非平稳动态频谱接入

   动态频谱接入是无线通信领域的一个重要研究方向,其研究背景主要源于当前无线频谱资源的稀缺与固定分配模式所导致的不均衡使用。随着无线通信技术的飞速发展和移动设备的广泛普及,频谱资源的需求日益增长,而现有的频谱分配策略难以满足不断变化的通信需求。在这种背景下,动态频谱接入技术应运而生,它能够在确保不对现有授权用户(Primary user, PU)造成干扰的前提下,让未授权的次用户(Secondary user, SU)设备动态地探测、选择并利用那些暂时未被使用的频谱资源,从而提高频谱利用率,缓解频谱资源紧张的问题。

Research
图1 主次用户共享频谱

   为了避免对PU的通信造成干扰,SU采取先感知、后接入的机制。考虑到SU设备的功率和硬件限制,每个SU在每个时隙只能选择部分信道进行感知和接入。由于这种不完全的信息反馈,SU必须在探索和利用中取得折衷,即每个时刻考虑是利用已知历史信息选择经验上来看最空闲的信道,还是选择感知那些探索次数较少的信道来提高对它们空闲概率估计的准确性。此外,由于用户的移动性、高峰期和低峰期流量情况的不同等因素,信道的空闲概率往往是随时间变化的,如何应对这种非平稳性也是动态频谱接入中一个重要问题。

   我们将非平稳环境下的动态频谱接入问题建模为一个线学习问题,利用在线学习中的多臂赌博机算法在信道的探索和利用中取得有效折衷。其次,为了应对过时感知信息对信道空闲概率估计的影响,我们采用假设检验的方法对每个信道的历史感知数据进行划分和比较。在信道空闲概率发生变化后,能够以高概率快速检测到该变化并进行算法重启。数值结果表明,我们的算法在各种条件设置下都能为次用户带来更多的接入机会。

Research
图2 非平稳环境下动态频谱接入

Research
图3 基于在线学习算法追踪时变最优信道


  参考文献 

  • [1] Toward Order Optimal Channel Access in Unknown Environments: An Online Learning Method.
    Shuai Ye and Shaowei Wang.
    IEEE Transactions on Communications, Early Access.
  • [2] Thompson Sampling Based Dynamic Spectrum Access in Non-Stationary Environments.
    Shuai Ye, Tianyu Wang and Shaowei Wang.
    IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking, Jan. 2023.
  • [3] Dynamic Spectrum Access in Non-Stationary Environments: A Thompson Sampling Based Method.
    Shuai Ye, Tianyu Wang and Shaowei Wang.
    In Proceedings of the IEEE Global Communications Conference 2022 (GLOBECOM'22), Rio de Janeiro, Brazil, Dec. 2022.
  • [4] Online Primary User Emulation Attacks in Cognitive Radio Networks Using Thompson Sampling.
    Xiang Sheng and Shaowei Wang.
    IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 20, no. 12, pp. 8264-8273, Sept. 2021.
  • [5] Multi-Scale Hierarchical Resource Management for Wireless Network Virtualization.
    Huijuan Jiang, Tianyu Wang, and Shaowei Wang.
    IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking, vol. 4, no. 4, pp. 919-928, Dec. 2018.
  • [6] Clustering-Based Spectrum Sharing Strategy for Cognitive Radio Networks.
    Jingyi Dai and Shaowei Wang.
    IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol.35, no.1, pp. 228-237, Jan. 2017.
  • [7] Resource Allocation for Cognitive Radio-Enabled Femtocell Networks with Imperfect Spectrum Sensing and Channel Uncertainty.
    Yujie Zhang and Shaowei Wang.
    IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol.65. no.9, pp. 7719-7728, Sep. 2016.
  • [8] Efficient Resource Allocation for Cognitive Radio Networks with Cooperative Relays.
    Shaowei Wang, Mengyao Ge and Chonggang Wang.
    IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol.31, no.11, pp. 2432-2441, Nov. 2013.

  •                  
  • 联系我们
  •  
  • Email: mint@nju.edu.cn;
  •  
  • 地址:南京大学仙林校区电子科学与工程学院(潘忠来楼)332A, 321A/B
  •  
  • ©MINT,2021
  •  
  •