基础设施与Ad-hoc系统的认知共存

认知无线电蜂窝网和Ad Hoc网络中可伸缩视频流的研究

On Scalable Video Streaming over Cognitive Radio Cellular and Ad Hoc Networks

预计在未来几年，通过无线网络的视频内容交付将大幅增长。在本文中，我们研究了具有挑战性的问题，视频认知无线电（CR）网络。虽然具有很高的潜力，但这个问题带来了新的技术挑战。回顾相关工作后，我们首先解决的问题，基于基础设施的CR网络的视频，然后扩展到非基于基础设施的ad hoc CR网络的视频问题。我们提出了跨层优化问题的公式以及有效的算法来解决问题。所提出的算法进行了分析，其最优性和验证与模拟。

位置感知移动认知无线电Ad Hoc网络并发传输的最优功率控制

Optimal Power Control for Concurrent Transmissions of Location-aware Mobile Cognitive Radio Ad Hoc Networks

在认知无线电（CR）网络中，CR用户打算在授权给传统网络的相同频谱带上操作。在保护传统网络中的通信和最大化CR传输的吞吐量之间存在折衷，特别是当CR链路由于CR用户的移动性而不稳定时。由于频谱感知的非零误检概率和实现复杂性，本文研究了一种无需感知的移动CR自组网频谱共享方案，通过在CR网络中引入位置感知能力来提高频率复用率。我们提出了一种最优的功率控制算法的CR发射机，以最大限度地提高CR用户的并发传输区域，特别是在移动场景。在所提出的功率控制算法下，移动CR网络在不对传统网络中的主用户造成有害干扰的情况下实现了最大吞吐量。仿真结果表明，所提出的最优功率控制算法在提高网络中的分组投递率方面优于采用固定功率策略的算法。

宏蜂窝空间复用与认知毫微微蜂窝共存研究

On the Coexistence of Macrocell Spatial Multiplexing and Cognitive Femtocells

我们研究了一个两层的宏蜂窝/毫微微蜂窝系统，其中的宏蜂窝基站配备了多个天线，并利用多用户MIMO（空间复用），和毫微微蜂窝是“认知”。特别地，我们假设毫微微蜂窝基站知道每个时频时隙上的预定宏蜂窝基站用户的位置，使得它们可以相应地对它们的传输机会做出决定。毫微微小区基站还配备有多个天线。我们提出了一种方案，其中宏小区下行链路（宏- DL）与毫微微小区上行链路（毫微微-UL）对准，反之，宏小区上行链路（宏-UL）与毫微微小区下行链路（毫微微-DL）对准。在宏-DL/毫微微-UL方向上使用简单的“干扰温度”功率控制，并且在宏- UL/毫微微-DL方向上利用上行链路/下行链路对偶性和Yates、Foschini和Miljanic分布式功率控制算法，我们可以在两个方向上实现非常有吸引力的宏/毫微微吞吐量折衷区域。我们研究了多用户MIMO空间复用在宏小区的影响下提出的计划，并发现大的增益是可以实现的，通过让宏小区调度组的共址用户，使受干扰温度功率约束的毫微微小区的数量是小的。

共存约束下的洁净中继辅助认知无线电

Clean relaying aided cognitive radio under the coexistence constraint

我们考虑基于干扰抑制的认知无线电，其中主用户和次用户可以共存于相同的时间和频带，在约束下，主用户（PU）的速率必须保持相同的单用户解码器。为了满足这样的共存约束，来自次级用户（SU）的中继可以帮助PU在来自SU的干扰下的传输。然而，已知的基于脏纸编码（DPC）的方案中的中继信号受到SU的信号的干扰，并且不是“干净的”。在本文中，在半双工的限制下，我们提出了两个新的传输方案的辅助下，从SU的发送器和接收器的清洁中继没有干扰的SU。我们将它们分别命名为清洁发射机中继（CT）和清洁发射机-接收机中继（CTR）辅助认知无线电。研究了在衰落信道中，发射端信道状态信息（CSIT）利用率变化时CT和CTR的速率和复用增益性能。我们的CT推广了以前提出的著名的DPC为基础的计划。在完全CSIT的情况下，CTR的复用增益被证明优于（或不低于）以前的基于DPC的方案。这是因为用于解码DPC的PU的消息的静默时段在CTR中可能不是必需的。仅用CSIT的统计量，我们进一步证明了CTR在快瑞利衰落信道中的速率性能优于以前的方案。数值例子还表明，在一个大类的信道中，建议的CT和CTR提供了显着的速率增益比以前的计划与小的复杂度处罚。

基于认知无线电的移动Ad Hoc网络分布式协作频谱感知

Distributed Cooperative Spectrum Sensing in Mobile Ad Hoc Networks with Cognitive Radios

在认知无线电移动自组织网络中，次用户可以通过协作感知频谱来检测主用户的存在。在本章中，我们提出了一个完全分布式和可扩展的协作频谱感知方案的基础上，最近的进展共识算法。在所提出的方案中，次用户可以保持协调的基础上，只有本地的信息交换没有一个集中的公共接收机。我们使用二级用户的共识来做出最终决定。所提出的方案基本上是基于共识算法的最新进展，这些算法从复杂的自然现象中获得灵感，包括鸟类成群，鱼类成群，蚂蚁和蜜蜂成群。与现有的协作频谱感知方案不同，所提出的方案不需要集中式接收机，这使得它们适用于分布式CR-MANN。仿真结果表明，所提出的一致性方案可以显着降低漏报概率和虚警概率的CR-MANDROOM。它也表明，该方案不仅具有证明在检测主用户的存在的灵敏度，但也具有鲁棒性，在选择一个理想的决策阈值。

一种能量有效的Ad Hoc认知无线电传感器网络

Energy-Efficient Infrastructure Sensor Network for Ad Hoc Cognitive Radio Network

我们提出了一个节能的网络架构，由ad hoc（移动）认知无线电（CR）和基础设施无线传感器节点。每个CR的通信范围内的传感器节点被分组为一个集群和CR的集群定期更新根据CR的随机移动性。我们通过将每个簇划分成不相交的子集，重叠的感知覆盖的主用户（PU）活动的传感器网络的能量消耗和端到端的延迟。CR的各个子集提供目标检测和虚警概率。通过仅激活集群的一个子集，同时将集群中的其余子集置于睡眠方式，实现了显著的能量效率。

Coexistence of Communications and Cognitive MIMO Radar: Waveform Design and Prototype

New generation of radar systems will need to coexist with other radio frequency (RF) systems, anticipating their behavior and reacting appropriately to avoid interference. In light of this requirement, this paper designs, implements, and evaluates the performance of phase-only sequences (with constant power) for intelligent spectrum utilization using the custom built cognitive Multiple Input Multiple Output (MIMO) radar prototype. The proposed transmit waveforms avoid the frequency bands occupied by narrowband interferers or communication links, while simultaneously have a small cross-correlat…

Practical Design for Multiple-Antenna Cognitive Radio Networks with Coexistence Constraint

In this paper we investigate the practical design for the multiple-antenna cognitive radio (CR) networks sharing the geographically used or unused spectrum. We consider a single cell network formed by the primary users (PU), which are half-duplex two-hop relay channels and the secondary users (SU) are single user additive white Gaussian noise channels. In addition, the coexistence constraint which requires PUs' coding schemes and rates unchanged with the emergence of SU, should be satisfied. The contribution of this paper are twofold. First, we explicitly design the scheme to pair the SUs to t…

Efficient Online Learning for Cognitive Radar-Cellular Coexistence via Contextual Thompson Sampling

This paper describes a sequential, or online, learning scheme for adaptive radar transmissions that facilitate spectrum sharing with a non-cooperative cellular network. First, the interference channel between the radar and a spatially distant cellular network is modeled. Then, a linear Contextual Bandit (CB) learning framework is applied to drive the radar's behavior. The fundamental trade-off between exploration and exploitation is balanced by a proposed Thompson Sampling (TS) algorithm, a pseudo-Bayesian approach which selects waveform parameters based on the posterior probability that a spe…

同质主业务下无公共控制信道的认知无线电Ad Hoc网络频谱切换性能分析

Performance Analysis of Spectrum Handoff for Cognitive Radio Ad Hoc Networks without Common Control Channel under Homogeneous Primary Traffic

认知无线电（CR）技术被认为是解决频谱稀缺问题的一种有效方法.由于CR网络的频谱变化性质，当授权用户重用频谱时，需要未授权用户执行频谱切换。在本文中，我们研究了频谱切换过程中的性能在CR ad hoc网络下均匀的主要业务。我们提出了一种新的三维离散时间马尔可夫链来描述频谱的衰落过程，并分析了非授权用户的性能。由于在真正的CR网络中，一个专用的公共控制信道是不切实际的，在我们的模型中，我们实现了一个网络协调方案，没有专用的公共控制信道是必要的。此外，在无线通信中，不能立即检测同时传输之间的冲突，并且需要重传整个冲突分组，这极大地影响了网络性能。有了这个观察，我们还考虑了在我们提出的离散时间马尔可夫链中的冲突数据包的重传。此外，除了随机信道选择方案，我们研究了不同的信道选择方案对频谱切换过程的性能的影响。此外，我们还考虑了频谱感知延迟在我们提出的马尔可夫模型，并研究其对网络性能的影响。我们验证了我们提出的马尔可夫模型对模拟和频谱切换场景中的其他参数的兴趣得到的数值结果。我们提出的分析模型可以应用于各种实际的网络场景。它也提供了新的见解的过程中的频谱衰减。目前，没有现有的分析认为，频谱切换的全面方面，我们认为在本文中。

无公共控制信道的认知无线电Ad Hoc网络频谱切换研究

On the Spectrum Handoff for Cognitive Radio Ad Hoc Networks without Common Control Channel

认知无线电（CR）技术是一种很有前途的解决方案，以提高频谱利用率，使非授权用户利用频谱的机会主义的方式。由于非授权用户是授权频谱的临时访问者，当授权用户收回频谱时，他们被要求腾出频谱。由于授权用户出现的随机性，对授权和非授权通信的中断通常难以防止。在本章中，提出了一个积极的频谱切换框架CR ad hoc网络，以解决这些问题。在所提出的框架中，信道切换策略和主动频谱切换协议，提出了让未授权用户腾出信道之前，授权用户利用它，以避免不必要的干扰。针对非授权用户的网络协调方案也被纳入到频谱切换协议的设计中，以实现信道会合。此外，提出了一种分布式信道选择方案，以消除非授权用户之间的冲突。在我们提出的框架中，未授权用户相互协调，而不使用公共控制信道。我们比较了我们提出的主动频谱切换协议与反应频谱切换协议，在该协议下，未授权用户切换信道发生冲突后，与授权传输。仿真结果表明，我们的主动频谱切换优于反应式频谱切换方法在更高的吞吐量和更少的冲突授权用户。此外，我们提出了一种新的三维离散时间马尔可夫链来描述反应性频谱中断的过程，并分析了非授权用户的性能。我们验证了我们提出的马尔可夫模型对模拟和频谱切换场景中的其他参数的兴趣得到的数值结果。

主用户与能量收集次用户共存的认知合作研究

On the Coexistence of a Primary User with an Energy Harvesting Secondary User: A Case of Cognitive Cooperation

在本文中，我们考虑了一个认知场景中，能量收集次级用户（SU）与主用户（PU）共享频谱。辅助源在主源的静默期间帮助主源递送其未递送的分组。主源具有用于存储其数据分组的队列，而次源具有两个数据队列;一个队列用于存储其自己的分组，另一个队列用于存储被接受用于中继的未递送的主分组的部分。假设次级源是基于电池的节点，其从环境中收获能量包。除了其数据队列之外，SU还具有用于存储所收获的能量分组的能量队列。次级能量包用于初级包解码和数据包传输。更具体地，如果次级能量队列为空，则次级源既不能帮助初级源也不能传输来自数据队列的分组。能量排队被建模为具有马尔可夫到达和服务过程的离散时间排队。由于队列之间的相互作用，我们提供了所提出的系统的稳定区域的内部和外部边界。我们研究了能量到达率对稳定区域的影响。数值结果表明，合作的显着收益。

认知网络实现同构网络的吞吐量缩放

Cognitive Networks Achieve Throughput Scaling of a Homogeneous Network

我们研究两个不同的，但重叠的，在同一时间，空间和频率运行的网络。第一网络由随机分布的$n$组成，其形成自组织网络或具有$l$附加基站的基础设施支持的自组织网络。第二个网络由随机分布的$m$、自组织次要用户或认知用户组成。主用户具有对频谱的优先接入，并且在存在次用户的情况下不需要改变其通信协议。然而，次级用户需要根据关于主节点的位置的知识来调整他们的协议，以使主网络的吞吐量损失很小。通过引入主接收机周围的保留区域和主基站周围的回避区域，我们提出了两个改进的多跳路由协议的认知用户。基于渗流理论，我们证明了当次级网络的密度大于初级网络时，两个网络可以同时达到与独立网络相同的吞吐量缩放定律。此外，主网络吞吐量仅受到消失的分数损失。具体而言，对于ad hoc和基础设施支持的主模型，主网络分别实现$n^{1/2}$和$\max\{n^{1/2},l\}$阶的总吞吐量。对于两个主网络模型，对于任何$δ>0$，次级网络可以实现$m^{1/2-δ}$阶的总吞吐量，具有任意小的中断分数。因此，几乎所有辅助源-目的地对都可以以$m^{-1/2-δ}$阶的速率进行通信。

OFDM两层网络中的认知干扰对齐

Cognitive Interference Alignment for OFDM Two-tiered Networks

在这方面的贡献，我们介绍了一种干扰对齐方案，允许共存的正交频分复用（OFDM）的宏小区和认知小小区，部署在一个两层的结构，并在相同的带宽上传输。我们推导出单天线辅基站的最优线性策略，最大化机会链路的频谱效率，同时考虑信号子空间结构和功率加载策略。我们的分析和数值结果证明，所提出的预编码器结构是最佳的考虑的情况下，面对瑞利和指数衰减信道。

单向目的协作认知干扰信道容量域研究

On the Capacity Region of the Cognitive Interference Channel with Unidirectional Destination Cooperation

具有单向目的地协作的认知干扰信道（CIFC-UDC）是认知干扰信道（CIFC）的变体，其中认知（次要）目的地不仅解码从其发送对偶发送的信息，而且还帮助增强主要用户的通信。该渠道是对原有CIFC的延伸，旨在实现共存条件下的双赢解决方案。CIFC-UDC包括广播信道（BC）、中继信道（RC）以及部分协作中继广播信道（PCRBC），并且可以降级为它们中的任何一个。本文对离散无记忆CIFC-UDC提出了一个新的可达速率区，它改进了以前的结果，包含了BC、RC、PCRBC和CIFC的最大已知速率区.给出了两类CIFC-UDC的一个新的外界，并证明了该外界是紧的，从而刻画了其容量域。

认知无线电网络中的干扰抑制和资源分配

Interference Mitigation and Resource Allocation in Underlay Cognitive Radio Networks

由于无线设备和数据饥渴应用的不断增加的使用，提高现有无线网络的频谱效率已经变得必要。提高频谱效率的单向式方法之一是在不同的共存网络之间共享频谱并同时服务于多个设备。在最近的文献和说明书中正在考虑用于诸如LTE的许可网络与诸如Wi-Fi的未许可网络的共存的频谱共享机制。为了实现授权用户和未授权用户之间的共存，有必要包括干扰缓解技术以保护授权主用户（PU）免受有害干扰。典型的干扰减轻机制基于频谱感测和认知无线电（CR），其中，未许可的次级用户（SU）观察频谱，并且在许可的PU不活动时使用频谱。因此，SU利用共享频谱中的空时隙来避免干扰。如果允许SU通过利用由多天线技术提供的空间维度与PU同时发送，则可以进一步提高频谱效率。MCR范例允许这样的共存，其中SU通过利用网络中的空间和频率资源在与PU相同的时隙中发送其信号。为了利用空间维度，SU可以利用PU的位置坐标来引导其信号远离PU以减轻干扰。SU发射机还可以采用多种天线技术来为大量设备提供服务。此外，SU可以通过动态地选择提供最高速率的频段来利用PU占用的频段。在这项工作中，我们开发的PU的位置估计，空间资源分配和频段选择SUs在GPRS网络的技术。

单向目的地协作的认知干扰信道研究

On the Cognitive Interference Channel with Unidirectional Destination Cooperation

具有单向目的地协作的认知干扰信道（CIFC-UDC）是一种认知干扰信道（CIFC），其中认知（次）目的地不仅解码从其发送对偶发送的信息，而且还帮助增强主用户的通信。该渠道模型是对原有CIFC的扩展，旨在实现共存条件下的双赢解决方案。从信息理论的角度来看，CIFC-UDC包括广播信道（BC）、中继信道（RC）和部分协作中继广播信道（PCRBC），并且可以降级为它们中的任何一个。我们的主要结果是建立了CIFC-UDC的一个新的统一的可计算的速率区域，它是迄今为止已知的最大的，并且可以明确地表明，它包括以前由Chu提出的结果和BC，RC和PCRBC的最大已知速率区域。此外，本文还讨论了CIFC-UDC中单向目的地协作的一个有趣观点：使主用户的解码器能够进行干扰抑制可以看作是对Devroye等人提出的CIFC-UDC中的Gel'fand-Pinsker预编码干扰抑制的补充，通过将这两种思想结合起来，可以减轻在两个目的地引起的干扰。最后，给出了一类CIFC-UDC的外界，并证明了它是紧的，从而刻画了这类CIFC-UDC的容量域。

抗信道干扰的认知无线电分布式最优波束形成器

Distributed Optimal Beamformers for Cognitive Radios Robust to Channel Uncertainties

通过空间复用和分集，多输入多输出（MIMO）认知无线电（CR）网络可以显著提高传输速率和可靠性，同时通过波束赋形控制对对等节点和主用户（PU）的干扰。本论文优化了Ad Hoc CR网络的发射和接收波束形成器的设计时，CR到CR信道是已知的，但CR到PU信道不能准确估计。利用一个范数有界的信道不确定性模型，最优波束成形设计制定从所有数据流的总体均方误差（MSE）最小化，同时执行保护的PU系统时，CR到PU信道是不确定的。即使由此产生的优化问题是非凸的，可证明收敛到固定点的算法开发通过诉诸块坐标上升迭代，以及适当的凸逼近技术。有趣的是，这些新颖的方案也很自然地适用于分布式实现。数值试验证实了分析结果。

认知无线电的分布式功率分配和信道接入概率分配

Distributed Power Allocation and Channel Access Probability Assignment for Cognitive Radio

在本文中，我们提出了一个分布式优化的框架，在ad hoc认知无线电网络中的次用户的传输策略。特别地，所提出的方法允许次级用户设置它们的发射功率和信道接入概率，使得平均而言满足主网络和次级网络两者的服务质量。所考虑的系统假定几个主要和次要收发器对，并且假定在主要和次要用户之间以及次要用户之间没有合作或信息交换。中断概率，因此连接概率，是来自系统，并用于定义一个新的性能指标的优化问题，使用工具从随机几何。我们将此度量称为成功传输的空间密度。我们通过数值评估来证实我们的推导。我们进一步证明，即使在没有任何形式的合作，可以达到一个可接受的服务质量在认知无线电环境。

认知无线电网络中空中基站的动态移动性感知干扰避免

Dynamic Mobility-Aware Interference Avoidance for Aerial Base Stations in Cognitive Radio Networks

空中基站（ABS）是一种很有前途的公共安全解决方案，因为它可以与蜂窝网络共存，形成一个临时的通信网络。然而，来自主蜂窝网络的干扰可能严重降低ABS网络的性能。考虑到这一点，自适应动态干扰避免方案提出了在这项工作中的ABS与主网络共存。在所提出的方案中，移动ABS可以重新配置其位置，以减轻来自主网络的干扰，从而更好地将数据从指定的源（S）中继到目的地（S）。为此，单/多商品的最大流问题的制定和加权Cheeger常数作为一个标准，以改善ABS网络的最大流。此外，提出了一种分布式算法来计算最佳ABS运动方向。此外，最大流和最短路径轨迹之间的权衡进行了研究，并开发了一种节能的方法。仿真结果表明，该方法能有效地提高网络最大流量，对于最大流量下性能略有下降的ABS，该方法能节省高达39%的能量.

通过优化SISO和MIMO频谱效率最小化隐藏节点网络干扰

Minimizing Hidden-Node Network Interference by Optimizing SISO and MIMO Spectral Efficiency

在本文中，最佳的频谱效率（数据率除以消息带宽），最大限度地减少造成破坏性干扰的概率为ad hoc无线网络或认知无线电进行了研究。考虑两个基本的问题约束：一个给定的消息大小，或固定的数据率。也就是说，正在优化的交易是在更长的传输持续时间和更宽的带宽与更高的传输功率之间进行的。单输入单输出（SISO）和多输入多输出（MIMO）的链接。这里，链路优化其频谱效率以成为“好邻居”。干扰概率的特征在于无线网络中隐藏节点接收到的信号功率超过某个阈值的概率。优化的频谱效率是发射机到隐藏节点的信道指数的函数，排他地。结果表明，对于典型的信道指数，每天线略大于1~b/s/Hz的频谱效率是最佳的。它还表明，最佳的频谱效率是有效的，在环境中有多个隐藏节点。碰撞的概率也明确的评估作为频谱效率的函数。