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编辑推荐

适读人群 ：本书可作为高等院校相关专业研究生（或高年级本科生）的教材或教学参考书，也可供从事无线通信科研的人员及工程技术人员参考。

《认知无线电网络》从网络体系角度建立认知无线电网络的总体概念。采用5层网络模型描述，重点介绍认知无线电网络的物理层、数据链路层和网络层。

内容简介

本书共12章。第1章概述认知无线电的基本概念、框架和功能，第2章开始介绍认知无线电物理层，第3章和第4章论述合作频谱的获取，第5章描述频谱感知测量与设计。从第6章起介绍数据链路层和媒体接入子层，第7章介绍认知无线电网络MAC层的特殊性，第8章研究认知无线电局部控制原理，第9章研究认知无线电Ad Hoc网络的介质访问控制，第10章研究认知无线电网络的多跳路由技术，第11章和第12章分别就认知无线电网络的经济性和安全性进行描述。

作者简介

Mohamed Ibnkahla，加拿大安大略省金斯顿市女王大学电气和计算机工程系教授。他毕业于法国图卢兹国立理工学院,分别于1996年和1998年获得博士学位和指导研究生资格。Ibnkahla博士负责开展了多项无线通信、无线传感网络和认知无线电技术领域的国际项目。其研究兴趣包括认知无线电网络、认知网络、无线传感器网络以及在电子化社会、神经网络和自适应信号处理中的应用。他撰写了5本书籍、50篇以上的论文和100多篇会议论文。为各种国际会议和研讨会给予了大量的指导并应邀发言。Ibnkahla博士担任多种国际期刊和著作集编辑，并且是安大略省的注册职业工程师。

目录

第1章 认知无线电概论
1．1 概述
1．2 认知无线电网络架构
1．3 认知无线电架构的功能
1．3．1 收发器结构
1．3．2 设计面临的主要挑战
1．3．3 频谱管理进程的功能
1．4 认知无线电模式
1．4．1 交织模式
1．4．2 重叠(底层)模式
1．4．3 覆盖模式
1．4．4 小结
1．5 本书的结构
参考文献
第2章 频谱感知
2．1 概述
2．2 频谱感知
2．2．1 匹配滤波(相干检测器)
2．2．2 能量检测器
2．2．3 特征检测
2．2．4 比较
2．2．5 设计权衡与挑战
2．3 多频带频谱感知
2．3．1 引言
2．3．2 串行频谱感知技术
2．3．3 并行频谱感知(多频带检测器)
2．3．4 小波感知
2．3．5 压缩感知
2．3．6 基于角的感知
2．3．7 盲感知
2．3．8 其他算法
2．3．9 比较
2．4 本章小结
参考文献
第3章 协同频谱感知
3．1 概率
3．2 协同频谱感知的基础
3．2．1 硬结合
3．2．2 软结合
3．2．3 混合结合
3．2．4 协同频谱访问多频带认知无线电网络
3．3 典型协同频谱感知技术
3．3．1 基于能量检测的协同频谱感知决策
3．3．2 性能分析
3．4 协同传输技术
3．4．1 追踪融合混合自动请求重发
3．4．2 协同分集
3．5 选择协同频谱感知策略
3．5．1 双门限选择性
3．5．2 最大协同频谱感知策略
3．5．3 最大最小协同频谱感知策略
3．5．4 比较与探讨
3．5．5 小结
3．6 本章小结
参考文献
第4章 干扰条件下协同频谱感知
4．1 概述
4．2 追踪获取合并型混合自动重传请求(HARQ)
4．3 再生型协同分集
4．3．1 平均频谱功率
4．3．2 中断概率
4．3．3 差错概率
4．3．4 仿真结果
4．3．5 小结
4．4 频谱重叠
4．4．1 重叠访问
4．4．2 解码转发中继
4．4．3 放大转发中继
4．4．4 增量中继
4．4．5 模拟结果与图解
4．4．6 差错概率
4．5 本章小结
参考文献
第5章 频谱感知性能标准和设计权衡
5．1 概述
5．2 接收机工作原理
5．2．1 单频段
5．2．2 协同频谱感知
5．2．3 多频段认知无线电
5．3 吞吐量性能标准
5．4 基本限制和权衡
5．4．1 感知时间最优化
5．4．2 多样性和采样权衡
5．4．3 功率控制和干扰限制权衡
5．4．4 资源分配权衡
5．5 本章小结
参考文献
第6章 频谱切换
6．1 概述
6．2 频谱移动
6．3 频谱切换策略
6．3．1 无切换策略
6．3．2 被动切换策略
6．3．3 主动切换策略
6．3．4 混合切换策略
6．3．5 对比
6．4 频谱移动管理的设计需求
6．4．1 传输层协议修改
6．4．2 跨层链路维护和最优化
6．4．3 寻找最佳备用信道
6．4．4 频谱切换时的信道竞争
6．4．5 公共控制信道
6．5 性能标准
6．6 频谱切换数学模型
6．6．1 频谱切换策略的性能
6．6．2 频谱切换的关系模式
6．7 多频段认知无线电网络切换
6．8 本章小结
参考文献
第7章 认知无线电网络的MAC 协议
7．1 概述
7．1．1 无线通信频谱访问中MAC 协议的功能
7．1．2 传统MAC 与认知无线电MAC 之间的差异
7．1．3 集中式与分布式体系结构的对比
7．1．4 认知无线电MAC 中的公共控制信道概念
7．1．5 MAC 协议的分类
7．2 帧间间隔与无公共控制信道的MAC 挑战
7．2．1 基于CSMA/ CA 的协议中的帧间间隔
7．2．2 无公共控制信道的MAC 挑战
7．2．3 无公共控制信道的网络设置
7．2．4 公共控制信道中的公平分配
7．3 认知无线电MAC 中的服务质量
7．3．1 服务质量保障的分布式认知无线电MAC 协议(QC-MAC)
7．3．2 服务质量感应MAC 协议
7．4 移动管理
7．4．1 带有公共控制信道的授权用户体验与移动性支持
7．4．2 无公共控制信道移动支持
7．5 本章小结
参考文献
第8章 认知无线电自组网和传感器―――网络模型和局部控制方案
8．1 概述
8．2 认知无线电网络与认知无线电自组网
8．3 认知无线电自组网中的频谱共享
8．4 认知无线电自组网中的介质访问控制协议
8．5 认知无线电网络中的量度规则
8．6 认知无线电自组网模型
8．6．1 频谱可用性图谱
8．6．2 频谱可用性概率(SAP)
8．6．3 可变大小的频段
8．6．4 多频道多无线电支持
8．6．5 合成频道模型
8．6．6 接收端和全局信息
8．6．7 频谱管理的局部控制
8．6．8 博弈方法
8．6．9 基于图着色的算法
8．6．10 部分可观测马尔可夫决策过程
8．6．11 仿生方案
8．7 频谱共享的局部控制方案
8．7．1 如何在认知无线电自组网中应用局部控制方案
8．7．2 局部控制方案框架
8．7．3 频谱共享公平性
8．7．4 协议设计与图解
8．8 本章小结
参考文献
第9章 认知无线电Ad Hoc 网络介质访问层
9．1 概述
9．2 网络模型和需求
9．2．1 系统模型
9．2．2 需求
9．3 CM-MAC：基于CSMA / CA MAC 协议的认知无线电自组网
9．3．1 协议描述
9．3．2 信道聚合
9．3．3 频谱访问和共享
9．3．4 移动性支持
9．4 结构分析
9．4．1 移动性影响
9．4．2 吞吐量
9．4．3 案例研究[32， 33]
9．5 数值结果
9．6 本章小结
参考文献
第10章 多跳认知无线电网络路由协议
10．1 概述
10．2 认知无线电网络中的路由问题
10．3 认知无线电网络的分类
10．3．1 频谱知识
10．3．2 主用户活动
10．4 集中和基本的分布式协议
10．4．1 集中协议
10．5 分布式协议
10．5．1 控制信息
10．5．2 基于源或目标的路由
10．6 动态网络中基于地理信息的协议
10．6．1 初始路由建立
10．6．2 贪婪转发
10．6．3 主用户避免
10．6．4 联合信道路径优化
10．6．5 仿真验证
10．7 随机认知无线电多跳协议
10．7．1 协议概述
10．7．2 随机认知多跳网络性能标准
10．7．3 概率表达
10．7．4 进一步改进
10．7．5 仿真结果说明
10．8 协议小结
10．9 本章小结
参考文献
第11章 认知无线电经济学
11．1 概述
11．2 博弈论
11．2．1 战略型博弈模型
11．2．2 市场演化与均衡
11．3 认知无线电合作交易模型
11．4 固定价格交易模型
11．5 拍卖模型
11．5．1 单边拍卖
11．5．2 双边拍卖
11．6 模拟与说明
11．6．1 固定价格市场
11．6．2 单边拍卖
11．7 后续研究
11．8 本章小结
参考文献
第12章 认知无线电网络安全
12．1 概述
12．2 认知无线电网络的安全属性
12．3 认知无线电中的信任
12．3．1 信任评估基础
12．3．2 信任的基础公理
12．3．3 信任模型
12．3．4 信任管理的效果
12．4 路由破坏攻击
12．4．1 概述
12．4．2 Liu-Wang 安全机制
12．4．3 对Liu-Wang 安全机制的说明
12．5 干扰攻击
12．5．1 概述
12．5．2 系统模型
12．5．3 有完备知识时的优化策略
12．5．4 对Wu-Wang-Liu 模型的说明
12．6 主用户仿冒攻击
12．6．1 面向频谱感知的信号发射机验证模式
12．6．2 Chen-Park-Reed 主信号发射机的非交互定位
12．6．3 Chen-Park-Reed 方法的模拟结果
12．7 本章小结
参考文献

前言/序言

译者序
自从无线通信问世以来，人们已经习惯了不同的通信系统在各自固定的频谱上进行通信。近几年来无线通信业务发展迅猛，适合无线通信的频谱资源变得越来越稀缺。为了提高信息传输能力，业界的普遍做法是在授权频段内深耕、挖潜，在信源编码、信道编码、复用、智能天线等方面做出了巨大的努力。但是这些努力并不能从根本上解决授权频段内和未授权频段频谱利用率较低的问题。
目前，国内外在无线通信领域的研究比较活跃。其中，认知无线电技术是继软件无线电之后的又一个研究热点。在技术路线上可谓是另辟蹊径。认知无线电用户通过感知无线环境，寻找频谱空穴，在不妨碍授权用户使用的前提下，建立自己的通信信道。该技术突破了以固定方式分配频谱资源的模式，认知无线电用户可以共享全部频谱资源，以这种思路建立起来的无线通信系统将大幅度提高频谱利用率。
我们阅读了大量的认知无线电著作，但是能够帮助读者认识完整认知无线电频谱周期的著作并不多。Cooperative Cognitive Radio Networks一书从网络体系的角度给读者建立了认知无线电网络的总体概念。作者采用5层网络模型描述认知无线电网络，重点介绍了认知无线电网络的物理层、数据链路层和网络层。
翻译工作分工如下：前言、第1章由刘玉军翻译，第2章、第11章由苏彦翻译，第3章由何彬翻译，第4章由杨新旺翻译，第5章、第6章由秦玎哲翻译，第7章由杨健康翻译，第8章由孙虹翻译，第9章由薛廷梅翻译，第10章由尚世峰翻译，第12章由李皓翻译。参加审稿的人员有刘玉军、蔺敏、尚世峰、许文峰。全书统稿由刘玉军和尚世峰完成。
感谢装甲兵工程学院信息工程系王维锋主任、张文阁副主任对于译著的帮助和支持，将本书的翻译列入了“2110”学科建设资助项目。感谢参加了翻译工作的张行知、侯涛、刘正锋、张忠辉、邓琦、张玉青、周浩、沈承江等同学。��
由于认知无线电技术还处于不断发展的过程中，译者的学识有限，翻译错误在所难免，恳请读者批评指正。
前言
认知无线电将成为未来无线通信系统中一项可行的技术。认知无线电的概念是当获得频段许可的主用户空闲或者次用户访问该频段引起的干扰低于给定阈值时，可以让次用户访问无线电频谱，这将大幅度提高无线系统的频谱利用率。为了让次要用户访问授权频段时不损害授权用户的利益，需要连续感应和仔细监测频谱。无线电频谱周期包括感知、学习、计划、决策和行动。认知无线电用户可以采取不同形式的行动集合，如频谱使用、数据包路由、切换和资源分配，其中行动通常依赖于感知和学习过程中获得的环境信息。这些信息可能包括认知无线电网络的状态和主要网络、服务质量、物理信道条件、交易规则、经济指标、社会影响和环境影响等。
过去的几年里，认知无线电的相关研究一直分散在大量的会议和期刊论文当中。这些出版物选择性地探讨认知无线电周期，只关注特定的方法或技术，而没有研究整个频谱周期。本书通过探讨整个频谱周期，从而填补了这一研究的空白。本书介绍了这一领域的发展状况，并针对贯穿整个频谱周期的各种不同的途径和方法提出了统一的观点。本书可为研究认知通信各层协议栈奠定基础。
本书的结构
第1章对认知无线电系统进行了概述，解释了频谱周期不同的组成部分，这些概念的解释将贯穿全书。
第2章到第5章描述了物理层问题。这些章节探讨了频谱感知、学习和决策等频谱周期方面的概念。第2章在单波段和多波段框架下，通过深入探讨和比较不同方法研究了主要的频谱感知技术。第3章介绍了协同频谱感知的基本原理，并讨论了频谱感知与获取高级组合的协同分集技术。第4章研究了在频谱交织和衬垫模式下使用的协同频谱获取技术，其中干扰被视为设计参数。第5章讨论了频谱感知与获取技术在设计和操作阶段需要考虑不同的权衡因素，例如，在延迟、吞吐量或功率效率等方面，其性能会受到怎样的影响。
第6章到第9章致力于链路层和介质访问层的设计问题。这些章节探讨了学习、决策、访问和频谱撤离等频谱周期方面的问题。第6章提出了频谱移动性问题，并深入对比了几种切换技术和策略。第7章介绍了认知无线电网络介质访问协议。特别是提出了在缺乏共同的控制通道时，可以使用的合作和非合作的媒体访问控制层协议。本章还探讨了协议设计面临的挑战和需要满足的特殊要求。第8章主要探讨了认知无线电自组织网络，解决了频谱共享、公平以及度量规则等基本问题。重点研究了频谱共享的局部控制计划和公平协议。第9章研究了认知无线电自组织网络介质访问协议，主要探究了自组织网络在移动性和主要专属区域（PER）两方面的特性，并对不同协议进行了对比和举例说明。
第10章探讨了认知无线电的网络层和路由选择。本章涉及学习、决策和路由选择等频谱周期方面的问题，并提出了路由协议的分类及其面临的难题。特别研究了分布式、集中式的学习、决策和路由选择方法，网络移动性问题以及高动态网络。
第11章主要提出了一个基于博弈论的认知无线电网络经济框架结构。本章涉及学习、决策和行动等频谱周期机制，研究了不同的策略和市场模型，包括物理层参数和干扰水平作为部分经济架构时的固定价格市场、单一拍卖和双拍卖。第12章概述了认知无线电网络的安全问题。包括有关学习、决策和分类等频谱周期概念，这些行为会导致网络中其他认知无线电用户的特定行动。本章将信任定义为确定网络中用户好坏优劣的一个指标，研究了路由中断、堵塞和模拟主用户攻击等几种攻击类型，并深入讨论了这些攻击对网络的影响以及可以采取的应对措施。
背景要求
本书探讨了认知无线电频谱周期的主要难题和技术。读者需要具备无线通信系统的基本知识，建议(但不要求)按照给定的章节顺序阅读，各章节在概念上相互依赖，但在数学推导或协议设计上，各章节相互独立。
本书特点
●本书涉及认知频谱周期的所有方面内容并进行举例说明。
●所有章节按照教材风格编写, 易于理解。
●每章都包含一个深入调查当前发展状况的主题。
●根据大量计算机模拟逐步分析了不同算法和系统，并附有图解。
Mohamed Ibnkahla 女王大学
加拿大安大略省金斯顿市
致谢
我对在这个项目的各个阶段中帮助过我的人深表感激。我的博士生和硕士生对于文章编写和章节的模拟/实验结果做出了贡献：硕士生G. Hattab（第1章至第3章及第5章）、博士生�〢. Abu Alkheir��（第3章和第4章）、博士生P. Hu（第8章和第9章）、硕士生J. Mack（第10章）、�┧妒可��狝. Bloor（第11章）和硕士生J. Spencer（第12章）。G. Hattab、Dr. W. Ejaz和�〥r. S. Aslam��花费大量时间审查了书稿的不同版本，对他们深表感激。
对在过去的10年间支持我研究的所有组织和公司表示感谢。其中包括加拿大自然科学和工程研究委员会（NSERC）、安大略研究基金（ORF）万信项目和NSERC DIVA 网络。
我对家人的鼓励、支持与关爱表示感谢，特别是我的妻子Houda，儿子Yasinn，女儿Beyan和Noha。


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