方法的认知无线电系 统最大吞吐量示意图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合【附图说明】及【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[00对在CRNs(Co即itiveRadioNetworks)中，次级用户（CUs)为了获得可W使用的频 谱空穴周期性的对授权系统中的授权信道进行感知。频谱空穴的感知基于对主用户（LU) 发射机（LT)的检测，而主用户接收机化时。该是由于CUs无法获得LR的位置信息，而包含 LR的LT覆盖范围则是可W通过LT的位置W及发射功率获得。处于LT覆盖范围内的CUs 仅可W使用时域频谱空穴。为了防止对LU造成有害干扰，禁止C化采用空域频谱空穴。而 处于LT覆盖范围外的OTs允许使用该两种频谱空穴。
[0033] 系统模型如附图1所示，包括了一个授权系统链路，一个次级链路，W及多个用于 频谱感知的CUs。授权用户链路包括一个LTPW及LRr，其中LRr可能位于LT覆盖范围 内的任意位置。次级链路包括一个CU发射机SW及一个CU接收机，且该次级链路的距离 可W标记为D,,。授权用户发射机LT在工作时处于状态0N，不工作时处于状态OFF。LT在 ON与OFF状态之间进行交替。当LT处于ON状态时，LT发射功率为Pp;而当LT处于OFF状 态时LT处于静默状态。认知用户通过与频谱感知节点进行联合空时频谱感知获取可用的 频谱空穴，为了简化，附图1中未给出相应的合作频谱感知节点。
[0034] LT的行为可W通过Markov过程进行建模，Hp化）表示在时隙k中授权信道是否被 LT占用。Hp似=H。表示信道并未被LT占用，LT在时隙k处于OFF状态；否则，Hp(k)= Hi,即信道被LT占用且LT在时隙k处于ON状态。LT处于ON状态的概率记做P化），处于 OFF状态的概率为P化)，且P化)+P化1)=1。
[0035] 本发明采用联合空时频谱感知机制获取时域频谱空穴W及空域频谱空穴。多个次 级系统（亦即认知系统）的频谱感知节点进行时域频谱感知，通过BS/融合中屯、最终交换 本地测量结果，同时由BS/融合中屯、做出最后判决。对于时域频谱空穴，两个重要的变量为 检测概率6 =Pr(A例=巧(A)=巧）W及虚警概率f/ =Pr悼脚=巧於的=好。）。A的表 示认知用户的时域频谱感知结果。Pd是LT的ON状态被认知用户正确检测的概率；Pf是时 域频谱空穴检测中的虚警概率，即LT处于OFF状态时被错误的检测为LT正在传输的概率。
[0036] 基于联合空时频谱共享的机制中，在授权用户干扰限制条件下，通过联合空时频 谱合作检测给出对于特定检测概率Pi时的空域频谱空穴大小，可W得到某一特定频谱信道 的空域频谱空穴最大无干扰传输功率MIFTP。在空域频谱感知中，对于LU的位置W及发射 功率的获取是计算CU的MIFTP所需要的重要参数，该位置与发射功率的估计可W通过多个 认知用户合作获得或者通过本地数据库直接获取。因此对空域频谱共享的CRNs，次级系统 中的认知用户C化通过控制传输功率来避免对授权系统中的主用户LU造成干扰。
[0037] 本发明所提出的联合空时频谱感知机制的基本思想为；采用多个C化进行合作时 域频谱感知，对LT的状态进行感知，感知性能的衡量指标为检测概率PdW及虚警概率Pf。 当LT被判断为处于ON状态时，采用空域频谱感知获取方式获得CU发射机S在该授权信道 中的可用空域频谱空穴。为了保障LU的干扰限制条件，时域频谱感知性能W及空域频谱感 知性能需要联合进行考虑。
[003引对于允许CUs机会式接入授权频段的授权系统中，LU的服务将会受到一定的损 失。LU所能容忍的损失可W由能够容忍的干扰概率表示。
[0039] 在附图1出了LT的覆盖范围，其中LT节点PW及认知用户节点S，他们都采用同 一个频谱信道进行传输。LU接收机r可能处于LT覆盖范围的任意位置，且该节点r由于C化传输而受到的干扰记为I。当干扰I超过特定的干扰口限Km。,时，认为该r由于认为 该CU对LU造成干扰且LU可容许的干扰概率为Pht
[0040] Pint=Pr(I>KmJ (1)
[0041] LU业务具有一定的干扰限制，该限制取决于业务QoS需求。假设LU的干扰限制可 W表示为干扰概率需要小于一个特定的口限，因此可W获得W下式子：
[0042] (2)
[0043] 在基于联合空时频谱感知的机制中，为了得到满足LU干扰限制的空域频谱空穴， 由时域频谱共享W及空域频谱共享造成的干扰均应该在考虑范围。根据时域频谱感知的结 果，从两个方面研究CU对LU造成的干扰。
[0044] E:LT的ON状态被正确的检测到，CUs获得空域的频谱空穴，因此可W采用传输功 率P进行传输，P日=PMIFTP，PlIFTpE[0,PmJ。Pm。,为CUS的最大传输功率。当CUS位于LT 覆盖范围内时，不存在可供使用的频谱空穴，即P,=P"PTP= 0。
[0045] E:LT的ON状态未被检测到，CUs误认为获得时域频谱空穴，因此采用最大的传 输功率进行传输Ps=Pm。^
[0046] 处于LT覆盖范围中最差情况WLRP的LU接收节点所受到的干扰概率Pr^t可W通 过全概率公式给出；
[0047]
【主权项】
1. 一种认知无线电网络中的联合空-时频谱共享方法，所述认知无线电网络包括授权 系统和认知系统，其特征在于：所述方法采用多个认知用户进行合作时域频谱感知，对授权 系统主用户发射机LT的状态进行感知，当LT被判断为处于ON状态时，采用空域频谱感知 获取方式获得认知发射机在该授权信道中的可用空域频谱空穴；所述方法包括以下步骤： 所述认知系统的认知用户获取所述LT的位置以及发射功率；所述认知用户与多个次级系 统的频谱感知节点合作进行时域频谱感知，通过BS/融合中心最终交换本地测量结果，同 时由BS/融合中心做出最后判决；当所述认知用户位于LT的覆盖范围内时，则不存在可供 使用的频谱空穴；当所述认知用户不位于授权系统主用户发射机LT的覆盖范围内时，则获 得空域的频谱空穴，采用传输功率匕=?"?进行传输，PMIFTPe[0，P_)为最大无干扰传输 功率；其中，所述认知用户通过控制传输功率来避免对授权系统中的主用户LU造成干扰， 对认知无线电系统中的感知时间进行优化来最大化认知无线电网络的系统吞吐量。
2. 根据权利要求1所述的联合空-时频谱共享方法，其特征在于：对LT的状态进行感 知性能的衡量指标为检测概率Pd以及虚警概率Pf;其中P<!是LT的ON状态被认知用户正确 检测的概率，^是LT处于OFF状态时被错误的检测为LT正在传输的概率。
3. 根据权利要求2所述的联合空-时频谱共享方法，其特征在于：空域频谱空穴不仅 与CU发射机与LU接收机的距离、传输中的阴影效应以及LU的QoS需求相关，同时也依赖 于时域频谱感知中的检测概率Pd。
4. 根据权利要求2所述的联合空-时频谱共享方法，其特征在于：在Pf-定的情况下， 感知时间t越大，⑶可用的空域频谱空穴越大；在Pd -定的情况下，t越大，Pf越小，即 CU接入时域频谱空穴的概率越大；随着t的增加，CU用于传输的时间相应减小，因此，联合 空-时频谱共享的认知无线电系统中的频谱感知时间与系统吞吐量存在折中。
5. 根据权利要求4所述的联合空-时频谱共享方法，其特征在于：最佳感知时间 T_imal利用对分法对以频谱感知时间t为变量的凸函数C(t)求解获取，同时得到相应 的最大的认知无线电系统吞吐量。
6. 根据权利要求1所述的联合空-时频谱共享方法，其特征在于：所述认知用户通过 控制传输功率来避免对授权系统中的主用户LU造成干扰具体为：当检测到时域频谱空穴 时该传输功率限制为认知用户本身功率门限，而当检测到的为空域频谱空穴时，该传输功 率受限于授权用户的干扰概率限制。
7. 根据权利要求1所述的联合空-时频谱共享方法，其特征在于：所述LT的位置与发 射功率的估计通过多个认知用户合作获得或者通过本地数据库直接获取。
8. 根据权利要求1所述的联合空-时频谱共享方法，其特征在于：为了保证LU不受干 扰，认知用户的漏检概率小于f<为保证主用户QoS的干扰概率的门限值。
【专利摘要】本发明提出了一种主用户干扰限制下的联合空时频谱共享方法，通过该方法次级用户可以有效的利用授权频谱的时域以及空域频谱空穴进行通信。同时，通过对该方法与现有的频谱共享机制进行分析比较，可以看到本发明所提出的联合空-时频谱共享方法对提高频谱利用率的作用。本发明可以指导认知无线电网络中联合空-时频谱共享机制下次级用户的感知与接入策略，根据本发明进行合理地对次级用户合作感知节点数目设置，以及对感知时间和传输发射功率进行合理的调节，可以在保障主用户不受有害干扰的情况下，最大化系统性能且提高频谱利用率。
【IPC分类】H04W16-14
【公开号】CN104703190
【申请号】CN201510114153
【发明人】陈培培, 张钦宇, 张璞, 吴伟强
【申请人】哈尔滨工业大学深圳研究生院
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月16日