基于排队模型的混合overlay/underlay频谱共享优化策略研究

为了更好地提高认知无线电网络中授权频谱的利用率,并为系统用户提供更高质量的服务,采用排队博弈理论研究了混合overlay/underlay频谱共享方式的优化策略。面向认知用户建立了传输时间服从二相阶超指数分布的排队模型,并给出排队模型稳态分布的求解方法。基于收益—支出结构,研究了可视情形下认知用户的个体最优策略及不可视情形下认知用户的纳什均衡策略。以社会收益最优及授权频谱收入最大为目标,给出了认知用户使用授权频谱的接入费用。进行数值实验,揭示了不同策略之间的内在关系,并验证了收费方案的合理性。通过将混合overlay/underlay频谱共享方式下的社会最优收益与overlay频谱共享方式和underlay频谱共享方式下的社会最优收益进行对比,进一步表明了混合overlay/underlay频谱共享方式下的社会最优策略能更加稳定且高效地利用频谱资源。

基于全频谱共享的三维轨迹和功率优化方法

当前蜂窝系统频谱资源极度短缺,免授权频谱因而被建议在蜂窝系统中使用。无人机(UAV)的飞行轨迹和功率控制对频谱利用效率有重大影响。然而,基于频谱共享的3维轨迹和功率优化方法却鲜少研究。为此,该文首先提出一种全频谱共享方法,即无人机通过控制上行蜂窝用户和设备到设备(D2D)用户的发射功率,在不影响WiFi设备正常传输的前提下使用免授权频谱;同时无人机也能够在不影响其他下行蜂窝用户的前提下使用授权频谱。然后基于提出的全频谱共享方法,该文构建了无人机电池能量约束下的3维飞行轨迹和发射功率的联合优化问题。为了求解提出的复杂多变量耦合的非凸优化问题,该文采用块坐标下降和连续凸逼近方法将原问题转化为3维轨迹优化和功率控制两个凸优化子问题并迭代求解。大量仿真结果证明提出的基于3维轨迹和功率优化的全频谱共享方法能够显著提高频谱利用效率。

基于DDRQN的认知无线电频谱共享

研究多个主用户动态访问多个信道,而多个次用户对主用户的行为一无所知且对频谱状态部分可观测情况下,次用户的动态频谱接入问题。为了解决多用户多信道的复杂认知无线电网络环境中状态空间部分可观测环境导致的高计算量问题,充分利用与认知无线电网络一样具有认知能力且具有强大自适应性的深度强化学习技术DDRQN方法,通过在线学习找到最优频谱接入策略。利用DDRQN方法的目标是学习一种碰撞率低且信道利用率高的信道访问策略,同时基于DDRQN方法提高代理的可扩展性,以应对多速率和多代理场景的多种问题。

基于多智能体深度强化学习的车联网频谱共享

针对高动态车联网环境中基站难以收集和管理瞬时信道状态信息的问题,提出了基于多智能体深度强化学习的车联网频谱分配算法.该算法以车辆通信延迟和可靠性约束条件下最大化网络吞吐量为目标,利用学习算法改进频谱和功率分配策略.首先通过改进DQN模型和Exp3策略训练隐式协作智能体.其次,利用迟滞性Q学习和并发体验重放轨迹解决多智能体并发学习引起的非平稳性问题.仿真结果表明,该算法有效载荷平均成功交付率可达95.89%,比随机基线算法提高了16.48%,可快速获取近似最优解,在降低车联网通信系统信令开销方面具有显著优势.

基于无线环境地图的星地智能频谱共享方法

卫星和地面组件共享同一频段可以有效缓解频谱稀缺问题,提升频谱利用率,星地频谱共享将在未来的无线系统中发挥至关重要的作用。相较于传统的七色复用星地频谱共享方案均匀地分配点波束带宽,通过波束预测能够基于点波束流量需求的变化合理分配带宽,而频谱预测能够有效降低碰撞概率,从而提升网络频谱效率。提出一种基于无线环境地图的星地智能频谱共享方法,该方法联合波束预测和频谱预测,构建无线环境地图并基于无线环境地图进行频谱分配。仿真结果表明,该方法可有效提升频谱利用率,降低网络阻塞率和用户等待时间。

基于天基干扰绘图的星地一体化系统频谱共享研究

针对未来星地一体化系统中新入低轨道地球卫星(LEO)组件的用频需求和现任地面组件聚合干扰影响的问题,面向天基认知系统提出频谱感知和频谱数据库辅助的交织模式频谱共享方案。首先,针对低轨认知系统节点稀疏分布属性对频谱感知和干扰绘图带来的负面影响,提出“认知节点位置”概念。其次,研究低轨认知系统的双门限混合频谱感知和干扰绘图的机制,构建频谱数据库。最后,面向多状态虚拟网络模型,提出卫星组件上行频谱共享方案,实现LEO组件和地面组件之间的同频共存工作。仿真结果表明,所提双门限混合感知和干扰绘图能以较低密度的低轨认知节点实现高可靠性的频谱空间态势认知;所提基于频谱数据库和交织模式的LEO组件协作接入方案可以实现与地面组件的频谱共享,且不会显著增加LEO组件的端到端时延。

面向6G的星地融合网络频谱共享技术

卫星网络被公认为是下一代移动通信系统的重要组成部分,其与现有的地面蜂窝网络实现优势互补形成星地融合网络,可以为全球范围内的海量用户提供无处不在的宽带接入服务。而两网如何高效共享有限的频谱资源、缓解同频共存干扰成为当前的技术难点与热点问题之一。分析了星地融合网络频谱共享时存在的典型干扰类型,并对星地频谱共享场景中系统间干扰进行了仿真。介绍了星地频谱共享需要进一步研究的关键技术,并总结了星地融合网络频谱共享面临的挑战。

面向星地一体化网络的频谱共享方法研究

星地一体化网络是B5G/6G网络发展的重要趋势,业界正积极推动星地一体化网络的发展。随着卫星业务广泛进入消费市场,L、S等频段的频谱短缺问题日益严重。星、地网络间频谱共享是解决该问题的有效方案之一,但会导致系统间严重干扰。为此,提出一种基于干扰感知的频率资源共享分组方法,该方法在约束地面网络干扰功率的前提下,最大化星地一体化网络的系统效用,并通过局部搜索算法求解非线性整数规划问题。仿真结果表明,所提方案能够有效降低来自地面网络的干扰,并提升频率资源利用率。

认知智能电网中基于非合作博弈的电视频谱资源共享研究

智能电网(Smart Grid,SG)中的需求响应管理(Demand Response Management,DRM)是SG的控制单元,用来平衡实时负荷及转移高峰时段负荷。通信对于DRM的准确性和最优性至关重要,在智能电网的邻域网中广泛采用无线网络作为通信网,但是用于无线通信的频谱资源目前未被充分利用。随着模拟广播电视向数字电视的过渡,在电视频谱中产生更多的电视空白(TV White Space,TVWS)频谱。基于此,通过及建立Underlay模式下的TVWS频谱共享分层网络模型,以提高频谱利用率,并提出基于非合作博弈功率控制算法。数值结果表明,提出的方法可以提高频谱的利用率,有益于发挥DRM的性能。

动态频谱共享技术在5G中的应用

移动通信是一个资源受限性系统,而频谱是非常关键的资源和要素。目前,移动通信已经进入5G时代,而5G的主力频谱是3.5 GHz,频率越高,覆盖能力就越弱,因此其很难实现城区的深度覆盖及农村的广覆盖,且实现的建设成本也会非常高。目前,中低频谱资源几乎被3/4G占据,且无法全部重耕这些优质的低频段资源。5G与3/4G共用中低频段,由于每张网络承载用户是一个动态变化的过程,若采用固定分配频谱的策略,则会出现网络忙闲不均的现象,从而不能完全发挥中低频谱的利用率。动态频谱共享技术可有效解决上述问题,提高频谱利用率。文中在介绍技术原理的前提下,对该技术实现方式以及部署方式进行了介绍,最后通过测试数据证明了该技术的有效性。

FDDLTE/NR动态频谱共享的性能分析

本研究探讨了FDD LTE/NR动态频谱共享(DSS)技术在5G网络中的应用及其性能。研究选择1.8 GHz频段,在室内环境中进行了实验测试。测试采用路测和CQT方法,比较了LTE单模、NR单模和DSS模式下的网络性能。从RSRP、SINR、MCS、占用RB数以及吞吐量角度多维度地验证动态频谱共享的性能。结果显示,DSS技术在提高频谱利用率的同时,对LTE和NR性能都有一定影响。LTE性能损失在3%到8%之间,而NR性能损失在10%到22%之间。DSS技术能根据LTE和NR的业务需求灵活调整资源,在5G终端普及和网络发展的背景下,可有效提升网络容量和频谱效率。

通信工程中的无线频谱共享技术与策略分析

在无线通信技术飞速发展的今天,频谱资源变得越来越紧张,无线频谱共享技术已经成为一种提高频谱利用率和缓解资源紧张问题的有效途径。本论文以通信工程为视角,对无线频谱共享的相关概念,分类,技术特征,优势及研究现状及发展趋势进行系统性分析。提出了无线频谱共享中灵活性和公平性,共享效率和资源利用率,安全性和隐私保护,法规政策和标准制定等方面的建议,提出以博弈论为基础设计共享机制,以机器学习为基础进行频谱预测和优化,以区块链为基础制定安全性保障策略,以法规政策和标准制定为建议的解决思路。通过上述策略及解决方案,其目的是使无线频谱资源得到有效,安全,公平的使用,促进通信技术不断发展及革新。

电力系统中5G通信网络中的频谱共享技术

随着智能电网的建设逐步推进,电力系统的无线专网通信已经无法满足不断增长的通信业务需求。我国电力无线专网通信采用230MHZ频段,现阶段逐步暴露出信道容量差、传输速率不足、频谱资源利用率不高等问题,这无疑限制了智能电网业务的发展。为了保障电力通信高效、快速传输数据,改善通信环境,提高频谱效率,本文对电力系统中5G通信网络中的频谱共享技术开展了多角度的研究。

弹性光网络中基于频谱窗滑动的时变业务共享保护方法

针对弹性光网络(EONs)中时变业务生存性传输时消耗频谱资源多和业务阻塞率高的问题,该文提出一种基于频谱窗滑动的时变业务共享保护(TTSP-SWS)算法。TTSP-SWS算法选择可用频谱块承载权重和保护频谱块共享度的共享保护路径代价函数值最小的保护路径;通过在保护路径上滑动频谱窗,将时变业务分配至频谱窗共享度最高的频隙位置;当时变业务带宽变化时,采用基于频谱窗滑动的生存性扩展或压缩频谱分配策略调整时变业务的带宽分配。仿真结果表明,该文所提TTSP-SWS算法能降低网络的业务阻塞率和保护资源冗余度。

异步区块链支持的安全频谱共享

针对目前频谱稀缺的困境,一个经济有效的解决方案是将未充分利用的授权频谱以机会的方式分配给未授权用户。然而,实现大规模频谱共享面临激励缺失、隐私泄露、安全威胁和时延过大等挑战。利用区块联盟链技术的安全机制,设计了由频谱接入层、区块链网络层、区块链共识层构成的区块链动态频谱接入系统。该系统采用异步实时拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)改善共识延时,设计基于最优匹配算法的匹配方案,提高频谱复用率。经仿真验证,该方案频谱复用率提升近6%。相比于实时拜占庭机制,所提方案减少了系统延时,提升吞吐量近129%。

基于区块链智能合约的动态频谱共享

针对集中式动态频谱共享存在的频谱资源数据安全威胁、管理成本高、扩展性低等问题,利用区块链技术的去中心化、数据不可篡改等特性,提出了一个基于区块链智能合约的动态频谱共享方案。首先,利用区块链ERC4907协议设计了频谱券,保证频谱资源的唯一性标识并可租赁;其次,利用区块链预言机来实时更新空闲频谱资源数据,实现频谱数据的上链;再次,通过基于智能合约的拍卖算法以及Vue框架实现在前端页面对空闲频谱资源所对应的频谱券租赁期限的拍卖。实验结果表明,提出的基于区块链智能合约技术的动态频谱共享方案能够满足用户安全有效地进行动态频谱共享,具有可行性。

面向电力业务质量保障的NR-U与Wi-Fi频谱共享

为了缓解5G授权频谱资源短缺的问题,使用非授权频谱成为重要的解决方案。随着电力终端的大规模接入,面向电力业务保障的NR-U(NR in unlicensed spectrum)与Wi-Fi频谱共享成为重要的研究热点。首先,提出了一种NR-U上行传输机制,在保障Wi-Fi用户平均速率的同时实现了电力业务终端的数据上行传输。此外,还提出了联合传输时间和子载波分配(joint transmission time and subcarrier allocation,TTSA)的资源优化算法,以保障各类型电网业务的服务质量(quality of service,QoS),并最大化终端的总速率。将该优化问题解耦,使用近端策略优化(proximal policy optimization,PPO)为终端分配子载波。仿真结果表明,与已有算法相比,提出的TTSA资源优化算法在保障电力业务QoS和最大化终端总速率方面性能优越。

LTE FDD与NR动态频谱共享实验浅析

针对NR FDD频谱资源受限问题,介绍了LTE FDD和NR动态频谱共享的基本原理,进行了NR FDD共享LTE FDD频谱资源实验。结果显示,该技术利弊共存,NR侧流量增加明显,低接通、低速率质差小区数量有所减少,但LTE侧感知速率有所下降,且终端支持率不高。

超密集6G网络中的高效频谱资源共享方法

面对6G网络中用户密集化分布、频谱资源有限和分布式决策等挑战,提出了一种基于多维超图博弈的频谱资源共享方法。首先,根据6G网络太赫兹通信特点,设计了多维超图干扰模型,包括同频直接干扰、累计干扰和邻频干扰,通过降低多维干扰值以提升网络吞吐量。为实现分布式决策,将问题建模为超图博弈,并证明该博弈为势能博弈,至少存在一个纳什均衡点。然后,设计了基于同步最优响应的分布式频谱决策方法,求解频谱分配策略。仿真表明,所提的多维超图博弈实现了6G环境下分布式的频谱共享,与传统超图博弈方法相比,进一步降低了用户间的干扰水平,网络吞吐量大幅提升。

Underlay协同频谱共享系统中基于SDF-DZFB的物理层安全传输

协同中继传输不仅能改善认知用户的传输可靠性,而且也能增强认知用户物理层安全性。针对Underlay模式下多中继协同频谱共享认知无线网络,本文设计了基于选择译码转发和分布式迫零波束成形(SDF-DZFB)的物理层安全传输方案,其中,假设存在单个被动窃听节点窃听中继节点的发送信号,在认知用户发送端同时考虑峰值干扰温度约束和最大发射功率约束,中继和认知用户目的端都受到主用户干扰。在此情况下,分析了认知用户发送端分别到目的端(称为主链路)和到窃听节点(称为窃听链路)的等效信干噪比的统计特性,进而推导出系统安全中断概率性能的闭式表达式。为了揭示所提物理层安全传输方案的安全分集度性能,本文进一步分析了高信噪比条件下安全中断概率的渐近表达式。计算机仿真验证了本文的理论分析结果。