Optimal Power Allocation for Fading Channels in Cognitive Radio Networks: Ergodic Capacity and Outage Capacity
认知无线电网络（CRN）通过允许次级通信网络（SCN）中的次级用户（SU）机会性地在最初分配给主通信网络（PCN）的频带中操作或者通过允许SCN与PCN中的主用户（PU）共存来形成，只要SCN对每个PU造成的干扰被适当地调节。在本文中，我们考虑后者的情况下，称为频谱共享，并研究了最优功率分配策略，以实现遍历容量和中断容量的SU衰落信道下不同类型的功率约束和衰落信道模型。特别地，除了在PU处的干扰功率约束之外，还考虑了SU的发射功率约束。由于发射功率和干扰功率可以由峰值或平均约束来限制，因此研究了功率约束的各种组合。它示出，有一个容量增益SU下的平均超过峰值发射/干扰功率约束。研究还表明，SU发送端和PU接收端之间的信道衰落通常是增强SU信道容量的有利因素。
2008-08-28 cs.IT math.IT
Power Allocation for Outage Minimization in Cognitive Radio Networks with Limited Feedback
提出了在窄带频谱共享认知无线电网络中，在次发射机（SU-TX）处的长期平均发射功率约束和主接收机（PU-RX）处的平均干扰功率约束下，最小化允许与主用户（PU）共存的次用户（SU）的中断概率的最优发射功率分配问题，在SU-TX处具有量化的信道状态信息（CSI）（包括从SU-TX到SU-RX的信道，表示为$g_1$，以及从SU-TX到PU-RX的信道，表示为$g_0$）。矢量信道空间中的最优量化区域被示出为具有“逐步”结构。利用这种结构，上述中断最小化问题可以通过采用Karush-Kuhn-Tucker（KKT）必要最优性条件来明确地公式化和求解，以获得局部最优量化功率码本。针对反馈比特数较大的情况，推导出一种低复杂度的近优量化功率分配算法。还提供了一个显式表达式的渐近SU中断概率在高速率量化（反馈位数趋于无穷大），并示出近似的最佳中断行为非常好的反馈位数很大，通过数值模拟。数值结果还表明，与6比特的反馈，推导出的算法提供SU中断性能非常接近，在SU-TX与全CSI。
2011-11-11 cs.IT math.IT math.OC
Outage Analysis of Cognitive Electric Vehicular Networks over Mixed RF/VLC Channels
现代交通基础设施被认为是排放到大气中的温室气体的主要来源之一。这种情况要求决策者制定电动汽车（EV）的大规模使用，这反过来又高度要求能够抵御各种网络攻击的新型安全通信技术。因此，在本文中，我们提出了一种新的干扰鲁棒通信技术，不同的户外认知EV使能网络的情况下，混合射频（RF）/可见光通信（VLC）信道。一个EV充当中继节点以允许聚合器到达被堵塞的EV，并且同时在RF和VLC谱带两者中操作，同时满足由主网络实体施加的干扰约束。我们推导出精确的封闭形式的中断概率的解析表达式，并提供其渐近分析，同时考虑各种信道状态信息质量的情况下。此外，我们量化的中断减少可通过部署这种混合VLC/RF通道。最后，分析和仿真结果验证了我们的分析的准确性。
2020-04-23 cs.IT cs.PF math.IT
Relay Assisted Underlay Cognitive Radio Networks with Multiple Users
在这封信中，我们考虑一个双跳解码和转发（DF）中继辅助的认知无线电网络。对于一般的多用户网络，我们采用了最大最小公平中继选择方案，并分析了中断概率时，信道受到独立和不同的Nakagami-m衰落。中继网络在对主接收机可容忍的峰值干扰功率施加的约束内操作。然后，我们分析了渐近中断概率性能，并说明了存在的i）全分集阶时，在主用户的干扰电平与中继发射功率成比例地增加;和ii）中断地板时，中继的发射功率受到限制的主接收机。我们还分析了不完美的信道状态信息（CSI）的中断概率和平均吞吐量在瑞利衰落信道。说明性的分析结果准确地验证了数值模拟。
2021-05-08 cs.IT eess.SP math.IT
Cooperative Relaying in Underlay Cognitive Systems with Hardware Impairments
研究了多天线和每个收发器有硬件损伤的认知（二次）双跳中继系统的性能。特别是，端到端（e2 e）通信的中断概率推导出封闭的形式，无论是发射天线选择与最大比组合（TAS/MRC），或TAS与选择组合（TAS/SC）建立在每一跳。简化的渐近中断表达式也得到了，它体现了系统的分集和阵列阶数，发射/接收天线数量的平衡的有效性，以及硬件损伤的e2 e通信的影响。
2015-09-01 cs.IT math.IT
Antenna Selection in MIMO Cognitive Radio-Inspired NOMA Systems
本文研究了MIMO认知无线电启发的非正交多址接入（CR-NOMA）网络中的联合天线选择（AS）问题。特别地，在满足主用户服务质量（QoS）的条件下，提出了一种新的计算效率高的联合AS算法，即基于子集的联合AS（SJ-AS），以最大化次用户的信噪比。推导了SJ-AS中断性能的渐近闭式表达式，证明了SJ-AS在所有可能的联合AS方案中所能达到的最小中断概率。所提供的数值结果表明，所提出的计划的优越性能。
2017-09-05 cs.IT math.IT
Scaling Laws of Cognitive Networks
我们考虑一个认知网络，由n个随机对的认知发射机和接收机同时通信，在存在多个主用户。感兴趣的是认知用户实现的最大吞吐量如何随n缩放。此外，这些用户必须距离主用户多远才能保证给定的主中断。网络缩放定律考虑了两种情况：（i）当每个认知发射机使用恒定功率与有界距离处的认知接收机通信时，以及（ii）当每个认知发射机根据到所考虑的主用户的距离缩放其功率时，允许认知发射机-接收机距离增长。使用单跳传输，适合认知设备的机会主义性质，我们表明，在这两种情况下，路径损耗大于2，认知网络的吞吐量与认知用户的数量呈线性关系。然后，我们探索了一个主要的专属区域的认知发射器的半径。对于给定的主中断约束，我们得到了这个半径的界。这些界限可以帮助设计一个具有专属区域的主网络，在该区域之外，认知用户可以自由传输。我们的研究结果表明，机会二级频谱接入使用单跳传输是有前途的。
2007-10-24 cs.IT math.IT
Transmit Power Policy and Ergodic Multicast Rate Analysis of Cognitive Radio Networks in Generalized Fading
本文确定了认知无线电网络中主用户中断约束下的点对多点通信的最优次用户功率分配和遍历组播速率。利用极值理论（EVT）的工具，首先证明了独立同分布（i.i.d.）信干比（SIR）随机变量（RV）是威布尔分布，当用户信号和干扰信号经历独立和非同分布（i.n.i.d.）$κ-μ$阴影衰落。此外，实际的最小分布的威布尔分布的收敛速度。然后，该限制分布用于确定在广义衰落场景中在主网络处受到中断约束的认知无线电网络中的次网络的最优发射功率。此外，渐进遍历多播速率的次用户进行了分析，不同的信道衰落参数。
2019-10-27 cs.IT math.IT
Performance Analysis of a Cognitive Radio Network with an Energy Harvesting Secondary Transmitter under Nakagami-m Fading
在本文中，我们考虑了一个覆盖的认知无线电网络，在其中的一个次要的发射机（ST）愿意中继的信息的主要发射机向主要的接收机。作为回报，ST可以接入许可频带以将其自身的信息与主信号叠加发送到辅助接收器。功率受限的ST使用功率分割协议来从其接收到的信号中收获能量以增加其发射功率。我们分析了独立Nakagami-m衰落下的主系统和次系统的性能，推导出相应的中断概率在积分为基础的表达式。此外，考虑到高信噪比，我们得到非常紧密的封闭形式的近似中断概率。此后，通过进一步分析的近似，我们揭示了新的见解的分集阶数和编码增益的两个系统。我们的分析结果进行了验证，通过广泛的蒙特卡罗模拟。
2017-11-27 cs.IT math.IT
A Novel Relay-Aided Transmission Scheme in Cognitive Radio Networks
在认知无线电网络中，当主传输上引起的干扰有限时，允许未授权的次用户与授权的主用户共享频谱。在本文中，我们提出了一种新的协作传输方案的认知无线电网络中的中继节点是能够帮助的主要和次要的传输。我们推导出精确的封闭形式和上限表达式的条件下的主要和次要的中断概率在瑞利衰落信道。此外，我们提出了一个简单的功率分配算法。最后，使用数值评估和仿真结果，我们展示了我们的合作传输方案在提高二次中断概率，而不损害主要的潜力。
2011-09-13 cs.IT cs.NI math.IT
Interference-Assisted Wireless Energy Harvesting in Cognitive Relay Network with Multiple Primary Transceivers
我们考虑一个频谱共享的情况下，一个次要的网络与多个收发器的主要网络共存。次级网络由能量受限的解码转发次级中继器组成，该次级中继器在存在来自多个初级发射器的干扰的情况下辅助次级发射器与目的地之间的通信。次中继从接收到的射频信号中获取能量，该射频信号包括来自次发射机的信息信号和主干扰。然后，所收集的能量被用于解码次级信息并将其转发到次级目的地。在中继器处，我们采用时间切换策略，由于其简单性，可以随着时间的推移在能量收集和信息解码之间切换。具体来说，我们推导出一个封闭形式的表达下的主要中断约束和峰值功率约束下的二次发射机和中继的二次中断概率。此外，我们调查的最佳能量收集持续时间，最大限度地减少二次中断概率的主收发器的数量的效果。通过在能量收集阶段利用主干扰作为有用的能量源，次级网络实现了更好的中断性能。
2015-09-02 cs.IT cs.NI math.IT
Non-orthogonal Multiple Access in Large-Scale Underlay Cognitive Radio Networks
本文将非正交多址接入（NOMA）技术应用于随机部署用户的大规模认知无线电（CR）网络。为了表征所考虑的网络的性能，新的封闭形式的中断概率的表达式推导出使用随机几何。更重要的是，通过执行分集分析，在具有不同功率约束的两种场景下获得了新的见解：1）主发射机（PT）的固定发射功率，以及2）PT的发射功率与辅基站的发射功率成比例。对于第一种情形，在第$m$个有序NOMA用户处经历$m$的分集阶数。对于第二种情况，有一个渐进的错误地板的中断概率。仿真结果验证了推导结果的准确性。通过仔细设计用户的目标数据率和功率分配系数，NOMA可以在GPRS网络中获得优于传统正交多址接入的性能。
2016-01-14 cs.IT math.IT
Performance Analysis of Arbitrarily-Shaped Underlay Cognitive Networks: Effects of Secondary User Activity Protocols
分析了任意形状的认知网络中主用户和次用户的性能。为了满足在任意位置的主接收机（PU-Rx）的干扰阈值要求，我们考虑不同的SU活动协议，限制活动SU的数量。我们提出了一个框架，基于矩生成函数（MGF）的干扰，由于一个随机SU，解析计算中断概率在主网络中，以及在次级网络中的活动SU的平均数量。我们还提出了一个合作为基础的SU活动协议在认知网络，其中包括现有的阈值为基础的协议作为一个特殊情况。我们研究了不同SU活动协议的活动SU的平均数量，在PU给定的中断概率约束下，我们采用它作为一种分析方法来比较不同SU活动协议对主网络和辅网络性能的影响。
2014-11-07 cs.IT math.IT
Wireless-Powered Communication Assisted by Two-Way Relay with Interference Alignment Underlaying Cognitive Radio Network
本文针对MIMO认知无线电网络中无线供电次级系统，提出结合功率分割、双向DF中继和基于MMSE的干扰对齐的两步设计方法，以最小化中断概率，仿真显示中断概率平均降低超过两个数量级。
2023-09-16 cs.IT math.IT
Wireless Energy Harvesting in a Cognitive Relay Network
射频能量采集技术为能量受限无线通信系统提供了一种有效的能量供给方式.提出了一种新的基于多主用户（PU）的底层认知中继网络能量收集协议。在该协议中，次节点可以从主网络（PN）获取能量，同时共享PN的许可频谱。为了评估不同系统参数对所提出的网络的影响，我们首先推导了在三个重要功率约束下二次网络（SN）的中断概率的精确表达式：1）在辅助源（SS）和辅助中继（SR）处的最大发射功率，2）在每个PU接收机处允许的峰值干扰功率，以及3）从每个PU发射机到SR和到次要目的地（SD）的干扰功率。为了获得不同参数对SN成功数据传输的影响的实际设计见解，我们推导了时延敏感和时延容忍传输模式的吞吐量表达式。推导了中断概率和时延敏感吞吐量的渐近封闭式表达式，以及时延容忍吞吐量随PU收发器数目无穷大的渐近解析式.结果表明，当PU发射机位于SS附近且距离SR和SD足够远时，中断概率提高。我们的结果还表明，当PU发射机的数量很大时，来自PU发射机的干扰的有害影响超过了从PU发射机收集的能量的益处。
2016-01-10 cs.IT math.IT
Effective Capacity in Cognitive Radio Broadcast Channels
在本文中，我们调查有效容量建模的认知无线电广播信道与一个二级发射机（ST）和两个二级接收机（SR）下的服务质量约束和干扰功率限制。我们首先描述了三种不同的合作信道感知策略与不同的硬判决合并算法在ST，即或，多数和AND规则。由于信道感测发生可能的错误，我们考虑了一个组合的干扰功率约束，当信道被感测为繁忙和空闲时，次级用户（SU）的传输功率是有界的。此外，关于信道感测决策及其正确性，可能存在四种不同的传输场景。我们提供的ST和每个SR之间的信道的瞬时遍历容量在所有这些情况下。假设瞬时传输速率大于瞬时遍历容量时会出现传输中断，当信道被感知为空闲时，我们为SU建立了两种不同的传输速率策略。其中一种策略采用贪婪的方法，不考虑可能的传输中断，另一种策略则采用最优的方法来防止传输中断。随后，我们确定该信道模型的有效容量区域，我们得到的功率分配策略，最大限度地提高这个区域。最后，我们给出了数值结果。我们首先展示了当信道检测结果良好时，多数规则的优越性。然后，我们说明了一个贪婪的传输速率的方法是更有益的SU在严格的干扰功率约束下，而发送较低的速率将是更有利的宽松的干扰约束下。
2014-07-15 cs.IT math.IT
Joint Sensing and Reception Design of SIMO Hybrid Cognitive Radio Systems
本文研究了认知无线电系统中频谱感知和接收波束形成的联合设计问题。所提出的设计的目的是最大化的可实现的平均上行链路速率的次要用户（SU），受到基于中断的服务质量（QoS）约束的主要通信。研究了一种混合CR系统方法，根据该方法，系统或者作为交织器操作（即，机会主义的）或作为投机者（即，频谱共享）CR系统，基于SS结果。一个现实的信道状态信息（CSI）框架，根据该框架，直接信道链路是已知的多天线接收机（RX），而只有统计（协方差）信息可用于干扰链路。一个新的，封闭的形式近似推导出的中断概率的主要通信，和SS参数和接收波束形成器的速率最优选择的问题是解决的混合，交织和MIMO系统。事实证明，我们提出的系统设计优于两个交织和交织CR系统的一系列系统方案。
2015-09-14 cs.IT math.IT
Robust Trajectory and Transmit Power Optimization for Secure UAV-Enabled Cognitive Radio Networks
认知无线电是一种很有前途的提高频谱效率的技术。然而，通过使用物理层安全技术实现的二级网络的安全性能受到其发射功率和信道衰落的限制。为了解决这一问题，认知无人机（UAV）通信网络的研究，利用无人机的高度灵活性和建立视距链路的可能性。通过鲁棒地优化无人机的轨迹和发射功率，使二级网络的平均保密率最大化。我们的问题制定考虑到两个实际的不准确的位置估计的情况下，即最坏的情况下，和停电限制的情况下。为了解决这些具有挑战性的非凸问题，在最坏情况下提出了基于$\mathcal{S}$ -Procedure的迭代算法，在停机限制情况下提出了基于Bernstein型不等式的迭代算法.所提出的算法可以获得相应问题的有效次优解。仿真结果表明，与最坏情况下的算法相比，在中断受限情况下的算法能够以较低的计算复杂性获得较高的平均保密率.此外，所提出的方案可以提高安全通信性能显着相比，其他基准方案。
2020-03-08 cs.IT eess.SP math.IT
Difference Antenna Selection and Power Allocation for Wireless Cognitive Systems
在本文中，我们提出了一种在无线认知无线电（CR）系统中的天线选择方法，即差异选择，从而在次级发射机处从$M$可能的天线中选择单个发射天线，使得数据链路和干扰链路的信道增益之间的加权差异最大化。我们分析了互信息和中断概率的CR系统中的辅助传输与不同的天线选择，并提出了一种方法，优化这些性能指标的次级数据链路受到实际约束的峰值次级发射功率和平均干扰功率的主要接收机。在两个参数上执行优化：峰值次级发射功率和差异选择权重$δ\in [0, 1]$。我们表明，使用所提出的方法确定的优化参数的差异选择，可以在许多情况下的利益，优于文献中公开的所谓的比选择方法，虽然比选择已被证明是最佳的，当不切实际的，二次传输功率约束不适用。我们解决的影响，互信息和中断概率的约束，并讨论了实际意义的结果。
2010-10-15 cs.IT math.IT
Ergodic Capacity of Cognitive Radio under Imperfect Channel State Information
研究了一种频谱共享通信系统，其中次级用户知道次级链路的瞬时信道状态信息（CSI），但仅知道次级发送器-初级接收器（ST-PR）链路的统计和估计版本。最佳功率配置文件和遍历容量的次级链路推导出一般衰落信道（连续概率密度函数）下的平均和峰值发射功率的约束和两个不同的干扰约束：干扰中断约束和信号干扰中断约束。当应用到瑞利衰落信道，我们的研究结果表明，例如，干扰约束是有害的，在高功率政权的意义上说，容量不随功率增加，而在低功率政权，它有一个边际的影响和无干扰性能对应的遍历能力下的平均或峰值发射功率约束的情况下，主用户，可以实现。
2012-04-10 cs.IT math.IT
Cloud Cognitive Radio HetNets with Limited Feedback
在本文中，我们提出了一种基于云的交织认知无线电HetNets，它结合了基于云的无线电的增益，即为小区边缘用户增加的速率和认知无线电的更好的频谱效率。有限反馈的仿真结果表明，在传统认知无线电网络上，在云中具有相同中断的情况下，主小区边缘用户的速率增加了约100%，而辅小区边缘用户的速率增加了300%。
2016-05-19 cs.IT cs.NI math.IT
Cooperative Spectrum Sharing Relaying Protocols With Energy Harvesting Cognitive User
能量受限的无线网络中的无线信息和能量传输理论由于其在延长传感器节点寿命和减轻传统电池对环境造成的危害方面的潜力而引起了研究人员的兴趣。类似地，合作频谱共享协议领域中的进步已经使得能够在许可主用户和次用户之间有效地使用频谱。在本文中，我们考虑了一个能量受限的次级用户，它从主信号中获取能量，并中继主信号以换取频谱接入。考虑Nakagami-m衰落模型，提出了两种关键的协作频谱共享协议，即时分协作频谱共享（TS-CSS）和功率共享协作频谱共享（PS-CSS），并推导了主用户和次用户在解码转发和放大转发中继模式下的中断概率表达式。从所获得的结果，它已被示出，次级用户可以携带自己的传输，而不会对主用户的性能产生不利影响，并且PS-CSS协议优于TS-PSS协议的中断概率在宽范围的信噪比（SNR）。各种系统参数对这些协议的中断性能的影响也进行了研究。
2018-03-22 cs.IT cs.NI math.IT
Throughput Analysis of Wireless Powered Cognitive Radio Networks with Compressive Sensing and Matrix Completion
在本文中，我们考虑了一个认知无线电网络中，能量受限的次用户（SU）可以收获能量从随机部署的功率信标（PB）。提出了一种新的帧结构所考虑的网络。介绍了无线功率传输模型和压缩频谱感知模型。在WPT模型中，提出了一种新的WPT方案，并推导出了停电概率的闭合表达式。在压缩频谱感知模型中，考虑两种情况：1）单个SU，以及2）多个SU。在单SU场景中，为了减少SU处的能量消耗，利用了能够实现亚奈奎斯特采样的压缩感测技术。在多SU情况下，采用低秩矩阵完备技术进行协作频谱感知，在融合中心获得完备矩阵。将次级网络的吞吐量优化问题转化为两个线性约束问题，分别以最大化单个SU和CSS网络的吞吐量为目标。通过优化时隙分配和发射功率，提出了三种方法来获得最大的二次网络吞吐量。仿真结果表明：1）多SU场景可以实现比单SU场景更低的功率中断概率;以及2）可以通过在所提出的帧结构设计中实现压缩频谱感知来提高最优吞吐量。
2016-01-25 cs.IT math.IT
Throughput Analysis of Cognitive Wireless Networks with Poisson Distributed Nodes Based on Location Information
本文提供了一个统计特性的个人可达到的速率位/秒/赫兹和双极泊松无线网络的空间吞吐量位/秒/赫兹/米$^2$。我们假设所有的发射机都有认知能力知道到它们的接收机的最近的发射机的距离，因此它们可以单独地调整它们的编码速率，以避免每个空间实现的中断事件。考虑到最接近的干扰近似于所有发射机的总干扰作为噪声处理，我们推导出封闭形式的表达式的概率密度函数的可实现的速率下两个解码规则：作为噪声处理的干扰，并联合检测最强的干扰信号处理的其他噪声。基于这些规则和双极模型，我们近似的预期最大空间吞吐量，后者的解码规则的最佳性能。这些结果也比较的参考方案，发射机没有认知能力，编码他们的消息在预定的速率，选择优化预期的空间吞吐量-无论特定的实现-这会产生中断。我们证明，当考虑相同的解码规则和网络密度，认知空间吞吐量总是优于其他选项。
2014-04-27 cs.IT cs.MA math.IT
A Rate Splitting Strategy for Uplink CR-NOMA Systems
在上行非正交多址接入（NOMA）信道中，现有的协作连续干扰消除（SIC）和功率控制（PC）方案无法达到满容量区域，限制了上行NOMA用户的中断性能。针对上行认知无线电（CR）启发的NOMA系统，提出了一种新的速率分割（RS）策略，在不降低主用户中断性能的前提下，最大化次用户的可达速率.次用户根据干扰门限和自身信道增益自适应地进行RS、发射功率分配和SIC，有效地利用了发射功率。推导了次用户中断概率的闭式表达式。数值结果表明，在现有的SIC和PC合作方案中，所提出的RS方案实现了最好的中断性能。
2022-01-31 cs.IT math.IT
Outage Capacity and Optimal Transmission for Dying Channels
在无线网络中，通信链路可能会受到随机的致命影响：例如，传感器网络突然断电或认知无线电网络与不可预测的主用户频谱占用。在这种情况下，关键是要量化如何快速和可靠地通过受攻击的链接收集信息。对于一个单一的点对点信道受到随机攻击，命名为一个\emph{dying channel}，我们建模为块衰落（BF）信道有限和随机延迟约束。首先，我们定义的中断容量的性能指标，其次研究的最佳编码长度$K$，使中断概率最小化时，均匀的功率分配假设。对于一个给定的速率目标和编码长度$K$，我们然后最小化中断概率的功率分配向量$\mv{P}_{K}$，并表明，这个优化问题可以转化为凸优化问题在一定条件下。讨论了几种特殊情况下的最优解。此外，我们扩展了单点到点垂死信道的结果，并行多信道的情况下，每个子信道是一个垂死的信道，并调查了相应的渐近行为的整体中断概率与两种不同的攻击模型：独立的攻击情况下和$m$依赖的攻击情况。可以看出，如果\emph{rate per unit cost}小于某个阈值，则随着子信道数量的增加，两种情况下的总中断概率都减小到零。中断指数也研究了如何快速的中断概率提高的子信道的数量。
2009-06-04 cs.IT math.IT
Asymptotic Analysis of Multi-Antenna Cognitive Radio Systems Using Extreme Value Theory
我们考虑一个频谱共享的认知无线电系统与天线选择应用在次级发射机（ST）。基于极值理论，推导出辅助接收机信干噪比渐进分布的简单而准确的表达式。利用这一结果，渐近平均容量和中断容量的次要用户（SU）的推导。随着发射天线数$N$的增加，所得到的渐近容量接近精确结果.结果表明，当ST的发射功率受到最大允许干扰水平的限制时，SU的速率缩放为$\log(N)$，而如果ST受到最大发射功率的限制，则速率缩放为$\log(\log(N))$。
2015-06-17 cs.IT math.IT
Cognitive Non-Orthogonal Multiple Access with Cooperative Relaying: A New Wireless Frontier for 5G Spectrum Sharing
两种面向5G无线网络的新兴技术，即非正交多址（NOMA）和认知无线电（CR），将在未来提供更有效的无线频谱利用。在这篇文章中，我们将NOMA与CR集成到一个整体系统中，即认知NOMA网络，以实现更智能的频谱共享。认知NOMA网络的设计原则完全符合5G无线网络的功能要求，例如高频谱效率，大规模连接，低延迟和更好的公平性。提出了三种不同的认知NOMA结构，包括NOMA网络，覆盖NOMA网络和CR启发的NOMA网络。针对认知NOMA网络中网络间和网络内干扰严重影响网络性能的问题，提出了协作中继策略。对于每一个认知NOMA架构，我们提出的合作中继策略显示出其潜在的显着降低中断概率。此外，我们还讨论了认知NOMA网络实现面临的挑战和未来的研究方向。
2018-01-12 cs.IT math.IT
Transmit Antenna Selection in Underlay Cognitive Radio Environment
认知无线电（CR）技术解决了频谱利用率不足的问题。在GPRS模式中，允许次要用户通信，只要它们的传输不会损害主要用户通信。发射天线选择是提高无线通信系统容量的低复杂度方法之一。在这篇文章中，我们提出并分析了一个发射天线选择方案的性能优势，为二次系统，确保所造成的瞬时干扰的二次发射机到主接收机是低于预定水平。封闭形式的表达式的中断概率，衰落量，和遍历容量的次级网络。Monte-Carlo模拟也进行了确认本文中提出的各种数学结果。
2014-07-30 cs.IT math.IT
A New Rate Splitting Strategy for Uplink CR-NOMA Systems
在上行非正交多址接入（NOMA）信道中，现有的协作连续干扰消除（SIC）和功率控制（PC）方案无法达到满容量区域，限制了上行NOMA用户的中断性能。针对上行认知无线电启发的NOMA系统，提出了一种新的速率分割（RS）策略，在不降低主用户中断性能的前提下，最大化次用户的可达速率。次用户根据干扰门限和自身信道增益自适应地进行RS、发射功率分配和SIC，有效地利用了发射功率。推导了次用户的中断概率的封闭表达式。数值结果表明，在现有的SIC和PC合作方案中，所提出的RS方案实现了最好的中断性能。
2022-04-13 cs.IT math.IT
Cognitive Power Control Under Correlated Fading and Primary-Link CSI
研究了在恒定功率恒定速率主链路上，在中断概率约束下最大化次链路吞吐量的认知功率控制问题。我们假设一个时间相关的主信道有两种类型的反馈：完美的延迟信道状态信息（CSI）和一位自动重传请求（ARQ）。我们使用信道相关性，以提高主要和次要的吞吐量，通过利用CSI反馈来预测未来的主要信道增益。我们提供了一个数值解的延迟CSI下的功率控制优化问题。为了使解决方案易于处理ARQ-CSI下，我们重新制定的认知功率控制问题的最大化的瞬时加权和的主，辅吞吐量。我们提出了一个贪婪的ARQ-CSI算法，实现平均吞吐量相媲美的延迟CSI算法，我们最佳地解决。
2009-09-29 cs.IT math.IT
Relay-Selection Improves the Security-Reliability Trade-off in Cognitive Radio Systems
我们考虑一个认知无线电（CR）网络，包括一个二级发射机（ST），一个二级目的地（SD）和多个二级中继（SR）在窃听者的存在。我们依赖于仔细的中继选择保护ST-SD传输对窃听者的帮助下，单中继和多中继选择。具体地，在单中继选择中仅选择"最佳" SR以用于辅助二次传输，而多中继选择调用多个SR以用于同时将ST的传输转发到SD。我们分析了拦截概率和中断概率的建议单中继和多中继选择方案的二次传输依赖于现实的频谱感知。我们还评估了经典的直接传输和人工噪声为基础的方法与建议的中继选择方案的比较的目的的性能。结果表明，随着拦截概率要求的放宽，中断性能的直接传输，人工噪声为基础的和中继选择方案的改善，反之亦然。这意味着在存在窃听攻击的情况下在二次传输的安全性和可靠性之间进行权衡，这被称为安全性-可靠性权衡（SRT）。此外，我们证明了单中继和多中继选择方案的SRT一般优于经典的直接传输。此外，随着SR数量的增加，所提出的单中继和多中继选择方法的SRT显著提高。最后，我们的数值结果表明，正如预期的那样，多中继选择方案实现了更好的SRT性能比单中继选择。
2014-11-29 cs.IT math.IT
Opportunistic Scheduling in Underlay Cognitive Radio based MIMO-RF/FSO Networks
针对基于认知无线电的多输入多输出射频/自由空间光（MIMO-RF/FSO）解码转发系统，提出了一种基于固定干扰功率约束和比例干扰功率约束的次用户发射机（SU-TX）机会调度的最优度量.为了分析所提出的系统的性能，封闭形式的表达式推导出考虑Nakagami- $m$衰落RF链路上的正交空时分组码传输的精确和渐近中断概率。此外，中继和目的地eNodeB之间的FSO链路被建模为具有指向误差的广义马拉加$(\mathcal{M})$湍流信道。最后，仿真结果开发几个有趣的见解到端到端的系统性能和选择概率的SU-TX。它还表明，所提出的系统优于现有的文献中。
2018-05-23 cs.IT math.IT
A Spectrum-Shaping Perspective on Cognitive Radio
认知无线电的一个新的角度来看，预先存在的遗留服务是未编码或编码和一对认知收发器需要适当地部署共存的遗留服务。新视角的基本思想是利用这样一个事实，即传统信道通常没有被传统服务完全加载，从而留下不可忽略的余量来容纳认知传输。通过对所发送的认知信号的频谱进行整形来优化这种负载裕度的利用。它示出，非平凡的共存的传统和认知系统是可能的，即使没有共享的传统消息与认知发射机。令人惊讶的是，优化的认知发射机不再受其在传统接收机处的干扰功率的限制，并且始终可以以其全部可用的设备功率进行发射。分析发展和数值说明，特别是集中在对数增长率，{\it即}，前对数系数，在高功率状态下的认知传输。
2008-09-04 cs.IT math.IT
Cooperative Cognitive Networks: Optimal, Distributed and Low-Complexity Algorithms
本文考虑了认知系统和主系统之间的合作，其中多个认知基站（CBS）中继主用户（PU）的信号，以换取更多的机会来发送自己的信号。CBS使用放大转发（AF）中继和协调波束成形来中继主信号并发送它们自己的信号。我们的目标是最小化的总发射功率的CBS给定的PU和认知用户（CU）的速率要求。我们表明，中继矩阵具有单位秩，并执行两个功能：匹配滤波器接收波束成形和发射波束成形。然后，我们开发了两个有效的算法来找到最优解。第一种算法具有线性收敛速度，适合分布式实现;第二种算法具有超线性收敛性，但需要集中处理。此外，我们推导出线性常规迫零（CZF）和先验迫零（PZF）方案的波束形成向量，这提供了更简单的解决方案。仿真结果表明，由于主系统和认知系统之间的合作，中断性能的改善。
2012-04-12 cs.IT math.IT
Interference-Aided Energy Harvesting: Cognitive Relaying with Multiple Primary Transceivers
我们考虑一个频谱共享的情况下，一个次级发射机（ST）通过解码和转发次级中继（SR）与其目的地通信的干扰存在下，从多个主发射机。SR从接收到的包括主要干扰的射频信号中获取能量，并使用它将信息转发到次要目的地。继电器采用时间切换策略，随着时间的推移在能量收集和信息解码之间切换。在ST和SR的主要中断约束和峰值功率约束下，为了确定平均次级吞吐量，我们推导出精确的次级中断概率和遍历容量的解析表达式，分别表征延迟限制和延迟容忍传输。我们还研究了主收发器的数量和峰值功率约束对最佳能量收集时间的影响，最大限度地提高了次级吞吐量。通过利用主干扰作为能量源，与为了能量收集目的而忽略主干扰的情况相比，次级网络实现了更好的吞吐量性能。最后，我们考虑的情况下，ST也收获能量从主传输和比较其吞吐量性能与非能量收获ST的情况下。
2017-07-14 cs.IT cs.NI math.IT
Securing Physical-Layer Communications for Cognitive Radio Networks
针对认知无线电（CR）网络通信和组网的弱点，研究其物理层安全问题。我们首先回顾了CR网络中的一系列物理层攻击，包括主用户模拟、感知伪造、情报泄露、干扰和窃听攻击。然后，我们重点研究了认知无线电网络的物理层安全性，并从保密中断概率的角度分析了认知通信的保密性能。我们进一步考虑使用中继提高CR的安全性，防止窃听，并提出了一个机会主义的中继方案，其中一个中继节点，使CR通信最耐窃听被选择参与协助传输从认知源到其目的地。结果表明，通过增加中继节点的数量，CR通信的物理层保密性可以得到显著提高，从而显示出利用中继节点的安全性优势.最后，我们提出了一些开放的挑战，在中继辅助CR网络的物理层安全领域。
2015-07-02 cs.IT math.IT
Performance Analysis of Underlay Cognitive Radio Systems: Estimation-Throughput Tradeoff
在这封信中，我们研究了认知底层系统（US），采用功率控制机制在辅助发射机（ST）的性能。现有的基线模型考虑的性能分析，要么假设知识的参与渠道在ST或检索此信息的反馈渠道的手段，然而，这种情况几乎不存在于实践中。出于这一事实，我们提出了一种新的方法，它结合了在ST所涉及的信道的估计，以表征现实情况下的US的性能。此外，我们应用中断约束，捕捉不完善的信道知识的影响，特别是在主接收机接收到的干扰功率。除此之外，我们采用了在ST的发射功率约束，以确定美国的操作制度。最后，我们分析了一个有趣的权衡之间的估计时间和二级吞吐量允许优化的性能，美国。
2015-10-12 cs.IT math.IT
Exploiting Self-Interference Suppression for Improved Spectrum Awareness/Efficiency in Cognitive Radio Systems
受到全双工通信最新发展的启发，我们提出并研究了认知无线电的新操作模式，其目标是实现改进的主用户（PU）检测和/或辅助用户（SU）吞吐量。具体地，我们考虑机会性PU/SU设置，其中SU配备有部分/完全自干扰抑制（SIS），使其能够同时发送和接收/感测。在短暂的感测周期之后，SU可以在同时发送和感测（TS）模式或同时发送和接收（TR）模式下操作。我们分析研究了这两种模式的性能指标，即检测和虚警概率，PU中断概率，和SU吞吐量。从这个分析中，我们评估了这两种模式的传感吞吐量权衡。我们的目标是找到最佳的传感和传输持续时间的SU，最大限度地提高其吞吐量受到一个给定的中断概率。我们还探讨了频谱感知/效率的权衡，所产生的两种模式，确定一个有效的自适应策略的SU链路。该策略具有阈值结构，其取决于PU业务负载。我们的研究考虑了完美和不完美的传感以及完美/不完美的SIS。
2013-05-26 cs.IT cs.NI math.IT
Hardware and Interference Limited Cooperative CR-NOMA Networks under Imperfect SIC and CSI
认知无线电（CR）和非正交多址（NOMA）概念的融合是一种很有前途的方法，以满足未来网络的大规模连接的目标，给定的频谱稀缺。因此，这封信调查的中断性能不完善的合作CR-NOMA网络的硬件损伤和干扰。我们的分析是参与推导的端到端中断概率（OP）的次级NOMA用户占不完善的信道状态信息（CSI），以及所造成的连续干扰消除（SIC）错误和共存的主/次级用户的残留干扰。蒙特卡罗模拟验证的数值结果表明，CR-NOMA网络提供了一个优越的中断性能比正交多址。随着缺陷变得更加显著，观察到CR-NOMA提供相对较差的中断性能。
2020-04-22 cs.IT cs.PF math.IT
New Designs of Robust Uplink NOMA in Cognitive Radio Inspired Communications
本文针对认知无线电上行链路中次用户机会接入问题，提出HSIC-PA和FSIC-PA两种鲁棒NOMA方案，在不损害主用户可靠性的前提下服务次用户并避免中断概率错误平层。
2023-07-04 cs.IT math.IT
Sharing the Licensed Spectrum of Full-Duplex Systems using Improper Gaussian Signaling
在认知无线电系统中，与带内全双工主用户共享频谱是一个具有挑战性和有趣的问题。在主网络处引入的自干扰可显著地阻碍次用户（SU）接入频谱的机会。在这项工作中，我们试图解决这个问题，通过使用所谓的不正确的高斯信号。这样的信令技术已经证明了其在改善干扰受限网络中的整体性能方面的优越性。特别地，我们假设具有在半双工模式下工作的SU对的系统使用不正确的高斯信令，而FD PU对实现常规的正确的高斯信令技术。首先，我们推导出一个封闭形式的SU中断概率和PU中断概率的上限表达式。然后，我们优化SU信号参数，以最小化其中断概率，同时保持所需的PU服务质量的基础上的平均信道状态信息。最后，我们提供了一些数值结果，验证了PU中断概率界的紧密性，并证明了对SU使用不正确的高斯信令以访问FD PU的频谱的优势。
2015-10-10 cs.IT math.IT
Optimal Power Allocation and Active Interference Mitigation for Spatial Multiplexed MIMO Cognitive Systems
本文分析了一种多输入多输出（MIMO）认知无线电系统的性能。特别地，次级发射器在空间复用传输模式下操作，而在次级接收器处采用迫零（ZF）检测器。此外，次系统受到多个随机分布的单天线主用户（PU）的干扰。为了增强二次传输的性能，在二次发射机处执行最优功率分配，其中约束由PU指定的干扰温度（IT）。次接收机的中断概率显式推导出一个精确的封闭形式的表达式。此外，一些特殊情况下的实际利益，包括位于PU和大规模MIMO，进行了讨论。此外，为了减轻由时间平均IT引起的对PU的瞬时过度干扰，为次级发射机开发了迭代天线缩减算法，并且相应地，解析地计算发射天线的平均数量。大量的数值和模拟结果证实了我们的分析的有效性。
2017-12-04 cs.IT math.IT
Underlay Cognitive Radio with Full or Partial Channel Quality Information
底层认知无线电（UCR）通过智能地利用多用户信道质量信息（CQI）和共享码本，允许次用户进入主用户的频谱。这项工作的目的是研究两个用户的高斯UCR系统，假设多用户CQI的全部或部分知识。这项工作的主要贡献是出于这样一个事实，即多用户CQI的全部知识并不总是可用的。我们首先建立了一个位置辅助UCR模型，其中假设次级用户具有关于次级发射机到初级接收机链路的部分CQI以及关于其他链路的完整CQI。然后，提出了新的UCR方法，并仔细分析了从用户的可达速率，表示为$C_2$，容量惩罚主用户，表示为$ΔC_1$，和容量中断概率。数值例子提供了直观地比较UCR的性能与多用户CQI的全部知识和所提出的方法与多用户CQI的部分知识。
2010-09-15 cs.IT math.IT
Ultra Reliable Communication via Opportunistic ARQ Transmission in Cognitive Networks
提出了一种新的机会频谱共享方案，该方案采用ARQ协议在有限块长体制下实现超可靠性。主用户与次用户共享其许可频谱，其中两者都与同一基站通信。基站对次用户应用ARQ，次用户具有有限次数的发送每个分组的尝试。我们诉诸交织模型，在该模型中，次要用户感测主要用户的活动和访问信道的访问概率取决于主要用户的到达率和可用的试验次数。我们的特征的二次用户接入概率和发射功率，以实现目标的错误约束为两个用户。此外，我们分析了主用户的性能中断概率和延迟。结果表明，我们提出的方案优于开环和非机会的情况下，次要用户的传输功率节省和主用户的可靠性。
2018-01-29 cs.IT math.IT
Simultaneous Spectrum Sensing and Data Reception for Cognitive Spatial Multiplexing Distributed Systems
一个多用户认知（二次）无线电系统被认为是，其中的空间复用操作模式之间的节点，在存在多个主传输。次级接收器执行最小均方误差（MMSE）检测以有效地解码次级数据流，同时其在剩余信号处执行频谱感测以捕获是否存在主要活动。新的分析封闭形式的表达式，关于一些重要的系统措施，即中断和检测概率;次节点的传输功率;在主节点的意外干扰的概率; { \color{blue}和检测效率的援助下的接收操作特性曲线的面积}。推导的结果遇到的信道衰落的时间变化和信道估计误差的现实情况。最后，数值结果验证了所提出的框架的准确性，同时也揭示了一些有用的工程见解，如检测精度对整体性能的关键作用以及从次节点到主系统的传输功率的影响。
2016-09-25 cs.IT math.IT
Downlink NOMA in Multi-UAV Networks over Bivariate Rician Shadowed Fading Channels
无人机（UAV）将在即将到来的第五代（5G）网络中发挥重要作用。然而，多无人机网络的采用意味着无人机通信中的频谱稀缺是一个迫切需要解决的问题。为此，本文研究了多无人机网络的下行非正交多址接入（NOMA）技术，以提高频谱利用率。使用双变量Rician阴影衰落模型，封闭形式的表达式的联合概率密度函数（PDF），边际累积分布函数（CDF），和中断概率表达式。在一个随机几何框架下的下行NOMA在无人机，中断概率的多无人机网络进行分析，其中它表明，下行NOMA达到较低的中断概率比正交多址接入（OMA）。此外，它表明，NOMA是不太容易受到阴影比OMA。
2019-02-19 cs.IT math.IT
Cooperative Spectrum Sensing for Amplify-and-Forward Cognitive Networks
我们开发了一个合作放大转发认知无线电网络中的频谱感知框架。我们考虑一个随机模型，中继分配在认知无线电网络中的主用户的信号传输到一个认知辅助基站（SBS）。我们开发的贝叶斯最优决策规则下的各种情况下的信道状态信息（CSI）从完美到不完美的CSI。为了获得基于似然比检验（LRT）的最优决策规则，需要逐点评估与存在或不存在传输相关的每个假设下的边际似然。然而，在某些情况下，LRT的评价不能解析地进行，由于所涉及的多维积分的棘手性。在其他情况下，检验统计量的分布不能准确地获得。为了克服这些困难，我们设计了两个算法来近似边缘似然，并获得决策规则。第一种是基于高斯近似，我们通过Berry-Esseen界的多变量版本量化近似的准确性。第二种算法是基于拉普拉斯近似的边际似然，这导致在一个非凸优化问题，有效地解决了通过贝叶斯期望最大化方法。我们还利用Laguerre级数展开近似的分布的检验统计量的情况下，它的分布不能得到准确的。性能通过分析界和数值模拟进行评估。
2011-11-01 cs.IT math.IT
Outage Analysis in SWIPT Enabled Cooperative AF/DF Relay Assisted Two-Way Spectrum Sharing Communication
研究了蜂窝网络中支持设备到设备（D2D）通信的多天线协作认知无线电网络（CCRN）中解码转发（DF）和放大转发（AF）中继的相对性能。在这项工作中，蜂窝系统被认为是主要的和物联网设备（IoD），从事D2D通信，被认为是次要的系统。设备通过双向主通信中的协作来接入许可频谱。此外，IoD通过使用同步无线信息和功率传输（SWIPT）协议从射频（RF）信号收集能量来供电。推导了蜂窝和D2D通信的中断概率的封闭形式表达式，并研究了AF和DF中继技术的各种设计参数的影响。基于仿真结果，它被发现，建议的频谱共享协议，DF中继和AF中继方案，优于另一个类似的网络架构的频谱效率。它也被观察到，所提出的系统使用DF中继的性能优于AF中继方案在相同的发射功率的能量效率方面。
2020-07-16 cs.IT cs.NI math.IT
Performance of Two-Hop Cooperative Cognitive Networks with an Energy Harvesting Relay
本文研究了一种基于能量收集（EH）多天线中继的协作认知无线电网络（CCRN），研究了在峰值干扰功率控制下，时间切换（TS）和功率分配（PS）协议的中断和吞吐量性能。我们假设中继分别在第一跳和第二跳中使用最大比合并和发射天线选择。与其他文献不同，我们最佳地结合了直接和中继信号在目的地，并证明，由于随机性质的信道和功率控制，有相当大的改善性能。我们还分析了EH-CCRN的性能与增量中继，{解析量化吞吐量的增益{上} EH-CCRN}。对于少量的天线在中继，吞吐量性能的EH-CCRN实际上是劣于一个使用的直接链路没有中继，而增量方案总是优越的。我们建立，存在EH参数的最佳值，导致TS和PS EH协议的最大吞吐量。在某些特殊情况下，我们推导出这些封闭形式的表达式。计算机模拟用于验证推导的表达式。
2020-09-21 cs.IT math.IT
Cognitive MIMO-RF/FSO Cooperative Relay Communication with Mobile Nodes and Imperfect Channel State Information
本文分析了一种基于认知无线电的解码转发混合多输入多输出（MIMO）射频/自由空间光（RF/FSO）协作中继系统的性能，该系统具有多个移动主、副用户节点。由于信道估计误差而引起的不完美信道状态信息（CSI）的影响也在次级用户发射机（SU-TX）处被考虑并且分别中继在功率控制和符号检测过程上。这项工作的一个独特的方面是，固定和成比例的干扰功率约束，以限制在主用户接收机（PU-RX）的干扰。分析结果得出上述系统的准确和渐近中断和误比特概率的特征节点的移动性和不完善的CSI的实际条件下，连同光信道的损伤，如路径损耗，大气湍流，和指向错误，每个SU-TX和中继之间的正交空时分组编码传输。最后，仿真结果产生各种有趣的见解系统的性能，如一个midamble与前导码的信道估计的好处。
2018-05-14 cs.IT math.IT
Cognitive Radio with Random Number of Secondary Number of Users
考虑了在主用户和次用户之间存在干扰约束的情况下，次用户处具有多用户分集的单主用户认知无线电系统。具有最高瞬时SNR的次用户被从也满足干扰约束的活动用户集合中选择用于通信。次级用户的活跃数量被示出为二项分布、负二项分布或泊松二项分布，这取决于各种操作模式。在慢衰落的情况下的中断概率进行了研究。这之后是推导遍历容量的缩放定律和在衰落上平均的BER，以及大的平均用户数的用户分布。在平均用户数相同的情况下，二项用户分布下的遍历容量和平均误码率优于负二项情况。在非独立同分布干扰情况下，利用泊松分布来近似用户分布，并与二项分布和负二项分布在随机序意义下进行了比较. Monte-Carlo模拟是用来补充我们的分析结果，并比较不同的用户分布下的性能。
2013-10-03 cs.IT math.IT
Spatial Throughput Characterization in Cognitive Radio Networks with Threshold-Based Opportunistic Spectrum Access
研究了大规模覆盖认知无线电网络中次用户的机会频谱接入问题。研究了两种基于门限的OSA方案，即主接收机辅助（PRA）协议和主发射机辅助（PTA）协议。在PRA/PTA协议下，仅当从活动的主接收机/发射机（PR/PT）发送的接收信标/导频的最大信号功率低于某个阈值时，才允许次发射机（ST）接入频谱。为了测量所产生的传输机会的次级用户所提出的OSA协议，空间机会的概念，它被定义为概率，在主网络中的任意位置被检测到的空间频谱空洞，然后通过应用工具从随机几何进行评估。基于空间机会，分析了覆盖CR网络的覆盖（无中断传输）性能。在PRA和PTA协议下，利用空间机会和覆盖概率的结果，我们最终描述了空间吞吐量的特征，空间吞吐量被定义为主/辅网络中成功传输的平均空间密度。
2014-01-08 cs.IT math.IT
MIMO Underlay Cognitive Radio: Optimized Power Allocation, Effective Number of Transmit Antennas and Harvest-Transmit Tradeoff
本文分析了一种多输入多输出（MIMO）认知无线电系统的性能。特别地，次级发射器在空间复用传输模式下操作，而在次级接收器处采用迫零检测器。此外，次系统受到单天线主用户（PU）的干扰。为了提高二次传输的性能，在二次发射机处执行最优功率分配，其中约束由PU指定的最大可允许中断阈值。此外，辅发射天线的有效数量基于针对任意MIMO尺度的最优功率分配来指定。此外，推导了次系统各态历经信道容量的封闭表达式。然后，深入分析和评估了大规模MIMO次系统的场景，其中研究了捕获使能的次传输。分析了最优功率分配、有效副发射天线数、副发射天线与副接收天线之间的有效折衷以及副系统的平均信道容量。最后，大量的数值和模拟结果证实了我们的分析的有效性，同时提供了一些有用的工程见解。
2018-01-22 cs.IT math.IT
