认知中继网络中基于频谱感知的自适应功率控制策略

针对采用联合overlay和underlay频谱共享模式的认知中继网络,基于频谱感知结果和干扰信道条件,提出了自适应功率控制策略,从理论上分析了次用户的中断概率。通过Monte-Carlo仿真,与单一overlay或underlay频谱共享模式和固定功率控制方案下次用户的中断性能进行了比较。仿真结果表明,采用自适应功率控制方案,在相同中断概率条件下,次用户对主用户的干扰概率降低了70%~80%;在相同干扰概率条件下,次用户的中断概率降低了1~2个数量级,频谱共享性能得到了有效提高。     

认知无线网络中基于Stackelberg博弈的功率控制新算法

针对认知无线网络中存在的干扰问题和功率消耗过大问题,提出了一种新的基于斯坦克尔伯格(Stackelberg)博弈的功率控制算法。建立了主次用户双层网络模型,将主用户设置为领导者,次用户设置为追随者,并对次用户产生的总干扰进行定量分析。在次用户多次博弈的过程中,动态地调整主用户单位干扰价格,在保证主用户自身正常通信前提下,尽量使得收益最大化,提高主用户的参与积极性。仿真实验表明,该算法在保证主次用户的服务质量（QoS）前提下,有效地减小了次用户的发射功率,而且能获得更高的系统容量。     

基于图论的认知无线网络频谱动态分配

在认知无线电网络中,图论与量子遗传算法相结合的频谱分配策略能够提高频谱利用率,但存在早熟和收敛精度不够等缺点。为了解决该问题而实现算法的优化,对图着色理论的频谱分配模型进行数学建模,并针对该模型提出了改进的量子遗传算法。首先,通过使用小生境技术初始化种群,使种群分布更加广泛、算法的收敛度更高;其次,根据进化代数对量子旋转角进行实时动态调整,对染色体进行阈值变异,防止个体陷入早熟,跳出局部解;然后,对干扰约束条件进行重新设计,有效地避免盲目性,提高了网络的公平性和网络效益。仿真结果表明,所提算法有效地提高了频谱利用率,极大地增强了网络系统的性能。     

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SNR比较的认知无线电协作频谱检测

协作频谱检测是认知无线电中的一项关键技术,其检测性能取决于感知节点的本地频谱检测结果的可靠性,而目前已有的方案中对此却很少考虑.对此,认为不同的认知节点信噪比(SNR)导致了各节点本地检测结果的可靠性不同,故在此基础上提出了一种基于融合中心进行SNR比较的认知无线电协作频谱检测算法.在该算法中各认知节点将本地的判决结果和估计的SNR同时发送到融合中心,然后在融合中心对SNR进行比较,按照文中设计的规则来选取有较好SNR的认知节点参与判决融合.数值分析和计算机仿真表明,该方法能有效提高检测概率,并减少参与判决融合的节点数量.     

一种新的自适应跳频通信系统

结合认知无线电中的频谱感知技术,提出了一种基于射频电磁环境检测改变跳频集的自适应跳频通信系统。该系统通过在发射端检测频谱空洞自适应调整跳频集使系统实时回避被干扰的频点。构建了系统的仿真模型,并在蓝牙、802．11和无绳电话共存的射频环境中对系统性能进行了仿真。结果表明：采用该文提议的技术,基于频谱空洞检测的自适应跳频系统在与802．11和无绳电话冲突时能更可靠有效地工作。这一研究结果对于通信系统共存有重要意义。     

分布式天线系统中PCF MAC协议的重传性能优化

为应对分布式天线系统在高用户密度场景下冲突严重的问题,研究了分布式天线系统结构中应用IEEE 802.11点协调机制（PCF）的媒体接入效率,分析了在保持信标帧中参数CFPMaxDuration（Contention Free Period Max Duration）与CFPPeriod（Contention Free Period Period）比例的前提下平均重传次数与CFPPeriod的关系。分析了CFPPeriod的变化对节点（STA）间公平性及网络流量密度的影响,考虑从改善重传性能的角度调节信标帧间隔CFPPeriod,并使用OPNET平台进行仿真分析,验证了在保持参数CFPMaxDuration与CFPPeriod比例的条件下平均重传次数随CFPPeriod的增大先减小后增大的结论。仿真结果表明,当固定CFPMaxDuration/CFPPeriod为0.5时,在0.02~0.04 s之间选取CFPPeriod既能保证节点间公平性,也能减少在竞争阶段（CP）发送数据的节点数目,从而有效降低重传次数。     

基于TDMA的临近空间通信网MAC层协议仿真

运用网络仿真软件OPNET Modeler10.5作为开发环境,建立了临近空间通信网模型,设计了媒体接入控制(MAC)层的时分多址(TDMA)接入协议,实现了各个地面站对临近空间物理链路资源的有效共享.利用排队理论推导了该协议下的平均网络时延计算公式.收集的仿真结果表明,理论分析能够较准确地估计平均网络时延.     

卫星认知无线通信中频谱感知算法比较

以实现卫星认知无线通信中频谱空穴探测为目的,列举并比较了目前用于频谱感知的 六种算法。根据各个算法的自身特点指出其应用场合,分别分析了它们的优缺点,通过计算 机仿真给出了能量检测、匹配滤波和压缩感知的检测性能,并指出压缩感知对硬件复杂度的 要求最小,适合卫星认知无线通信。     

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。     

一种基于无线电环境地图的路由优化机制

设计认知无线网络路由算法时,需要兼顾主用户保护与路由性能两个方面。为了提高认知无线网络中次用户之间路由的端到端性能,提出了基于无线电环境地图的路由优化机制,该机制中无线电环境地图能够为次用户提供主用户保护有关的无线电环境数据。首先,无线电环境地图根据次用户的数据请求将各授权频段的可用概率与功率控制相关信息反馈到该次用户;其次,次用户可以计算出与上一跳次用户之间的链路稳定性以及传输时延;最后,目的次用户通过计算每条路由的端到端吞吐量的期望值,然后选取期望值最大的一条路由。仿真结果表明,该路由机制在平均分组投递率、平均端到端吞吐量、平均端到端时延方面均优于对比路由算法。     

认知无线电网络子空间映射频谱共享

针对集中式多用户多天线认知无线电网络,分析了子空间映射能够为认知系统提供的通信机会以及理想信道条件下的空间子信道分配方案。在此基础上,提出了一种基于子空间映射的频谱共享策略。根据认知系统的感知结果,计算可以利用的空间子信道数,通过认知用户接入控制和子空间映射避免或抑制系统间干扰,从而在保证授权用户通信质量的前提下,为认知用户提供通信机会。仿真结果表明,与已有的子空间映射频谱共享方法相比,该策略不仅具有更高的认知系统可达和速率,而且能够为认知系统提供更多通信机会。     

战术认知无线电网络架构设计

认知无线电技术具有智能电磁频谱感知、干扰避免和动态频谱接入的能力,因此利用认知无线电技术可以提升战术网络的性能。由于战术作战的复杂性,需要建立适用于战术任务的认知无线电架构。首先分析了战术通信的特点和认知无线电技术在战术网络中的运用,以及目前国外战术认知无线网络的建设情况。结合战术通信网络移动性高、电磁对抗复杂的特点,利用对抗环境下的战术网络结构和模型,提出了分层的战术认知无线电网络结构以及面向作战任务的网络管理方法,形成拓扑结构分层次、管理运行分阶段的网络架构。该网络架构均衡考虑了网络的灵活性和稳定性,适用于动态变化的战术网络,为认知无线电在战术通信中的技术应用和网络设计提供了参考。     

基于认知无线电的多频段跳频通信系统

为充分利用认知无线电对环境频谱的感知能力,设计了一种基于 认知无线电的多频段跳频抗干扰通信系统,通过感知单元动态控制跳频序列生成,实现了干 扰频点的避让。具体实现时,采用低频段可靠传输高频段的频谱感知信息,高频段则主要用 于具体业务传输,利用不同频段实现了频谱控制与应用业务的分离。     

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。     

认知网络中一种基于频谱安全态势感知的路由方案

从构建准确的频谱态势图,实现频率资源充分利用的角度出发,针对目前在构建频谱态势图时没有考虑恶意用户(Malicious User,MU)存在的情况,结合克里金(Kriging)插值法估计空域内频谱干扰态势,通过地理位置检测方案识别MU,从而构建更准确、更安全的频谱态势图,并将其用于端到端的路由协议中。仿真结果表明,该方案能构建完整的频谱态势图,平均误差仅为0.106 dBm,能准确识别恶意用户,识别率高于80%;并且通过识别MU,在基于频谱态势图的路由过程中,可以减少路由跳数,增加可用频谱空间。     

协作多组多播认知无线网络的资源优化配置

考虑到无线电频谱资源日益紧缺,提出了一种基于组间组内协作传输的多播组新机制,涉及多个多播组并使用同一频谱资源以协作方式传输信息。基于认知无线网络中该机制,研究了系统的资源优化配置,理论分析得出了功率分配方案,进而讨论了系统加权总传输速率的优化,同时考虑了主用户和认知用户之间信号干扰及功率限制对传输速率的影响,最优化用户性能。仿真结果表明,优化方案下多播组传输速率随用户人数的增加而上升,达到最优化用户服务质量;当功率限制时,通过设置加权因子,能够保证主用户拥有良好的通信性能。     

认知无线电选择中继放大转发协议性能分析

研究了基于完全信道 信息和部分信道信息的最佳中继选择策略认知中继网络中断概率,详细推导了这两种策略中 断概率的封闭表达式,然后分析了它们的平均误码率。仿真结果表明,基于完全信道信息的 中 断概率和平均误码率性能要优于部分信道信息,并且两种策略的性能随中继节点数目、干 扰温度增加而提高。