感知提供了一种新的方法和思路。基于压缩感知的原理,提出了一种多认知用户协作场景下基于用户统计可信度的协作频谱检测算法。该算法使用正交匹配协作追踪算法获得认知区域内的频谱占用情况,根据不同认知用户频谱检测的历史准确度综合判定用户感知结果的统计可信度。仿真结果表明,该算法在不同用户数、不同采样值、不同信噪比变化范围下其检测性能均优于传统算术平均方法,有效改善了检测性能。