认知无线电中多节点协作频谱感知及其融合算法

介绍了旨在提高频谱利用效率的认知无线电及其频谱感知技术.针对无线变参信道环境下单节点检测的局限性,就本地感知判决和量化、协作通信机制和感知信息融合算法三个方面着重分析了基于能量检测和协作的多节点感知技术,并追踪分析了算法研究的发展动向.     

基于认知无线电的频谱检测算法

认知无线电技术能够解决当前无线频谱资源匮乏而频谱利用率却非常低这一矛盾。无线频谱检测是认知无线电的关键技术。文章对匹配滤波检测、能量检测等单节点频谱检测方法进行了研究,并通过仿真对比分析了各检测算法的检测性能。在此基础上引入了合作检测方法,通过与单节点检测算法的对比仿真得出合作检测方式在性能上的优势。     

基于认知无线电的 MANET网络中虚拟骨干网的建立

将认知无线电技术融入MANET网络,利用认知节点的频谱感知功能,实施基于动态信息的簇首和网关选择.以簇首为锚点,通过选择受主用户影响较小的网关节点寻求连通支配集,建立虚拟骨干网.由此生成的虚拟骨干网以簇首为接入点,簇首间的网关承担簇间连接功能.基于权值比较,通过对主用户的位置感知,划分认知节点的空间分布区域并赋以不同的权值设计,实现对网络的分区处理,一方面维持运动中的分簇相对稳定,另一方面减少干扰链路存在的概率.最后通过仿真分析进行了算法的有效性验证.     

农业物联网中基于遗传算法的并行合作频谱感知

将认知无线电技术引入农业物联网中以解决其无线频谱资源紧缺的问题,针对农业物联网中多种传感器、终端及网关对不同异构信道的特殊需求,提出一种基于遗传算法的并行合作频谱感知方法。该方法能够克服现有方法中无法同时感知多个异构信道及在感知中没有考虑吞吐量和感知时长的不足,通过遗传算法最优地选取感知节点、分配感知任务以及设定感知时长,达到使系统有效吞吐量最大的目的。仿真结果表明,该方法相比随机感知方法,能够获得更大的系统有效吞吐量。     

基于压缩感知的农情监测节点稀疏采样决策方法

将压缩感知应用于农情监测节点的稀疏采样,能够有效减少数据冗余和能耗,而如何甄选测量矩阵、稀疏基和重构算法,是实现节点稀疏采样和数据收集质量控制的关键。系统分析了基于压缩感知的单节点稀疏采样与重构方法,设计了基于压缩感知的农情监测节点稀疏采样决策系统功能架构,阐述了Python语言环境下系统的实现技术与效果。系统初步应用表明,对于30d连续监测、采样间隔为15min的花卉植株茎流、土壤湿度数据的压缩感知,宜选择固定采样率,测量矩阵、稀疏基、重构算法分别选取周期测量矩阵、差分矩阵和SL0算法,每2～10d重构一次数据可实现数据恢复代价与精度的良好折衷。     

改进FFT和小波变换在电力系统谐波检测中的应用研究

傅里叶变换和小波变换技术被广泛应用在信号处理中。傅里叶变换由于频谱泄漏和栅栏效应等问题影响信号检测精度,而小波变换具有多分辨率分析的特点。设计了基于动态频率加窗插值的 FFT算法,实现对频谱泄漏和栅栏效应有效抑制;基于小波变换具有多分辨率分析的特点,设计了一种可变时频窗结构,实现了信号的实时检测。通过仿真分析对比,给出了合理的谐波检测技术。     

基于粒子群优化算法的三维无线传感器网络覆盖增强方法

针对目前三维无线传感器网络覆盖增强中感知模型不能准确描绘节点的感知性能、覆盖增强算法收敛性不佳等问题,将节点的感知半径融合到现有三维有向感知模型中,提出一种更符合实际感知性能的三维锥体有向感知模型,并推导出节点在二维平面投影的边界条件;将覆盖增强过程分解为俯仰角优化和节点位置优化这2个阶段,并推导出最优俯仰角,从而得出单个节点的最大覆盖范围,进而提高无线传感器网络的覆盖率;将粒子群优化算法引入到三维无线传感器网络覆盖增强中,来优化所有节点的位置信息,进一步改善无线传感器网络的覆盖率。仿真试验结果表明,该方法可有效提升无线传感器网络的覆盖率。     

全双工网络的友好干扰协作机制和功率分配

在无线全双工中继网络中,假设中继节点是不可信任的,为了改善合法用户的物理层安全性能,利用友好干扰节点向中继节点发射干扰信号进行协作,且为了获得帮助,合法用户需向干扰节点支付一定的费用。基于此协作干扰机制,讨论了如何对友好干扰节点进行有效的功率分配,从而使得合法用户获得的效用达到最优。理论分析和仿真结果表明,由于中继节点采用了全双工技术,且利用友好干扰节点进行协作,并在此基础上进行最优功率分配,合法用户的物理层安全性能可得到有效提高。     

间谐波检测中长范围频谱泄漏抑制方法研究

针对间谐波检测中的长范围频谱泄漏问题,提出准确估计和滤出谐波分量的方法减少频谱泄漏的影响,基于时域平均算法设计了梳状滤波器滤除谐波分量,滤波器设计中对TDA中单周期信号平均估计算法进行改进,避免原方法必须同步采样的限制,并结合频率波动-M曲线确定平均次数,设计性能良好的梳状滤波器,实现间谐波的准确检测。算例分析结果表明:数据间谐波检测频率平均误差为1.55%,幅度平均误差为3.1%,谐波分量的长范围频谱泄漏均低于-34d B。说明本研究方法可有效抑制间谐波检测中长范围频谱泄漏的影响,为间谐波的准确检测提供了参考方法。     

CR 网络中基于最优阈值选取的攻击感知算法

由于认知无线电(Cognitive Radio,CR)网络允许多个未知无线设备接入频谱,使其存在模仿主用户攻击(Primary User Emulation Attack,PUEA)的安全隐患,为此,提出一种具有攻击感知能力的协作感知方案.首先,在授权主用户信号频谱资源处于占用和空闲这2种情况下,估计PUEA伪信号出现的概率;然后,利用得到的估计参数确定最小化总误差概率的最优阈值;最后,融合中心通过感知报告与阈值来判断主用户信号是否存在,以达到感知模仿主用户攻击的能力.仿真试验结果表明:与最优用户选择(Optimal User Selection,OUS)方法相比,提出的方法在应对主用户仿真攻击时具有更好的安全性能,提高了CR网络的安全效能.