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    学术论文
    认知网络中基于中继的频谱资源分配
    张士兵,张昊晔,李雪,包志华
    2011, 32(11):  3-10.  doi:1000-436X(2011)11-0003-08
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    根据无线认知中继网络上、下行链路子载波的信道特性,研究认知网络的频谱资源分配,提出一种上、下行链路子载波联合优化的分配算法。该算法根据子信道增益差值因子的大小分配下行链路子载波,以源节点和中继节点功率最小化为优化目标配对上行链路子载波,以用户的实时需求分配子载波的比特和功率,有效降低了系统的发射功率,提高了系统吞吐量。仿真结果表明,与启发—集中式和分布式辅助反馈传输功率分配算法比较,该联合优化算法的单位比特功耗降低了1.5~3 dB μW,误比特率性能提高了1个数量级左右。

    基于帧重要性认知的网络差错控制策略
    乐德广,靳勇,郭东辉,常晋义
    2011, 32(11):  11-20.  doi:1000-436X(2011)11-0011-10
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    提出一种适用于认知网络的认知差错控制策略(CEC),该策略根据认知数据帧被转发所经历的跳数和类型的重要性智能地为丢失数据帧选择最佳差错控制机制来改善认知网络的通信性能。建立了认知网络能效模型,数学分析和仿真比较表明:该策略能够有效地提高认知网络多媒体数据传输的可靠性,同时保持高能效。

    基于循环谱对称性的频谱感知算法
    高玉龙,陈艳平,管修挚,张中兆,沙学军
    2011, 32(11):  21-26.  doi:1000-436X(2011)11-0021-06
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    针对现有基于循环谱的频谱感知算法的不足,利用改进SSCA算法计算接收信号的循环谱,减少算法的计算量;利用循环谱的对称性,选择非零循环频率处的循环谱抵抗干扰和噪声,结合对称性搜索策略进行频谱感知。分析并仿真了循环谱的参数对频谱感知算法的影响,仿真结果证明了所提出算法克服了传统算法的不足,提高了低信噪比下的正确检测性能。

    认知无线电中基于拟合优度的频谱盲检测算法研究
    沈雷,王海泉,赵知劲,孙闽红
    2011, 32(11):  27-34.  doi:1000-436X(2011)11-0027-08
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    首先,提出噪声方差未知情况下基于t分布的Anderson-Darling的认知无线电频谱盲检测方法,通过计算接收到信道采样样本均值和方差比的分布函数与t分布函数之间的Anderson-darling距离,实现频谱检测。其次,提了基于特征函数的频谱盲检测算法,通过计算接收到的样本经验特征函数与已知特征函数的距离,判决信道中是否存在信号传输。最后,给出了衰落信道下,所提2种基于拟合优度的频谱盲检测算法的虚警概率和检测概率下界。理论和仿真表明,噪声方差未知情况下,所提2种频谱盲检测算法比传统的噪声方差已知时的能量检测法具有更好的性能。在低信噪比和小样本条件下,性能提高表现的尤其明显。

    多速率认知网络中协作资源共享机制研究
    张琰,盛敏,李建东,韩维佳,马骁
    2011, 32(11):  35-43.  doi:1000-436X(2011)11-0035-09
    摘要 ( 0 )   HTML ( 0 )   PDF (843KB) ( 43 )  
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    针对多速率认知网络分析了不同体制网络间相互协作的动机及策略。基于排队论模型,提出了不同协作策略的时延分析模型,得到了不同类型用户的业务到达率、分组长度、信道传输速率与业务平均服务时间之间的解析关系,进而揭示了不同协作资源共享机制的时延性能以及适用的场景。数值仿真验证了分析模型的准确性和有效性,同时证明:通过合理利用用户间的协作,不仅可以更好地保障主用户业务的QoS性能,还可以有效提升次级用户的接入机会和QoS保障能力。

    基于组合投资理论与主用户QoS保证的认知系统资源分配算法
    梁辉,赵晓晖
    2011, 32(11):  44-50.  doi:1000-436X(2011)11-0044-07
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    受组合投资理论的启发,提出了一种既利用历史信道状态信息,同时又有效保证主用户不受次系统传输所产生干扰的新的资源分配算法。该算法以系统速率的方差作为优化目标,同时通过引入用户间干扰门限来衡量次系统对主用户造成的干扰,并利用二次规划的方法对该问题进行求解。最后,给出经典算法与本算法的性能比较,仿真结果表明该算法在保证次系统传输速率保持在一定的期望速率的条件下,使其方差最小,同时又使主用户所受的干扰限定在所能承受的范围内。

    认知无线网络中基于时间序列预测的冲突分解算法
    杨双懋,郭伟,唐伟
    2011, 32(11):  51-58.  doi:1000-436X(2011)11-0051-08
    摘要 ( 0 )   HTML ( 0 )   PDF (644KB) ( 87 )  
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    针对认知无线网络提出了一种新的基于业务模型预测的冲突分解算法,该算法利用认知节点对用户业务的感知能力对业务进行建模,使用模型预测冲突报文数,同时结合树形分解算法来分解报文冲突。理论分析和仿真结果都表明,在真实的自相似业务背景下,该算法能提高认知网络的系统吞吐率和降低平均分解周期,从而使得系统的整体性能得到改善。

    自适应的认知无线Mesh网络QoS约束的路由与频谱分配算法
    邝祝芳,陈志刚,邓晓衡
    2011, 32(11):  59-70.  doi:1000-436X(2011)11-0059-12
    摘要 ( 0 )   HTML ( 0 )   PDF (719KB) ( 52 )  
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    提出了一种自适应的满足QoS约束的路由与频谱分配(SA2JR)算法,SA2JR的目标是:在满足无线业务QoS约束的情况下,最大化无线业务接受率,让尽可能多的无线业务需求能够被满足。SA2JR包括2个部分,按需的κ-路径路由(κ-Routing)算法,以及QoS驱动的频谱分配(QDSA)算法。κ-Routing负责为每一个需求产生κ条潜在路由路径,QDSA算法自适应地进行频谱分配,目标是从κ-Routing产生的κ条潜在路由路径中找出一条满足QoS约束的可行路由路径。仿真结果表明SA2JR能达到预定目标,获得了较高的无线业务接受率。

    合作感知中基于吞吐量的联合折中优化算法
    姬国庆,王刚,朱洪波
    2011, 32(11):  71-77.  doi:1000-436X(2011)11-0071-07
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    为实现认知无线电资源开销和系统性能的全面优化,建模研究了基于合作感知的认知网络的有效数据吞吐量。针对软合并融合判决模式,基于认知网络的吞吐量建立了本地采样数与合作用户数的联合折中优化模型。通过非对称步长的Armijo非精确线搜索最速下降算法求出了全局最优解,与蒙特卡洛仿真实验共同验证了优化模型的有效性。在吞吐量的最大化准则下,实现了合作感知中本地采样数与合作用户数的联合折中优化。

    认知无线电中OFDM信号信噪比盲估计
    刘明骞,李兵兵,唐宁洁,李钊
    2011, 32(11):  78-84.  doi:1000-436X(2011)11-0078-07
    摘要 ( 0 )   HTML ( 0 )   PDF (696KB) ( 58 )  
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    针对认知正交频分复用(OFDM,orthogonal frequency division multiplexing)系统中低信噪比多径信道下传统的OFDM信号信噪比盲估计算法的估计性能差,计算复杂度高的问题,提出一种新的OFDM信号信噪比盲估计方法,该方法首先利用自相关函数的特性粗略估计出信道阶数,确定循环前缀部分中不受符号间干扰的数据区间,然后根据选定区间的数据的自相关函数值估计接收信号的信号功率,最后利用循环前缀数据为部分有用数据的复制这一特性估计出噪声功率,从而估计出接收信号的信噪比。仿真实验结果表明,提出的方法无需任何先验信息,在低信噪比多径信道下具有良好的估计性能,且计算复杂度低,更适合于认知OFDM系统。

    认知无线电NC-OFDM系统中基于压缩感知的信道估计新方法
    何雪云,宋荣方,周克琴
    2011, 32(11):  85-94.  doi:1000-436X(2011)11-0085-10
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    提出了一种基于压缩感知(CS,compressive sensing)理论的不连续子载波正交频分复用(NC-OFDM,non-contiguous orthogonal frequency division multiplexing)系统信道估计新方法,全面研究了认知无线电NC-OFDM系统CS信道估计的理论框架、导频图案的设计、信道估计算法,并依据CS测量矩阵设计理论提出了测量矩阵互相关最小化的导频图案优化准则。仿真结果表明,同已有的NC-OFDM系统信道估计方法相比,CS信道估计能够在多种禁用子载波场景下,使用较少导频获得很好的信道估计性能。

    基于循环谱能量的自适应频谱检测算法
    张昊晔,包志华,张士兵
    2011, 32(11):  95-103.  doi:1000-436X(2011)11-0095-09
    摘要 ( 0 )   HTML ( 0 )   PDF (772KB) ( 62 )  
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    根据信号循环平稳谱的特征,研究在低信噪比环境下的频谱检测问题,提出一种基于循环谱能量的自适应判决门限频谱检测算法。该算法融合能量检测与循环平稳特征检测的机理,以信号的循环谱能量为检测统计量,加权合并虚警率与检测率,准确估计循环谱特征值,构建了具有噪声自适应能力的频谱检测判决门限。仿真结果表明,该算法可以在低信噪比环境下有效地完成频谱检测,克服了噪声波动对频谱检测性能的影响,对不同调制主信号的感知具有稳健性。与最大—最小特征值算法和盲检测算法相比,该算法分别改善了信噪比4dB和8dB。

    认知无线网络按需协同感知和信道分配
    李保罡,刘元安,刘凯明
    2011, 32(11):  104-110.  doi:1000-436X(2011)11-0104-07
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    结合路由发现和维护过程中控制消息的广播特性,提出将频谱协同感知和信道分配的交互信息部分融入路由控制消息的方法。认知用户的信息交互随按需路由发现过程而启动,并在路由沿线建立协同感知节点簇,利用路由维护消息对该节点簇进行维护。同时以认知网络容量最大化为目标,提出将频谱协同感知和信道分配联合设计。仿真分析表明,减少了认知用户的信息交互开销,缓解了认知无线网络中控制信道的瓶颈影响,对空闲频谱进行了高效再利用。

    认知无线多跳网中保证信干噪比的频谱分配算法
    孙杰,郭伟,唐伟
    2011, 32(11):  111-117.  doi:1000-436X(2011)11-0111-07
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    为解决无线多跳网络在固定频谱分配方式下所固有的信道冲突等问题,利用认知无线电的动态频谱分配技术,提出了一种适用于次用户组成的无线多跳网络的、underlay方式下的全分布式频谱分配算法。该算法将频谱分配问题建模成静态非合作博弈,证明了纳什均衡点的存在,并给出了一种求解纳什均衡点的迭代算法。大量仿真实验证明,该算法能实现信道与功率的联合分配,在满足主用户干扰功率限制的同时,保证次用户接收信干噪比要求。

    认知无线电网络中面向多通道的协作感知优化模型及启发式求解方法
    杨威,班冬松,李焕忠,窦文华
    2011, 32(11):  118-125.  doi:1000-436X(2011)11-0118-08
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    针对认知无线电网络中多个认知节点对多个通道进行协作感知的系统建立优化模型。该模型在各通道错误接入概率小于给定阈值的约束下,以最大化系统吞吐量为目标,对包括感知时间和各SU对各通道检测结果的权重系数在内的参数进行优化,是一个约束非线性规划模型。为求解该模型,提出了一种启发式的顺序参数优化方法(SPO,sequential parameters optimization method)。该方法首先推导出优化问题的下界并转而对该下界进行优化,随后通过构建了一系列仅含有权重系数的子优化问题并采用拉格朗日方法求解出优化的权重系数,待权重系数确定后,最后采用黄金分割搜索法确定优化的感知时间。仿真实验的结果表明了SPO的有效性并验证了提出的模型在提高系统吞吐量方面的优势。

    异构无线网络环境下的切换触发时间选择算法
    闫继垒,李建东,赵林靖
    2011, 32(11):  126-132.  doi:1000-436X(2011)11-0126-07
    摘要 ( 0 )   HTML ( 0 )   PDF (756KB) ( 59 )  
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    对移动用户在异构网络环境下的切换触发时间选择问题进行了研究。首先对移动终端触发切换的时间选择问题进行了理论分析,找到了最佳切换触发时间所应满足的条件。然后在切换耗时估计和接收信号强度预测的基础上,提出了一种预测最佳切换触发时间的算法。仿真结果表明,本算法能够有效降低用户的分组丢失概率和切换失败概率。

    技术报告
    认知MIMO MAC最优迭代注水算法
    魏飞,杨震
    2011, 32(11):  133-139.  doi:1000-436X(2011)11-0133-07
    摘要 ( 0 )   HTML ( 0 )   PDF (745KB) ( 242 )  
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    研究发送功率以及干扰温度约束下的认知多入多出多址接入信道(MIMO MAC)的速率和最大化问题。通过部分对偶分解技术松弛干扰温度约束,原始问题被分解为较易处理的子问题,并提出一种迭代算法,通过交替进行对偶变量更新与迭代注水运算求解使得速率和最大的最优发送协方差矩阵。最后通过仿真表明算法的有效性。

    面向统计QoS保障的多时间尺度接纳控制算法
    陈艳平,王慧强,冯光升,高玉龙
    2011, 32(11):  140-146.  doi:1000-436X(2011)11-0140-07
    摘要 ( 0 )   HTML ( 0 )   PDF (654KB) ( 54 )  
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    采用在线测量的方法计算业务流的统计特性估计其突发水平以便选择合适的业务流模型。为了保障业务流的统计QoS,基于选定的业务流模型,通过有效带宽和有效包络的转换定理,获得多分形和自相似业务流的有效包络。然后,采用统计网络演算获得QoS参数进行接纳控制决策,并且通过选择接纳时机减小接纳控制本身对QoS的影响。仿真结果表明该算法能够准确地选择流模型,满足流模型的统计延迟要求,提高带宽利用率。

    综述
    认知无线网络:关键技术与研究现状
    魏急波,王杉,赵海涛
    2011, 32(11):  147-158.  doi:1000-436X(2011)11-0147-12
    摘要 ( 0 )   HTML ( 0 )   PDF (614KB) ( 199 )  
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    综述了认知无线网络的关键技术和研究进展。首先,从物理层的频谱感知和网络层的可用带宽估计两方面对网络环境感知技术进行了总结和归纳;其次,对目前的多信道 MAC协议进行了分类,重点分析了不同多信道 MAC 协议实现方法的优缺点和适用场景;然后,对认知无线网络中智能决策和网络重构的实现框架进行了介绍,并总结了其中需要突破的关键技术;最后,对认知无线网络的重点研究方向给出了建议。

    学术通信
    认知车载网络中基于QoS保障的频谱共享新策略
    张磊,罗涛,刘蔚
    2011, 32(11):  159-167.  doi:1000-436X(2011)11-0159-09
    摘要 ( 0 )   HTML ( 0 )   PDF (793KB) ( 54 )  
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    构建了基于认知无线电的新型车载网络,并提出基于安全业务服务质量(QoS)保障的两步式频谱共享策略:多认知小区间的频谱分配和单认知小区内的频谱共享。仿真结果表明,提出的GNBS(generalized nash bargaining solution)分配方案综合考虑了系统的公平性和总效用,可获得明显大于最大化最小方案的系统和速率,以及明显优于最大化和速率方案的多认知小区间的公平性;GNBS方案可以根据多小区间频谱需求的差异性来动态调节资源分配的比例,有效地实现了需求非对称的多小区间频谱资源的最优化配置;此外,单小区内的协作频谱共享机制,使得协作双方均获得了优于非协作方案的系统效用,有效地提高了系统吞吐量以及认知OBU间的公平性。

    基于业务感知和策略选择的认知路由算法
    顾成杰,张顺颐,孙雁飞
    2011, 32(11):  168-175.  doi:1000-436X(2011)11-0168-08
    摘要 ( 0 )   HTML ( 0 )   PDF (864KB) ( 81 )  
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    提出了一种基于业务感知和策略选择的认知路由(cognitive network routing) 算法。该算法面向认知网络环境综合考虑了网络资源、业务流、策略选择等要素,在获知网络中业务流的宏观特征和需求的前提下,首先通过离线资源分配将网络资源按照业务流的固有分配特征预先配置给不同类型的业务流,然后通过在线路径计算实时得出各个业务流的最优路径。仿真实验验证了认知路由算法的有效性,对比于MIRA、SWP路由算法,CNR算法可以提高网络资源利用率,避免因资源不均衡产生的网络拥塞,能够在业务流和资源2个层面优化网络性能。

    基于第N佳中继选择的协作频谱感知检测概率分析
    张晓格,张士兵,邱恭安
    2011, 32(11):  176-182.  doi:1000-436X(2011)11-0176-07
    摘要 ( 0 )   HTML ( 0 )   PDF (596KB) ( 38 )  
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    为获得最佳感知,系统在n个备选用户中选择最佳中继进行协作感知。但实际系统可能由于各种原因选择了第二佳或乃至更为一般的第N佳中继。为此,提出基于第N佳中继选择的协作频谱感知,推导了其在瑞利平坦衰落下的检测概率,并给出闭合表达式。数值计算表明,随着N的增加,系统检测概率不断下降,乃至低于任意选择;随着n的增加,基于最佳或接近最佳选择的系统检测概率明显提高,而基于最差或接近最差选择的系统检测概率则有所下降。

    认知无线网络中基于主用户行为的联合路由和信道分配算法
    刘婧,任品毅,薛少丽,张超
    2011, 32(11):  183-190.  doi:1000-436X(2011)11-0183-08
    摘要 ( 0 )   HTML ( 0 )   PDF (546KB) ( 48 )  
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    针对认知无线网络中主用户行为将导致频谱瞬时变化而影响路由稳定性的问题,提出了一种基于主用户行为的路由和信道联合分配算法。该算法通过采用呼叫模型对主用户行为建模,并根据动态源路由协议的路由寻找机制,在目的节点等待多个路由请求分组后选择受主用户行为影响最小的路由,然后沿着所选定路径的反方向传送路由回复分组并完成信道分配。理论分析证明了算法中的链路平均持续时间期望与主用户活动概率成反比且具有与网络节点数成正比的计算复杂度。仿真结果表明,该算法具有比Gymkhana路由方案更高的分组投递率和更低的平均分组时延。

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