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多天线感知无线电中的协作频谱感知算法

电子与信息学报 2009年第10期31卷 2338-2342页

作者：杨黎王晓湘赵堃北京邮电大学信息与通信工程学院北京100876

不同于以往单天线感知用户的频谱感知研究,该文提出多天线情形下基于最优功率分配和协作分集的频谱感知算法。根据信道条件利用奇异值分解(SVD)在每根天线上进行功率注水,并考虑多天线情况下两用户网络协作频谱感知授权用户的判决检测过... 详细信息

不同于以往单天线感知用户的频谱感知研究,该文提出多天线情形下基于最优功率分配和协作分集的频谱感知算法。根据信道条件利用奇异值分解(SVD)在每根天线上进行功率注水,并考虑多天线情况下两用户网络协作频谱感知授权用户的判决检测过程,利用基于指数衰减的路径损耗模型,分析多天线感知网络的各态历经容量和检测授权用户的概率及时间。理论分析及仿真结果表明,多天线感知用户通过最优功率分配和协作频谱感知不仅使感知网络具有最大的各态历经容量,同时改善系统的检测性能。

关键词：感知无线电协作频谱感知多天线功率分配

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感知无线电的动态频谱分配算法研究

感知无线电的动态频谱分配算法研究

作者：后茂森重庆邮电大学

学位级别：硕士

随着无线通信技术的发展,频谱资源变得越来越拥挤,留给新的通信系统和技术的频谱资源越来越少甚至没有频谱可分配。但是,那些已分配授权频谱资源的利用率仅仅只在15%～85%之间,并且在很多时候使用效率低下。感知无线电技术就是为了解决... 详细信息

随着无线通信技术的发展,频谱资源变得越来越拥挤,留给新的通信系统和技术的频谱资源越来越少甚至没有频谱可分配。但是,那些已分配授权频谱资源的利用率仅仅只在15%～85%之间,并且在很多时候使用效率低下。感知无线电技术就是为了解决上述问题而产生的,动态频谱分配是感知无线电系统(CR)的关键技术,其研究具有重要的理论与应用价值。针对感知无线电信道的动态特性,本文对感知无线电频谱占有模型进行了研究,利用马尔可夫模型对频谱占用情况以及信道状态变化情况进行概率统计估计,基于估计结果,进行实时预测频谱占用情况和实现信道容量估计,并给出了一个容量估计公式。仿真结果显示本文方法的信道状态预测及容量估计准确性很高,为基于服务质量(QoS)的感知无线电动态选频提供很好参考依据。现有动态频谱分配方法主要着眼于频谱分配的无冲突性、以及频谱利用率最大化等方面,没有充分考虑动态频谱的统计信息、用户不同业务需要不同带宽以及实时性—非实时需要等问题。因此本文提出了一种基于统计信息与多队列的CR动态频谱分配,并将一般独占分配方法与频谱池共享方法进行比较。仿真结果表明,在集中控制的情况下,频谱池共享能保证较好的分配公平性、频谱切换性和提供较高的系统吞吐性。

关键词：感知无线电频谱占有模型动态频谱分配信道状态预测信道容量估计

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感知无线电中的协作频谱检测研究

感知无线电中的协作频谱检测研究

作者：马博北京邮电大学

学位级别：硕士

由于无线通信技术的飞速发展,人们对于带宽的需求也在迅速增长。一方面,传统的频谱分配机制造成了频谱资源的浪费。另一方面,新业务对于频谱的需求无法得到满足。感知无线电正是为了解决这样一个矛盾而应运而生,其创新的动态频谱接入技... 详细信息

由于无线通信技术的飞速发展,人们对于带宽的需求也在迅速增长。一方面,传统的频谱分配机制造成了频谱资源的浪费。另一方面,新业务对于频谱的需求无法得到满足。感知无线电正是为了解决这样一个矛盾而应运而生,其创新的动态频谱接入技术能够将处在空闲状态的授权频谱充分利用起来,提高频谱利用率,解决了频谱利用率低下与频谱资源不足的矛盾。论文首先介绍了感知无线电技术研究的背景以及国内外的研究状况,并对几种常见的单用户频谱检测算法进行了研究分析,指出单用户频谱检测算法存在的不足。由此引出了对于协作频谱检测算法的介绍,重点介绍了协作频谱检测算法的网络架构以及融合技术,并对基于感知无线电技术的IEEE802.22协议进行了简单的介绍。在第三章以及第四章中,文章详细阐述了主要完成的研究工作。首先分析了基于多天线的包含两个感知用户的感知网络的检测性能,其中一个感知用户作为另一感知用户的中继,两个感知用户共同检测授权用户的存在。仿真结果表明协作频谱检测技术以及多天线技术能够有效提高感知网络的检测性能。在第四章中,我们在802.22系统模型中分析了一个基于部分感知用户协作的频谱检测算法,研究表明：不需要全部感知用户,只需要部分接收信噪比较大的感知用户进行协作就可以达到最优的检测性能。此外,我们同样在分析中加入了多天线技术,仿真结果表明多天线技术能够有效的提高检测性能。

关键词：感知无线电协作频谱检测协作分集多天线技术

应用于感知无线电的可重构抗干扰射频收发机(英文)

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Journal of Southeast University(English Edition) 2011年第2期27卷 123-127页

作者：游长江柳靖张晓东朱晓维东南大学毫米波国家重点实验室南京210096

介绍了一种应用于感知无线电的射频收发机,该射频收发机包含一个零中频接收机和一个直接上变频发射机.在与电视信号共存的环境中,射频接收机采用可调信道滤波器组来抑制邻近信道干扰.采用了具有宽动态范围、高线性度的低噪声放大器来提... 详细信息

介绍了一种应用于感知无线电的射频收发机,该射频收发机包含一个零中频接收机和一个直接上变频发射机.在与电视信号共存的环境中,射频接收机采用可调信道滤波器组来抑制邻近信道干扰.采用了具有宽动态范围、高线性度的低噪声放大器来提升零中频接收机的抗干扰性能.同时,采用高线性功率放大器来提高直接上变频发射机的邻近信道功率比特性.测试得到的误差矢量幅度结果显示,通过采用信道滤波器组使零中频接收机的抗干扰性能得到了很大提高.当直接上变频发射机发射输出功率达27dBm时,在中心频率为714MHz的信道上,测得直接上变频射频发射机的邻近信道功率比为-47.98dBc.

关键词：零中频直接上变频抗干扰感知无线电白频谱

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感知无线电中的协作分集技术研究

感知无线电中的协作分集技术研究

作者：杨茜北京邮电大学

学位级别：硕士

目前,由于多媒体、宽带Internet等高速率数据传输业务的迅速增长,对高速率无线接入的需求也日趋增长。在无线通信环境中,高速通信存在两个严峻的挑战。其一,由于无线频谱资源是有限的,如何充分提高有限频谱资源的使用效率问题摆在了我... 详细信息

目前,由于多媒体、宽带Internet等高速率数据传输业务的迅速增长,对高速率无线接入的需求也日趋增长。在无线通信环境中,高速通信存在两个严峻的挑战。其一,由于无线频谱资源是有限的,如何充分提高有限频谱资源的使用效率问题摆在了我们的面前。其二,在高速通信的环境中,信道的衰落干扰问题更加严重,如频率选择性衰落和时间选择性衰落。怎样克服衰落的影响,提高信号的传输质量,同样是一个难题。感知无线电技术可以有效缓解频谱分配与利用之间的矛盾。协作分集能克服终端尺寸方面的限制,获得空间分集增益,提高无线通信系统的容量和质量。随着频谱资源日趋紧张,感知无线电技术成为无线通信领域新的研究热点。然而感知无线电的具体实现中仍面临很多挑战,协作分集技术引入感知无线电中越来越受到关注。在感知无线电系统中,有两个问题比较重要:1、频谱检测技术:感知用户需要实时检测到是否有可用频谱,即频谱空洞。一个最典型的方式就是利用信号检测器检测授权用户。最主要的问题就是如何让所有的感知用户尽可能快而准确地检测到授权用户。协作能够有效消除阴影衰落的影响,增强授权用户检测机的性能。其基本观点就是感知节点分散检测:每个节点检测收到的信号,并将本地感知结果送到基站或接入点统一进行数据融合,做出决策。由于感知用户(二级用户)的信道质量有好有坏,采用协作后增强了系统鲁棒性,系统检测灵敏度会有显著改善。2、频谱空洞的合理利用:当确定频谱空洞后,感知用户要如何利用这段空余频谱呢?首先感知用户要让授权用户知道它们在使用空余频谱,一旦在该频段上检测到授权用户,则需马上腾出频谱资源;其次如何使它们自身的性能最好?感知用户可能会争抢资源,或是协作共享资源,提高资源的有效利用率。可见如果不同终端相互协作,会对以上两个问题的解决有很大帮助。本文首先简述了论文工作的研究背景及意义,回顾了感知无线电的由来及相关概念,协作分集技术的相关概念及实现方法;介绍协作分集技术在感知无线电中的应用前景;通过对感知无线电与协作分集发展现状的简要分析,提出本论文准备研究的基本问题和主要目标。然后从两个方面分析:协作频谱感知和协作传输,通过具体模型对比分析并仿真验证。理论分析和计算机仿真结果表明,协作分集应用到感知无线电中后,明显提高了系统灵敏度及二级链路吞吐量。

关键词：感知无线电协作分集协作频谱感知协作传输灵敏度吞吐量

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感知无线电中多用户动态频谱接入的研究

感知无线电中多用户动态频谱接入的研究

作者：曹思扬华南理工大学

学位级别：硕士

随着无线电通讯事业的快速发展,无线频谱资源被越来越多的使用,频谱资源已成为稀有的资源。为了更合理的利用频谱资源,并不影响已存在的授权用户正常通信,感知无线电技术应运而生了。动态频谱接入技术,是感知无线电技术的一个关键环节... 详细信息

随着无线电通讯事业的快速发展,无线频谱资源被越来越多的使用,频谱资源已成为稀有的资源。为了更合理的利用频谱资源,并不影响已存在的授权用户正常通信,感知无线电技术应运而生了。动态频谱接入技术,是感知无线电技术的一个关键环节。它采取对信道的检测后利用通信过程中出现的频谱机会伺机接入的策略,提高了频谱的利用率,并不影响授权用户通信的需求。本文的研究是基于部分可观测马尔科夫决策过程(POMDP)的频谱机会接入算法。本文提出了一个算法的改进,可以克服多认知用户贪心算法的自私性不足。并根据协作接入的概念,研究了基于POMDP的分布式协作接入算法,并给出具体的算法流程和MAC层设计细节。仿真测试了无检测错误下,分布式协作算法和贪心算法的系统吞吐量和频谱利用率。并给出了不同检测错误率对系统吞吐量和频谱利用率的影响。最后,比较了不同的用户数目对协作算法的吞吐量和频谱利用率的影响。

关键词：分布式协作算法感知无线电部分可观测马尔科夫决策过程

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感知无线电中基于协作的频谱共享技术研究

感知无线电中基于协作的频谱共享技术研究

作者：王英伟北京邮电大学

学位级别：硕士

随着不同无线通信系统的应用,无线电频谱成为了越来越珍贵的资源。为了缓解无线频谱短缺和不同无线系统互相干扰的状况,本论文研究了近年来广泛开展的课题：感知无线电技术;并基于协作通信技术和频谱共享技术来提高感知无线电系统的性能... 详细信息

随着不同无线通信系统的应用,无线电频谱成为了越来越珍贵的资源。为了缓解无线频谱短缺和不同无线系统互相干扰的状况,本论文研究了近年来广泛开展的课题：感知无线电技术;并基于协作通信技术和频谱共享技术来提高感知无线电系统的性能,在提高无线通信系统的容量的同时又避免不同通信系统之间的干扰。出于保护授权系统的考虑,在授权系统的接收端存在一个保护区域。当感知用户处于保护区域内时,感知系统无法按照传统发送功率控制方法的维持正常通信,否则会对授权系统产生干扰。但是增大感知用户的发送功率会对授权系统产生干扰。在此矛盾的情况下,传统发送功率控制方法很难应用。由于传统的Underlay频谱共享技术具有较高的频谱利用率,但是容易对授权用户产生干扰;Overlay频谱共享技术不容易对授权系统产生干扰,但是频谱利用率相对较低。为了解决这个问题,本论文提出了同时包含UNDERLAY频谱共享技术和OVERLAY频谱共享技术的混合式频谱共享方案。该技术在保护区域内使用Overlay频谱共享技术,在保护区域外使用Underlay频谱共享技术;考虑到保护区域内的用户对于授权系统是主要的干扰源,因此应用Overlay频谱共享技术;保护区域外的感知用户对授权系统干扰较小,因此应用Underlay频谱共享技术。在保护区域外的感知用户负责与保护区域内的感知用户协作完成感知系统的信息传输。因此,感知用户可以降低自身的发送功率而脱离传统功率控制方法的约束。当多个感知协作用户存在时,可以使用线性规划单纯形方法来优化感知用户之间的功率分配。传统功率控制的局限性在于,当感知用户地理上靠近授权系统时,感知系统无法在避免授权系统干扰的情况下满足自身的通信需求。混合频谱共享方案和协作通信结合的关键点在于：即使感知用户处于授权系统的保护区域之内,感知用户仍然可以在避免对授权系统干扰的情况下维持感知系统的正常通信。论文中首先仿真并分析了在UNDERLAY频谱共享技术下应用线性规划单纯形方法的信息传输速率,最后在混合频谱共享方案下仿真并分析了感知用户的可达传输速率。通过仿真结果可以看出,混合频谱共享方案下的传输速率大于UNDERLAY频谱共享方案下的信息传输速率。

关键词：感知无线电混合频谱共享技术感知用户协作功率分配

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感知无线电关键问题的研究

感知无线电关键问题的研究

作者：徐雷北京交通大学

学位级别：硕士

随着技术的不断发展,工业界希望无线电设备能够具有自适应的智能化功能来满足市场需求。另一方面,由于通信行业的迅速发展,频谱资源贫乏的问题日益严重,尤其是在频率需求非常紧张的数百MHz-3GHz无线频带。但是,实际的测量结果却显示,由... 详细信息

随着技术的不断发展,工业界希望无线电设备能够具有自适应的智能化功能来满足市场需求。另一方面,由于通信行业的迅速发展,频谱资源贫乏的问题日益严重,尤其是在频率需求非常紧张的数百MHz-3GHz无线频带。但是,实际的测量结果却显示,由政府授权使用频带的频谱利用是比较低的。怎样才能提高频谱利用率,在各地区和各个时间段里有效地利用不同的空闲频道,成为人们非常关注的技术问题。感知无线电是以软件无线电为扩展平台、可以感知周围环境特征并自动调整设备发射和接收的部分参数的一种新型智能无线通信技术,可以有效地解决频谱资源的紧张以及频谱分配方式缺乏灵活性的问题。本文首先通过对感知无线电的关键技术的研究,提出一种感知无线电接收机的方案,对感知无线电接收机系统中的各个模块的功能进行了设计,对感知无线电技术中最为关键的频谱空穴检测技术进行了仿真,并用C语言编写了控制感知无线电接收机系统进行频谱空穴检测的控制程序。

关键词：感知无线电频谱感知信号检测 Matlab Simulink

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感知无线电ad hoc网络路由算法研究

感知无线电ad hoc网络路由算法研究

作者：狄佳茜复旦大学

学位级别：硕士

随着无线通信业务的飞速发展,用户的无线接入需求日益增加,所需的无线频谱资源越来越多,无线电频谱资源日益匮乏,传统的无线电频谱分配方案日显弊端。而由于固定频谱分配方案和独占频谱使用权,使得很多频谱资源没有得到充分利用。感知... 详细信息

随着无线通信业务的飞速发展,用户的无线接入需求日益增加,所需的无线频谱资源越来越多,无线电频谱资源日益匮乏,传统的无线电频谱分配方案日显弊端。而由于固定频谱分配方案和独占频谱使用权,使得很多频谱资源没有得到充分利用。感知无线电(Cognitive Radio)技术作为一种新兴技术,通过自动检测周围的环境情况,智能地调整系统的参数以适应环境的变化,在不对授权用户造成干扰的情况下从空间、频率、时间等多维地利用频谱资源进行通信来更好地提高频谱利用率。感知无线电网络有两种频谱共享接入方式：overlay模式和underlay模式。在overlay模式下,次用户伺机接入频谱空洞,使用主用户暂时不使用的频段,当主用户出现时,次用户必须立刻停止当前正在使用的主用户授权频段。Overlay模式主要考虑频谱检测(包括对频谱空洞的检测和使用中对主用户出现的检测),这种频谱共享方式对主用户的干扰最小。在underlay模式下,次用户和主用户同时使用相同的频段,主用户将使用同一频段的次用户视为噪声信号,但需要保证对授权用户的干扰低于阂值,该阈值是授权用户能够进行正常通信所能容忍的最大的干扰值。这种方式能够使用授权频段,利用更宽的带宽,因此频谱利用率相对较高,本文中我们考虑underlay模式下次用户的路由。感知无线电的路由不同于传统的路由度量基于最小跳,最短路径,最大吞吐量,最小时延等,在感知无线电underlay频谱共享下,由于主用户和次用户共享同一频段,必须保证次用户对主用户的干扰不能超过主用户所能承受的最大干扰值。本文在感知无线电ad hoc网络环境下,选取了干扰作为路由的度量,并将干扰分为系统内干扰(次用户自身之间的干扰)和系统间干扰(次用户对主用户的干扰)。在已有的ad hoc网络干扰路由协议的基础上对干扰权重做出改进,并提出新的基于系统间干扰最小化路由(对主用户干扰最小化)和基于联合系统内和系统间的干扰最小化路由(在满足系统间干扰小于干扰阈值的条件下,使得系统内干扰最小化)。在感知无线电网络中,每个用户节点都是智能的,他们的目标是最大化自身性能,只有在合作能带来更大利益的情况下才会选择为其他节点转发。为了解决自组织无线网络的节点自私行为,我们引入了博弈论来解决理性节点间的交互作用。博弈论是一种根据信息分析及能力判断,研究多决策主体之间行为相互作用及其相互平衡,以使收益或效用最大化的一种对策理论,我们引入定价机制(pricing-based methods)分析用户的交互行为并且激励合作。本文在感知无线电自私ad hoc网络环境下提出一种低代销的诚实能效路由LCP(Lowest Cost Path),将路由的开销结合对主用户的干扰和节点剩余能量(在感知无线电网络,如果移动节点是电池供电的,节点的能量效率是一个非常重要的指标),利用VCG (Vickrey-Clark-Groves)定价机制给LCP上每个中继节点以一定报酬促使节点之间的合作,并证明VCG机制下节点真实的反映自身的类型是一个占优策略。最后对论文的研究结果进行总结并指出下一步的研究方向。

关键词：感知无线电移动ad hoc网络路由协议干扰博弈论