第38卷第5期系統(tǒng)工程與電子技術(shù)Vol 38 No 52016年5月Systems Engineering and ElectronicsMay 2016文章編號:1001-506X(2016)05-1146-07網(wǎng)址:www.sys-ele.com一種空時二維聯(lián)合頻譜感知區(qū)域劃分方案阮麗華,李勇,程偉(西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院,陜西西安710072)摘要:認(rèn)知無線電空時二維聯(lián)合頻譜感知技術(shù)可以有效利用認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的二維頻譜資源,該文提岀種空時異構(gòu)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)區(qū)城劃分方案的設(shè)計(jì)方法。新的設(shè)計(jì)方法依據(jù)IEEE802.22標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用需求,建立了一種魯棒性空時二維感知模型,并明確定義了認(rèn)知無線恵網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的主用戶分布邊界保護(hù)邊界和感知邊界;基于認(rèn)知用戶對主用戶通信中斷概率的條件約東,嚴(yán)格推導(dǎo)出了3種邊界條件的數(shù)學(xué)閉式解。采用新的設(shè)計(jì)方案,在保證主用戶通信功率和認(rèn)知用戶最大允許通信功率的條件下,能夠靈活確定主用戶分區(qū)和認(rèn)知用戶的 Overlay及Underlay接入模式。理論分析和仿真結(jié)果表明,新的區(qū)域劃分方案在保證主用戶良好通信質(zhì)量的前提下,能夠?qū)崿F(xiàn)認(rèn)知用戶在空間維度更有效的分配和接入可用頻譜資源。關(guān)鍵詞:認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò);頻譜感知;空時二維聯(lián)合感知;區(qū)域劃分中圖分類號:TN915.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼:ADOI:10.3969/j.issn.1001506X.2016.05.27Novel region division approach for joint space-time spectrum2-dimensions sensing in cognitive radioRUAN Li-hua, LI Yong, CHENG W(School of Electronics and In formation, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China)Abstract Joint space-time sensing can effectively explore spectrum resources from 2-dimensions in cognitive radio networks, A novel region division approach is proposed to clarify the structure of the heterogeneouscognitive radio network. According to the application requirements of the IEEE 802. 22 standard, the nevproach establishes a space-time robust sensing model. Primary user(PU) distribution region, protection regioand secondary user(SU) sensing region are clearly defined. By restricting the outage probability of the primaryuser, closed-form bounds of three regions are obtained. Based on the transmission power of the Pu and themaximum transmission power of the su, the proposed approach can flexibly determine user distribution regionsind the Overlay and Underlay access modes of the SU. Numerical and simulation results verify that the pro-posed approach can guarantee the communication quality of the PU, and exhibit more flexibility and efficiency inspatial spectrum resources allocation and accessKeywords: cognitive radio networks; spectrum sensing joint space-time 2-dimensions sensing; region division0引言于實(shí)際場景感知網(wǎng)絡(luò)模型的研究還很有限。經(jīng)典的頻譜感知關(guān)注時間上的頻譜機(jī)會,即在某個時隨著無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展,現(xiàn)有的頻譜資源已無間段內(nèi),主用戶空閑,認(rèn)知用戶可以利用授權(quán)的頻段進(jìn)行通法滿足日益增長的業(yè)務(wù)需求,文獻(xiàn)[1]于1999年提出了認(rèn)信。然而,空時二維的頻譜感知認(rèn)為認(rèn)知用戶不僅擁有時知無線電( cognitive radio,CR)的概念。CR可以較好解間上的頻譜機(jī)會,還可以根據(jù)其地理位置進(jìn)行更加靈活的決目前靜態(tài)頻譜分配策略與頻譜需求之間的矛盾。近年頻譜接入。文獻(xiàn)[4-5]提出了一種帶有禁聲區(qū)( no-talk re來,認(rèn)知無線電多維頻譜感知技術(shù)越來越受到重視,其gion,NR)的異構(gòu)感知策略。文獻(xiàn)[6]提出了認(rèn)知用戶采用中,空時二維聯(lián)合的頻譜感知是當(dāng)前研究熱點(diǎn)。現(xiàn)有的研功率控制技術(shù)利用空間位置進(jìn)行 Underlay模式下的通信究主要圍繞認(rèn)知用戶感知機(jī)制和門限算法等方面進(jìn)行,對文獻(xiàn)[7-8研究了空時感知模型下的檢測及虛警準(zhǔn)則,提收稿日期:2015-09-10;修回日期:2015-10-22;網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版日期:2015-11-23網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版地址:htp:www.cnki.net/kcms/detail/11,2422.TN.20151123.1324,008.html第5期阮麗華等:一種空時二維聯(lián)合頻譜感知區(qū)域劃分方案1147·出了在NR區(qū)域內(nèi)利用認(rèn)知用戶接收機(jī)協(xié)作感知的策略,OFF兩種狀態(tài),分別H1和H。表示,H1概率為p,則認(rèn)知并給出了奈曼皮爾遜準(zhǔn)則下的門限公式?？諘r二維感知的用戶感知信號可以用二元假設(shè)模型表示:網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架在文獻(xiàn)[9]中進(jìn)行了初步研究。文獻(xiàn)[10-13]對空時二維感知模型中認(rèn)知用戶感知時間結(jié)構(gòu)及吞吐量關(guān)系Jw(n),Ho進(jìn)行研究。本文認(rèn)為感知模型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劃分是空時二維√P(r,分)x(n)+w(n),H1聯(lián)合頻譜感知的關(guān)鍵問題之一,而現(xiàn)有研究中對于模型邊式中,P(r,代表了距離主用戶發(fā)射機(jī)為r的認(rèn)知用戶所界的定義較為模糊接收到的信號功率,是距離r和原信號發(fā)射功率:的函數(shù);文獻(xiàn)[9]提出了一種基于認(rèn)知用戶對區(qū)域邊界主用戶(n)表示接收到的歸一化認(rèn)知用戶信號的采樣;c(n)是噪干擾約束的空時感知區(qū)域的劃分策略,給出了區(qū)域劃分的聲采樣點(diǎn),通常假定其服從0均值,方差為的高斯分布閉式表達(dá)式。然而,這種劃分方式僅從數(shù)學(xué)推導(dǎo)的角度出(n)是認(rèn)知用戶對接收信號的采樣發(fā),缺乏對實(shí)際應(yīng)用場景的考慮,并且邊界確定方法缺乏靈傳統(tǒng)的能量檢測的檢測統(tǒng)計(jì)量為信號N點(diǎn)采樣能量活性。根據(jù)EEE802.22標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的魯棒性感知要求,的累加和Y,根據(jù)中心極限定理,Y在H1和H假設(shè)下分本文提出了一種新的空時異構(gòu)區(qū)域劃分策略,嚴(yán)格推導(dǎo)了別近似服從于兩種正太分布,對于設(shè)定的判決門限入,認(rèn)知空時二維認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域定義和數(shù)學(xué)表示。所提出的策略用戶正確檢測到主用戶信號的概率,即檢測概率為在保證主用戶通信質(zhì)量的前提下,可以靈活分配認(rèn)知用戶P,=PY>xH1}=Q(A=(0+P()(2)的空間頻譜資源,提高頻譜利用效率N(a2+P(r,)主用戶空閑,而認(rèn)知用戶判決其存在,即虛警概率為Ⅰ空時二維聯(lián)合頻譜感知基本模型P,=P(Y>A1H1}=Q(-)(3)在空時二維聯(lián)合頻譜感知中具有異構(gòu)頻譜機(jī)會的認(rèn)知對于空間上的頻譜機(jī)會,用S表示認(rèn)知用戶位于保護(hù)絡(luò)模型如圖1所示”。區(qū)域之內(nèi),S。表示認(rèn)知用戶位于保護(hù)區(qū)域之外。則空間頻譜機(jī)會模型可以表示為0主用戶發(fā)射視S1:0h(2)保護(hù)區(qū)域(Dp)P(Y>A|H,\p+P(Y>X| H,)(1-p),DA|H1},0