一种空时二维联合频谱感知区域划分方案

Ｕｎｄｅｒｌａｙ接 入 模 式 。理 论 分 析 和 仿 真 结 果 表 明 ，新 的 区域 划 分 方 案 在 保 证 主 用 户 良好 通信 质 量 的 前 提 下 ，能 够 实
现 认 知 用 户在 空 间 维度 更 有 效 的 分 配 和 接 入 可 用频 谱 资 源 。
关 键 词 ：认 知 无 线 电 网 络 ；频 谱 感 知 ；空 时 二 维 联 合 感 知 ；区域 划 分
知 用 户 对 主 用 户 通 信 中 断概 率 的 条 件 约 束 ，严 格 推 导 出 了 ３种 边 界 条 件 的 数 学 闭 式 解 。采 用 功 率 和 认 知 用 户 最 大 允 许 通 信 功 率 的 条 件 下 ，能 够 灵 活 确 定 主 用 户 分 区和 认 知 用 户 的 Ｏｖｅｒｌａｙ及
种 空 时 异 构 认 知 网 络 区域 划 分 方 案 的 设 计 方 法 。 新 的 设 计 方 法 依 据 ＩＥＥＥ ８０２．２２标 准 和 应 用 需 求 ，建 立 了一 种
鲁 棒 性 空 时 二 维 感 知 模 型 ，并 明确 定 义 了认 知 无 线 电 网 络 构 架 的 主 用 户 分 布 边 界 、保 护 边 界 和 感 知 边 界 ；基 于 认
第 ３８卷 第 ５期 ２０１６年 ５月
文章 编 号 ：１００ｔ一５０６Ｘ（２０１６）０５—１１４６—０７
系 统 工 程 与 电 子 技 术
Ｓｙｓｔｅｍ ｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｖｏ１．３８ Ｎｏ．５ Ｍ ａｖ ２０１６
网 址 ：ｗｗｗ．ｓｙｓ－ｅｌｅ．ｃｏｒ ｎ
ＲＵ ＡＮ Ｌｉ—ｈｕａ，ＬＩ Ｙｏｎｇ，ＣＨＥＮＧ Ｗ ｅｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ ＰｏＺ ￡ｅｃ ｎ ｆⅡＺ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００７２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｊｏｉｎｔ ｓｐａｃｅ—ｔｉｍ ｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｅｘｐｌｏｒｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｆｒｏｍ ２－ｄｉｍ ｅｎｓｉｏｎｓ ｉｎ ｃｏｇｎｉ— ｔｉｖｅ ｒａｄｉｏ ｎｅｔｗｏｒｋｓ． Ａ ｎｏｖｅｌ ｒｅｇｉｏｎ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｃｌａｒｉｆｙ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｒａｄｉｏ ｎｅｔｗｏｒｋ． Ａ ｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍ ｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ ８０２．２２ ｓｔａｎｄａｒｄ，ｔｈｅ ｎｅｗ ａｐ— ｐｒｏａｃｈ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ ａ ｓｐａｃｅ—ｔｉｍ ｅ ｒｏｂｕｓｔ ｓｅｎｓｉｎｇ ｍｏｄｅ１．Ｐｒｉｍ ａｒｙ ｕｓｅｒ（ＰＵ ）ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎ，ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｕｓｅｒ （ＳＵ ）ｓｅｎｓｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ａｒｅ ｃｌｅａｒｌｙ ｄｅｆｉｎｅｄ．Ｂｙ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｏｕｔａｇｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｉｍ ａｒｙ ｕｓｅｒ，ｃｌｏｓｅｄ—ｆｏｒｍ ｂｏｕｎｄｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｒｅｇｉｏｎｓ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍ ｉｓｓｉｏｎ ｐｏｗ ｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ＰＵ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｘｉｍ ｕｍ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ＳＵ ，ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｐｐｒｏａｃｈ ｃａｎ ｆｌｅｘｉｂｌｙ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｕｓｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ０ｖｅｒｌａｙ ａｎｄ Ｕｎｄｅｒｌａｙ ａｃｃｅｓｓ ｍ ｏｄｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ＳＵ． Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎｄ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏ— ｐｏｓｅｄ ａｐｐｒｏａｃｈ ｃａｎ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｔｈｅ ｃｏｍｍ ｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ＰＵ ，ａｎｄ ｅｘｈｉｂｉｔ ｍｏｒｅ ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｎ ｓｐａｔｉａｌ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｃｃｅｓｓ．
中 图 分 类 号 ：ＴＮ ９１５．Ｏ１
文 献 标 志 码 ：Ａ
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－５０６Ｘ．２０１６．０５．２７
Ｎｏｖｅｌ ｒｅｇｉｏｎ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｊ ｏｉｎｔ ｓｐａｃｅ—ｔｉｍｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ
２－ｄｉｍ ｅｎｓｉｏｎｓ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎ ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｒａｄｉｏ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｒａｄｉｏ ｎｅｔｗｏｒｋｓ；ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｓｅｎｓｉｎｇ；ｊｏｉｎｔ ｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ ２－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ ｓｅｎｓｉｎｇ；ｒｅｇｉｏｎ ｄｉｖｉｓｉｏｎ
０ 引 言
随着 无 线 通 信 技 术 的 迅 猛 发 展 ，现 有 的 频 谱 资 源 已 无 法满足 日益增长 的业 务需 求 ，文 献 ［１］于 １９９９年 提 出 了认 知 无 线 电 （ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｒａｄｉｏ，ＣＲ）的 概 念 ¨】］。 ＣＲ 可 以 较 好 解 决 目前静 态频谱 分 配 策 略 与 频 谱 需 求 之 间 的矛 盾 。近 年 来 ，认 知 无 线 电 多 维 频 谱 感 知 技 术 越 来 越 受 到 重 视 ］，其 中 ，空 时 二 维 联 合 的 频 谱 感 知 是 当 前 研 究 热 点 。现 有 的 研 究 主要 围 绕 认 知 用 户 感 知 机 制 和 门 限 算 法 等 方 面 进 行 ，对
一 种 空 时 二 维 联 合 频 谱 感 知 区 域 划 分 方 案
阮丽 华 ，李 勇 ，程 伟
（西北 工 业大 学 电子信 息 学院 ，陕 西 西安 ７１００７２）
摘 要 ：认 知 无 线 电 空 时 二 维 联 合 频 谱 感 知 技 术 可 以 有 效 利 用认 知 无 线 电 网络 的 二 维 频 谱 资 源 ，该 文 提 出 一