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。

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。

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%。

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。

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。

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。

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。

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。

一种基于区块链的频谱博弈共享方案

本文提出了一种基于区块链和博弈论的频谱共享方案。与使用集中式平台的传统频谱共享方法不同,该方案利用区块链的去中心化和高度信任优势,让运营商共享自由频谱并提高利用率。该频谱共享系统建立在联盟区块链上,运营商可以在其中直接交易频谱。联盟区块链用于认证等待加入的成员,记录所有的交易信息,并确保其不会被篡改。此外,该方案建立了博弈模型,运营商可使用博弈论在彼此之间实现共享频谱的纳什均衡,达到最优的共享策略。仿真结果表明,该方案可以有效提高运营商的频谱利用率,增加运营商的收入。

美国FCC采用新修订的NGSO FSS频谱共享规则

本刊讯当地时间4月20日,美国联邦通信委员会(FCC)采用了新修订的非静止轨道卫星固定业务(NGSO FSS)频谱共享规则。FCC表示,该规则满足了卫星运营商一直以来关于频谱共享的需求,明确了NGSOFSS之间的频谱共享原则,后续将按照不同轮次为相关卫星运营商公平地分配频谱资源。

面向6G无线通信系统的动态频谱管理技术研究

随着通信技术的快速发展,6G无线通信系统将面临更为严峻的频谱资源调配难题。文章通过深入研究6G无线通信系统的动态频谱管理技术,阐述动态频谱管理的基础理念,包括其种类、追求的目标、运作的原理以及优势。重点分析6G无线通信技术对无线电频谱资源的需求,包括提升频谱使用效率、在多元用户和多样化业务情境下的频谱分配与调度等。同时,深入探索针对无线电频谱的先进管理策略,如无线电频谱的感知与预测、借助机器学习和人工智能的智能管理技术以及面向6G通信技术的动态频谱分配技巧等。最后,剖析无线频道的共用与买卖规则,展望未来研究的趋势与方向。

动态频谱共享研究现状及展望

动态频谱共享作为解决频谱供需矛盾的有效方式之一,在国际上受到了广泛关注。首先,对动态频谱共享的发展情况进行了概述。然后,对国际上动态频谱共享的政策制定、标准化及应用情况等进行了梳理。最后,结合无线电管理现状,分析了实施动态频谱共享在频率管理、台站管理及无线电监测等方面的影响及挑战。

改进的认知无线电频谱共享博弈模型

提出了一种改进的认知无线电频谱共享模型。该模型综合考虑了主用户的收益受到所有次用户请求带宽的影响,以及每个次用户的收益受到其他次用户请求带宽的影响;同时,与次用户竞争的主用户能够通过选择最佳带宽定价来获得最大的收益,相互竞争或合作的次用户通过从有限的频谱中改变请求频谱带宽来获得最大收益。对改进模型的静态博弈、动态博弈及其稳定性、帕累托最优等特性的仿真结果证明该模型适应实际情况。

改进的认知无线电系统中频谱共享博弈算法

为提高博弈策略的合理性和有效性,提出了一种分布式的频谱共享博弈算法.考虑主用户的二次边际成本函数,得到满足稀有频谱资源分配属性的价格函数;设计了节省信道开销的动态次用户信任度机制,对干扰主用户通信的次用户进行惩罚,从而优化频谱共享环境;引入主用户价格反馈机制,实现算法分层,保证主用户和次用户获得最大的效用,并提高频谱的利用率.仿真分析也表明了所提出的博弈算法能使频谱分配更加合理和有效.

基于跳频的自适应频谱共享方案

本文针对异种网络之间的频谱共享问题,提出了基于跳频的自适应频谱共享方案.该方案中,频谱注册网络负责配置跳频频率表等跳频参数,并且将其在覆盖区域内广播.频谱共享网络中的可重构终端(CR-MTs)使用认知无线电(CR)技术对周围频谱进行监测,通过跳频频谱共享策略实现通信.本文设计了跳频频谱共享的信号发射模型和信令交换机制,提出了不同情况下的干扰避免(IA)策略.最后,对跳频频谱共享方案的性能进行了分析,基于干扰计算模型得到的仿真结果表明该方案具有较好的IA性能.