Outage Minimization for a Fading Wireless Link with Energy Harvesting Transmitter and Receiver
本文研究了具有能量收集发射机和接收机的衰落无线链路中最小中断的在线功率控制策略。当发射机或接收机没有足够的能量时，或者当信道处于中断时，发生中断，其中发射机仅具有信道分布信息。在无限电池容量和不重传的情况下，我们证明了基于阈值的功率控制策略是最优的。因此，我们提出了不相交/联合阈值为基础的政策，并没有电池状态之间的发射机和接收机共享，分别。我们还分析了实际的接收机检测和处理的中断性能的影响。当考虑重传时，采用线性功率电平的策略来调整每次重传的功率阈值。在电池容量有限的情况下，建立了一个三维有限状态马尔可夫链模型来计算所提出策略的最优参数和相应的性能。发射机和接收机之间的能量到达相关性解决有限和无限电池的情况下。数值结果表明，电池容量，能量到达相关性和检测成本的中断性能的建议政策，以及中断概率和平均传输时间之间的权衡的影响。
2015-03-14 cs.IT math.IT
Minimization of Secrecy Outage Probability in Reconfigurable Intelligent Surface-Assisted MIMOME System
本文研究了可重构智能表面（RIS）辅助的多输入多输出多天线窃听（MIMOME）信道中的物理层安全（PLS）问题。现有的研究忽略了当窃听者的瞬时信道状态信息（CSI）未知时无法计算保密率的问题。此外，没有保密率表达式，波束形成和移相器优化PLS增强的目的是不可用的。为了解决这些问题，我们首先给出了任何波束形成向量和相移矩阵的秘密中断概率的表达式作为RIS辅助PLS度量，该度量是基于窃听者的统计CSI测量的。然后，借助该表达式，我们制定了保密中断概率的最小化问题，通过交替优化波束形成向量和相移矩阵来解决。在单天线发射机或单天线合法接收机的情况下，所提出的交替优化（AO）方案可以被简化以降低计算复杂性。最后，它表明，与目前的RIS辅助PLS系统相比，所提出的方法的保密中断概率显着降低。
2022-04-30 cs.IT math.IT
Cognitive Multiple Access Network with Outage Margin in the Primary System
本文研究了在单主链路情况下多用户上行认知无线电系统的频谱有效性问题。次系统应用机会性干扰消除（OIC），并且在这样的机会被创建时解码主信号。我们推导出在二次系统中使用OIC时可达到的速率。该方案具有实际意义，因为它能够在不需要来自主系统的任何动作的情况下实现速率自适应。推导了当主系统受到次用户干扰时，主用户中断概率的\emph{exact}表达式。其次，研究了在主系统中断约束下，最大化和速率的次系统功率分配问题。我们制定的功率优化问题在各种情况下，取决于信道状态信息的可用性和功率约束的类型，并提出了一组简单的解决方案。最后，通过仿真验证了分析结果的正确性，并指出基于所提出的方案可以设计出频谱效率高、复杂度低、灵活性好、性能高的认知无线电系统。
2011-02-12 cs.IT math.IT
Secrecy Outage and Diversity Analysis of Cognitive Radio Systems
本文研究了多用户多窃听者认知无线电系统的物理层安全问题。该系统由多个认知用户（CU）向同一个认知基站（CBS）发送数据组成，而多个窃听者可以相互协作或独立地拦截CUs-CBS传输，分别称为协作窃听者和非协作窃听者。考虑到多个CU可用，我们提出了轮循调度以及最优和次优的用户调度方案，以提高安全的CUs-CBS传输对窃听攻击。具体地说，最优用户调度的设计是通过假设从CU到CBS，到主用户（PU）和窃听器的所有链路的信道状态信息（CSI）是可用的。相比之下，次优用户调度仅需要CUs-CBS链路的CSI，而不需要PU和窃听者的CSI。我们推导出了这三种调度方案的秘密中断概率的封闭形式的表达式中存在的协调和不协调的窃听。我们还进行了保密分集分析，并表明，轮询调度实现的多样性秩序只有一个，而最佳和次优的调度方案获得完全保密的多样性，无论窃听者合作与否。此外，数值保密中断的结果表明，协调和不协调窃听，最佳用户调度实现最好的安全性能和轮询调度执行最差。最后，随着CU数量的增加，最优和次优用户调度方案的秘密中断概率都显着提高。
2014-06-22 cs.IT math.IT
Cognitive Radio-Inspired Rate-Splitting Multiple Access for Semi-Grant-Free Transmissions
在本文中，我们提出了一种认知无线电启发的速率分裂多址（CR-RSMA）方案，以协助半免授权（SGF）传输，其中一个基于授权的用户（GBU）和多个免授权用户（GFU）通过共享相同的资源块接入基站（BS）。利用认知无线电原理，GBU和接纳的GFU分别被视为主用户和次用户，并且在接纳的GFU处应用速率分裂以实现SGF传输。与正交多址接入相比，在BS处被接纳的GFU的发射功率分配、目标速率分配和连续干扰消除解码顺序被联合优化，以获得被接纳的GFU的最大可实现速率，而不会恶化GBU的中断性能。由于扩展的非中断区，CR-RSMA-assisted SGF（CR-RSMA-SGF）传输实现比认知无线电启发的非正交多址接入辅助的SGF传输更低的中断概率。推导了接纳GFU中断概率的精确表达式和渐近分析，以评估CR-RSMA-SGF传输的系统性能。分析和仿真结果验证了CR-RSMA-SGF传输的优越中断性能和全多用户分集增益。
2022-08-15 cs.IT math.IT
Transmit Power Minimization for MIMO Systems of Exponential Average BER with Fixed Outage Probability
本文研究了一种工作在MIMO衰落信道中的无线系统，该系统的发射机和接收机都知道信道状态信息。通过时空子信道选择和功率控制，旨在最小化MIMO系统的平均发射功率（ATP），同时使每个数据流的平均出错率（BER）达到指数型。在每个子信道的中断概率（OP）和平均误比特率（BER）固定的约束下，基于Q函数的传统上界和动态上界，分别推导了两种ATP的闭式表达式，它们对应于两种不同的功率分配方案。数值结果验证了理论分析的正确性，并表明动态上界功率分配方案比传统上界功率分配方案能获得更大的功率节省。
2014-03-26 cs.IT math.IT
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
Outage Minimization for Intelligent Reflecting Surface Aided MISO Communication Systems via Stochastic Beamforming
智能反射面（IRS）具有通过重构无线传播环境来显著提高网络性能的潜力。然而，在IRS辅助的无线网络中，很难获得准确的下行链路信道状态信息（CSI）以用于有效的波束成形设计。在这篇文章中，我们考虑了一个IRS辅助下行链路多输入单输出（MISO）网络，其中的基站（BS）是不需要知道底层的信道分布。我们制定了中断概率最小化的问题，通过联合优化的波束成形向量在BS和在IRS的相移矩阵，同时考虑到发射功率和么模约束。所提出的问题是一个非凸非光滑随机优化问题。为此，我们采用sigmoid函数作为代理来解决目标函数的非光滑性。此外，我们提出了一个数据驱动的高效交替随机梯度下降（SGD）算法来解决这个问题，利用历史信道样本。仿真结果表明，该算法的性能增益的基准方法在最小化中断概率。
2020-05-15 cs.IT eess.SP math.IT
Outage Probability Minimization for UAV-Enabled Data Collection with Distributed Beamforming
研究了一种基于无人机的无线传感器网络，其中一架无人机在空中飞行，通过分布式波束形成技术收集来自一组传感器的数据。我们考虑延迟敏感的应用场景，其中传感器通过使用固定的数据率和自适应的发送功率来发送公共/共享消息。在此基础上，在满足无人机飞行速度约束和传感器平均功率约束的前提下，联合优化无人机轨迹设计和传感器发射功率分配，以最小化传输中断概率。然而，制定中断概率最小化问题是非凸的，因此很难在一般情况下得到最优解。为了解决这个问题，我们首先考虑在理想情况下的无人机的飞行速度约束忽略的特殊问题，得到结构良好的最优解，揭示了基本的性能上界。其次，对于一般的无人机飞行速度约束问题，我们提出了一个有效的算法来解决它的次优使用凸优化和近似技术。最后，数值结果表明，我们提出的设计实现了显着降低中断概率比其他基准计划。
2020-03-07 cs.IT eess.SP math.IT
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
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
End-to-End Outage Minimization in OFDM Based Linear Relay Networks
在未来的无线网络中，多跳中继是一种经济有效的覆盖扩展和吞吐量增强的架构。另一方面，OFDM是用于宽带传输的频谱高效的物理层调制技术。作为OFDM与多跳中继相结合的必然结果，每跳子载波功率和每跳传输时间的分配对于优化网络性能至关重要。研究了基于OFDM的线性中继网络中的端到端信息中断问题。我们的目标是找到一个最佳的功率和时间适应策略，以最小化中断概率下的长期总功率约束。我们分两步解决这个问题。首先，对于任何给定的信道实现，我们推导出满足目标传输速率所需的最小短期功率。我们表明，它可以通过两个嵌套的二分法循环。为了减少计算复杂性和信令开销，我们还提出了一个次优算法。在第二步中，我们确定一个功率阈值来控制传输开关，使长期总功率约束得到满足。数值例子来说明所提出的功率和时间自适应方案相对于其他资源自适应方案的性能。
2009-01-21 cs.IT math.IT
Outage Minimization via Power Adaptation and Allocation for Truncated Hybrid ARQ
在这项工作中，我们分析了独立块衰落信道上的混合ARQ（HARQ）协议。我们假设发射机不知道信道状态信息（CSI），但有关于信道统计的知识。我们考虑关于由发射机接收的反馈的两种情形：i）“常规”，关于解码成功/失败（ACK/NACK）的一比特反馈，以及ii）当在ACK/NACK之上，接收机向发射机提供关于解码器的状态的附加信息时的多比特反馈方案。在这两种情况下，反馈用于分配（在一比特反馈的情况下）或适配（在多比特反馈的情况下）HARQ传输尝试上的功率。在这两种情况下的目标是在长期平均和峰值功率约束下的中断概率最小化。我们投的问题到动态规划（DP）的框架和解决他们的Nakagami-m衰落信道。提出了一种基于几何规划的高信噪比（SNR）系统的简化算法。所获得的结果量化的多比特反馈的优势，在传统的方法，并表明，功率优化可以提供显着的增益超过传统的功率恒定的HARQ传输，即使在峰值功率约束的存在。
2013-11-22 cs.IT math.IT
Trading Wireless Information and Power Transfer: Relay Selection to Minimize the Outage Probability
研究了具有能量收集约束的多中继网络的中断概率最小化问题。中继器是用于从源射频（RF）信号同时传输无线信息和功率的混合节点。存在与中继节点用于能量和信息传输的时间量相关联的折衷。大的信息传输间隔意味着从RF信号中收集能量的时间很短，因此中断事件的概率很高。我们提出了一个合作系统的中继选择方案与固定数量的RF供电的继电器。我们解决因果和非因果信道状态信息的情况下，在中继-目的地链路和评估的权衡与信息/功率传输的中断概率最小化的上下文中。
2014-12-09 cs.IT 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
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
Jointly Optimal RIS Placement and Power Allocation for Underlay D2D Communications: An Outage Probability Minimization Approach
本文研究认知蜂窝网络中RIS赋能的underlay D2D通信系统，推导了中断概率闭式表达式，并提出等效变换方法联合优化D2D源发射功率与RIS放置，相比基准方案分别提升44%和20%性能。
2024-01-07 cs.IT eess.SP 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
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
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
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
Total Variation Minimization Based Compressive Wideband Spectrum Sensing for Cognitive Radios
宽带频谱感知是认知无线电系统的重要组成部分。它的主要挑战是太高的采样率要求。压缩感知（CS）有望解决这一问题，目前基于压缩感知的宽带频谱感知方法几乎都是利用频率稀疏性来实现的。为了实现宽带频谱变化的快速、鲁棒检测，采用全变分最小化方法，充分利用时域和频域结构信息，提高稀疏度。由于得到的矢量较稀疏，频谱感知周期缩短，感知精度提高。理论分析和数值实验都证明了该算法的有效性。
2011-06-18 cs.IT 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
Cost minimization for fading channels with energy harvesting and conventional energy
在本文中，我们研究的资源分配策略的点对点无线通信系统的混合能源组成的能量采集器和传统的能源。特别是，作为促进使用可再生能源的激励措施，我们假设可再生能源的成本低于传统能源。然后，通过假设能量到达和信道功率增益的非因果信息是可用的，我们最小化这样的系统的总能量成本超过$N$衰落时隙下提出的中断约束连同能量收集约束。中断约束要求最小固定数量的时隙被可靠地解码，从而导致混合整数规划制定的优化问题。例如，如果使用外码来恢复所有数据位，则该约束是有用的。最优线性时间算法得到两个极端情况下，即，中断时隙的数目是$1$或$N-1$。对于一般情况，提出了一个基于线性规划松弛的下界和两个次优算法。结果表明，所提出的次优算法只表现出一个小的差距，从下界。然后，我们将所提出的算法扩展到多周期的情况下，其中中断约束分别施加给每个周期。最后，我们调查的资源分配策略时，只有因果信息的能量到达和信道统计。结果表明，贪婪的能量分配是最佳的这种情况下。
2014-04-04 cs.IT math.IT
Secrecy Outage Probability Fairness for Intelligent Reflecting Surface-Assisted Uplink Channel
本文研究了智能反射面（IRS）辅助的多用户上行链路信道中的物理层安全（PLS）问题。由于瞬时窃听者的信道状态信息（CSI）不可用，保密率无法测量。在这种情况下，现有的研究通常集中在最大化的最小值（最大-最小）的信号与干扰加噪声功率比（SINR）的多个用户之间，并没有考虑由窃听者造成的保密中断概率。在本文中，我们首先制定的最大（最小-最大）秘密中断概率多个用户之间的最小化。该算法通过交替优化接收矩阵和相移矩阵来求解。仿真结果表明，与max-min SINR策略相比，该算法的最大秘密中断概率显著降低，具有更高的安全性能。
2022-05-22 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
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
Optimal Power Allocation for Minimizing Outage Probability of UAV Relay Communications
近年来，无人机（UAV）网络发展迅速，对各种应急通信场景具有吸引力。在本文中，我们认为无人机作为中继节点，以协助从基站（BS）到地面用户（GU）的无线传输。推导了莱斯衰落信道下基于无人机中继的BS-GU传输中断概率的闭式表达式。然后，我们制定了一个优化问题，以最大限度地减少中断概率的无人机中继通信与约束的BS和GU的总传输功率。证明了我们所提出的优化问题是凸的，并找到了一个最优的功率分配解决方案的中断概率最小化。仿真结果表明，随着功率分配因子的增大，中断概率先减小后增大，表明存在最优功率分配解。此外，它表明，建议的最优功率分配方案显着优于传统的等功率分配的中断概率。
2019-05-02 cs.IT math.IT
Feedback Bits Allocation for Interference Minimization in Cognitive Radio Communications
本文研究了有限反馈认知无线电系统中，主用户（PU）由于波束形成不理想而受到次发射机（ST）的干扰。我们建议在多个PU之间分配反馈比特，以最大限度地减少ST所造成的最大干扰，通过利用异构的平均信道增益。此外，我们研究了在预定义的干扰阈值下，在PU的总反馈比特最小化的问题。针对所研究的问题提出了低复杂度的解决方案，并对比特分配的性能进行了分析。仿真结果验证了我们的分析，并表明，所提出的解决方案工作得很好，在最小化的ST所造成的最大干扰和最小化的总反馈比特在预定义的干扰阈值在PU的有限反馈CR系统。
2016-04-06 cs.IT math.IT
Joint Power Allocation and Decoding Order Selection for NOMA Systems: Outage-Optimal Strategies
我们研究联合功率分配和解码顺序选择（PA-DOS），旨在提高非正交多址（NOMA）系统的中断性能。通过考虑用户目标速率的不同，揭示了NOMA的新的重要性质：当用户目标速率满足一定条件时，PA-DOS不需要信道状态信息（CSI）来最小化系统中断概率，并且可以同时最小化不同用户的中断概率;当不满足此类条件时，会出现相反的情况。根据这些性质，针对不同的用户优先级，设计了两种PA-DOS策略，保证了系统中断概率和高优先级用户中断概率的最小化。特别地，这些策略不需要CSI或仅需要取决于用户的目标速率的一比特CSI反馈。分析和数值结果表明，所提出的策略显着优于现有的策略在系统和用户中断性能。此外，结果表明，虽然在某些目标速率的最小用户中断概率不能同时实现，他们可以接近在同一时间在高信噪比制度所提出的策略。
2022-12-23 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
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
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
Tradeoff Caching Strategy of Outage Probability and Fronthaul Usage in Cloud-RAN
本文提出了一种最优内容缓存策略，以联合最小化云无线接入网（Cloud-RAN）中的小区平均中断概率和前传使用。首先给出了考虑用户位置的中断概率的精确闭式表达式，并通过复合Simpson积分得到了小区平均中断概率。联合优化小区平均中断概率和前传使用的缓存策略，然后制定为一个加权和最小化问题，这是一个非线性0-1整数NP-难问题。为了解决这一NP难问题，本文提出了两种启发式算法。首先，提出了一种基于遗传算法的方法。数值结果表明，所提出的基于遗传算法的方法的性能显着降低计算复杂性是接近的最佳性能实现的穷举搜索基于缓存策略。其次，为了进一步降低计算复杂性，提出了一种模式选择方法。数值结果表明，这种方法可以通过一个单一的计算在很宽的加权因子的性能接近最优。
2018-02-05 cs.IT 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
Energy-Efficient Resource Allocation for Secure NOMA-Enabled Mobile Edge Computing Networks
移动边缘计算（MEC）已被设想为下一代无线网络中有前途的技术。为了提高计算任务卸载的安全性和增强用户的连通性，研究了MEC感知网络中的物理层安全和非正交多址接入（NOMA）问题。考虑到实际的被动窃听场景，采用保密中断概率来衡量计算卸载的保密性能。首先研究了在秘密卸载率约束、计算延迟约束和秘密中断概率约束下的加权总能耗最小化问题。导出了最优解的半封闭形式表达式。然后，我们研究的秘密中断概率最小化问题，考虑到两个用户的优先级，并描述了最佳的秘密卸载率和功率分配的封闭形式的表达式。数值结果表明，我们所提出的设计的性能优于替代的基准计划。
2019-10-22 cs.IT eess.SP 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
Outage Probability Expressions for an IRS-Assisted System with and without Source-Destination Link for the Case of Quantized Phase Shifts in $κ-μ$ fading
在这项工作中，我们研究了中断概率（OP）在目的地的智能反射表面（IRS）辅助通信系统在$κ-μ$衰落环境中。一个实际的系统模型，考虑到相位误差的存在，由于量化在IRS时，a）源-目的地（SD）链路存在和b）SD链路不存在。首先，推导出一个精确的表达式，然后我们使用以下方法推导出OP的三个简单近似：（i）单变量降维，（ii）矩匹配和（iii）Kullback-Leibler发散最小化。由此产生的表达式OP是简单的评估和相当紧，即使在尾部区域。这些近似的有效性证明使用广泛的Monte Carlo模拟。我们还研究了可用于量化的比特数，IRS相对于源和目的地的位置以及IRS元素的数量对具有和不具有SD链路的系统的OP的影响。
2021-07-31 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
HARQ-CC Enabled NOMA Designs With Outage Probability Constraints
在本文中，我们的目标是设计一种自适应功率分配方案，以最小化的平均发射功率的混合自动重传请求与追赶合并（HARQ-CC）使能的非正交多址（NOMA）系统在严格的中断限制的用户。具体来说，我们假设基站只知道用户的统计信道状态信息。我们首先关注两个用户的情况。为了评估两用户HARQ-CC使能NOMA系统的性能，我们首先分析每个用户的中断概率。然后，平均功率最小化问题制定。然而，得到的中断概率的表达式是非凸的，从而使问题难以解决。因此，我们首先保守地近似一个听话的，然后使用一个连续的凸近似算法迭代地处理放松的问题。对于更多的实际应用，我们还研究了多用户场景中的HARQ-CC使能传输。考虑了用户配对和功率分配问题。借助匹配理论，提出了一种低复杂度的用户配对算法。然后，功率分配问题的解决所提出的基于SCA的算法。仿真结果表明，所提出的传输策略的有效性和所提出的算法的近最优性。
2019-11-04 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
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
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
