一种基于认知无线电的动态频谱接入MAC方案

在传统的无线通信系统中,频谱的分配是固定的。但是由于通信过程的突发性,这些频谱的使用率很低。另一方面,随着无线通信和多媒体的高速发展和广泛应用,无线频谱资源日趋紧张。如何提高频谱利用率已经成为迫切需要解决的问题。一种可行的思路是把这些授权频谱向未授权用户开放,未授权用户采用动态频谱接入技术,在不对授权用户造成干扰的前提下使用频谱。本文以认知无线电技术(Cognitive Radio,CR)为基础,提出了一种基于CR的动态频谱接入MAC方案(CR-Ad Hoc-MAC)。该方案允许未授权用户自适应地选取可用带宽,实现了动态频谱接入,有效地提高了频谱利用率。     

基于认知无线电技术的动态频谱接入

文章介绍了基于认知无线电的动态频谱接入技术,并对其网络架构、关键技术以及目前的研究现状进行了详细分析。在此基础上探讨了动态频谱接入网络中采用跨层协议设计方法的必要性。     

一种短波动态频谱接入系统的设计

为了有效利用空闲频谱,提高短波频段频谱资源的利用率,采用TMS320VC5502为信号处理核心,TLV320AIC10为输入模拟信号滤波和A/D转换芯片的一种短波动态频谱接入系统的设计,并完成了相应的软件开发。实验结果表明:所设计系统的平均建链时间小于10 s,建链概率大于92%。当数据传输速率为600 baud时,报文的正确接收概率大于90%;数据传输速率为1200 baud时,报文的正确接收概率大于80%。而且平均错误字符的概率达到10-4数量级,能够充分满足短波普通通信业务的需求。     

基于频谱数据库的分布式动态频谱接入算法

频谱数据库是一种直接获得频谱信息的方式,针对在复杂多变的网络环境中用户之间缺少信息交互,研究了数据库协助和没有数据库情况下的动态频谱接入算法。一方面,次用户通过历史感知数据估计信道的可用性而进行信道选择,另一方面,次用户通过数据库获得更加可靠的频谱信息从而做出策略。证明了用户之间的博弈是一个超模博弈,通过提出的分布式学习算法能收敛到一个纯策略纳什均衡点。仿真结果表明,提出的联合数据库感知算法和数据库协助算法比依靠感知的结果收敛更快,获得的系统吞吐量接近最大,减少了用户决策的时延,提高了频谱利用率。     

动态频谱技术接入研究

目前认知无线电技术受到了极大的关注,其中的动态频谱分配问题是不得不面对的一个问题.讨论了动态频谱接入的分类,尤其是讨论了机会式频谱接入,包括其基本组成以及各组成部分的功能,并提出了实现这些功能的过程中遇到的挑战.将对今后动态频谱接入的进一步研究起到积极的促进作用.     

基于最优停止的认知无线网络下行频谱接入算法

为有效平衡认知无线网络中次用户系统中接入信道的感知时间和信道总的吞吐量之间的矛盾,提出了一种只对部分信道进行感知的频谱接入策略,联合总的感知信道数和各条信道的感知时间进行优化,并通过最优停止算法求解,在最大化节省感知时间的同时,取得较大的平均吞吐量。与HC-MAC(Hardware Constrained- Media Access Control)算法的仿真分析对比表明,该算法在相同给定条件下感知时间更短,吞吐量更大,具有明显的优势。     

基于竞争双深度Q网络的动态频谱接入

针对多信道动态频谱接入问题,建立了存在感知错误与接入碰撞的复杂信道场景,提出了一种结合双深度Q网络和竞争Q网络的竞争双深度Q网络学习框架。双深度Q网络将动作的选择和评估分别用不同值函数实现,解决了值函数的过估计问题,而竞争Q网络解决了神经网络结构优化问题。该方案保证每个次要用户根据感知和回报结果做出频谱接入决策。仿真结果表明,在同时存在感知错误和次要用户冲突的多信道情况下,竞争双深度Q网络相比于同类方法具有较好的损失预测模型,其回报更稳定且提高了4%。     

动态自适应频谱的接入策略研究

认知无线电技术利用非授权频谱资源进行业务传输,缓和了目前通信业务飞速发展与频谱资源稀缺的矛盾。动态频谱接入技术通过感知频带,使认知用户能够伺机接入未被主用户占用的频谱空洞。但是在接入过程中,特别是在多个认知用户竞争接入相同的可用频谱资源时,往往面临认知用户间的冲突和各认知用户的QoS得不到保证的问题。文章重点介绍了目前国内外在多个认知用户接入策略上的一些研究成果,并对这些成果进行分析,提出了今后需要进一步研究的方向。     

基于动态频谱接入的应急移动通信系统

新兴的动态频谱接入(DSA)技术可以解决频谱稀缺问题.本文在研究荷兰典型的下一代应急网络xGEN的基础上,分析了DSA在应急通信网络中的应用需求,设计了分级混合网络架构的DSA应急移动专用通信网络及其基于软件无线电(SDR)平台的快速可重配置的应急终端结构,并探讨了DSA设备特有的动态频谱管理功能实现的关键技术.     

基于跨层优化的机会频谱接入算

针对周期性信道感知机会频谱接入系统,首先采用马尔可夫过程对次用户的感知活动进行建模分析,然后结合物理层和MAC层参数提出一个跨层性能指标--有效传输容量,并在最大化有效传输容量准则下提出一种跨层优化机会频谱接入算法,进而分析了机会频谱共享系统可获得的平均有效传输容量.理论分析和仿真结果表明,所提出的跨层优化接入算法性能优于单层优化接入算法,它可以使次用户获得更高的有效传输容量.     

A dynamic spectrum access network based on cognitive radio

Dynamic spectrum access technologies based on Cognitive Radio (CR) is under intensive research carried out by the wireless communication society and is expected to solve the problem of spectrum scarcity. However, most enabling technologies related to dynamic spectrum access are considered individually. In this paper, we consider these key technologies jointly and introduce a new implementation scheme for a Dynamic Spectrum Access Network Based on Cognitive Radio (DSAN-BCR). We start with a flexible hardware platform for DSAN-BCR, as well as a flexible protocol structure that dominates the operation of DSAN-BCR. We then focus on the state of the art of key technologies such as spectrum sensing, spectrum resources management, dynamic spectrum access, and routing that are below the network layer in DSAN-BCR, as well as the development of technologies related to higher layers. Last but not the least, we analyze the challenges confronted by these mentioned technologies in DSAN-BCR, and give the perspectives on the future development of these technologies. The DSAN-BCR introduced is expected to provide a system level guidance to alleviate the problem of spectrum scarcity.     

基于多小区OFDMA网络的动态频谱分配算法

为了提高频谱效率,给二级认知用户提供更多的频谱接入机会,同时保证用户的服务质量(QoS),该文章基于传统的频率复用方法在多小区正交频分多址接入(OFDMA)系统的场景中提出了一种动态频谱分配(DSA)算法。该算法使得持有频谱执照者在认知无线电环境中在很大的区域内释放频谱给其他的二级市场,还建立了一个分配花费矩阵,使得小区间的干扰达到最小,保证了用户的服务质量(QoS)。与传统的频率复用方法相比,该算法有更好的频谱效率,并给二级市场的使用创造了更多的机会。     

基于发射功率控制的动态频谱接入筛选算法

使用功率和频谱效用损失异步牵制的迭代算法对认知无线电链路发射机端进行动态发射功率控制,改变链路接收机端的信号干扰噪声比,从而得到认知无线电链路的最优功率分布,实现频谱资源的合理利用.为进一步减少认知无线电链路间的干扰,提出一种接入筛选机制.针对认知无线电链路干扰值的不确定性,用干扰值的概率分布进行描述,计算与干扰值概率分布相对应的信息熵,从而选择出接入筛选机制中需要的自适应干扰阈值.仿真结果表明：当认知无线电链路为40条时,该方案使系统中总干扰从3 mW降到0.5 mW.     

一种基于LMMSE滑动窗的信道估计算法

LTE-A下行传输中采用的多达8天线端口的增强型MIMO技术,为了保证对LTE系统的后向兼容以及确保UE对最大8天线端口和反馈更大的带宽信道状态信息(CSI),引入了新的参考信号CSI-RS。分析了LMMSE信道估计算法,提出了一种基于LMMSE滑动窗的信道估计算法。仿真结果表明,该算法既节约了导频资源占用率,又提高了系统的发送效率。     

基于Stackelberg博弈的动态频谱接入控制

为了解决多主用户和多次级用户共存网络的频谱资源分配问题,提出了一种基于斯塔科尔伯格（Stackelberg）博弈的动态频谱接入控制算法。该算法通过三阶段Stackelberg博弈模拟主用户频谱竞价,博弈过程中次级用户以最大化传输速率为目的接入主用户频谱,同时设计了一种迭代过程来求解纳什均衡。实验计算与结果分析证明了纳什均衡唯一存在性的充要条件,并说明了迭代过程的收敛性以及主用户最佳效用的影响因素。     

一种基于TOPSIS信道排序的新频谱切换方案

将接近理想方案的序数偏好法(TOPSIS)应用于认知无线电网络的频谱切换中,通过对 影响切换性能的4个参数的融合,设计了一种基于TOPSIS算法的信道排序方案,通过仿真验 证,设计了各参数的权值。统计结果表明,提出的算法在80%的情况下要优于传统的切换算 法,可以有效减少认知用户的切换次数,提高有效数据传输速率,降低认知用户的通信中断 概率。     

主动式频谱感知的改进型信道切换算法

针对无线信道频繁切换而导致系统性能下降的问题,在传统算法的基础上,提出了改进型信道切换算法.通过信道空闲时长的预测和比较策略,在对首要用户干扰最小的前提下,对信道进行切换控制,有效降低了信道切换代价,减小了感知开销.仿真验证表明：采用改进型信道切换算法能够有效减少信道切换次数约20%.     

基于寡头定价的动态频谱接入控制

为了解决频谱接入中主用户和次级用户交互信息过程复杂的问题,提出了一种基于寡头定价的动态频谱接入控制算法。该算法利用博弈论建立寡头定价模型,通过控制次级用户的频谱接入过程以实现系统收益的最大化,算法只需一次用户信息交互,且无需建立公共控制信道,网络拓扑结构简单。通过比较帕累托最优与全局最优的关系,实验计算与性能分析证明了该算法的有效性。     

Dynamic control approaches of spectrum sensing in multi-band cognitive radio networks

In this paper,the dynamic control approaches for spectrum sensing are proposed,based on the theory that prediction is synonymous with data compression in computational learning. Firstly,a spectrum sensing sequence prediction scheme is proposed to reduce the spectrum sensing time and improve the throughput of secondary users. We use Ziv-Lempel data compression algorithm to design the prediction scheme,where spectrum band usage history is utilized. In addition,an iterative algorithm to find out the optimal number of spectrum bands allowed to sense is proposed,with the aim of maximizing the expected net reward of each secondary user in each time slot. Finally,extensive simulation results are shown to demonstrate the effectiveness of the proposed dynamic control approaches of spectrum sensing.