在传输功率未知情况下的认知无线电鲁棒性定位
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ＲＳ Ｓ值 ，并通 过样本 平均来 精细化样 本
１
ｍ （ ［Ｂ ＝ Ｍ）ｄ ｍ］
』 １ ＝ｌ Ｖ ｊ
，
，
［Ｂ ｄ ｍ］
（） ４
其中，Ｒ Ｓ ， Ｓ ，是第 ｉ 个次级用户的第 ｊ 个样本 Ｒ Ｓ ， Ｓ 值 其单位为 ｄ ｍ， Ｂ 而 是该单元测
黄渊 凌译 自 ＜ Ｌ ＯＭ ２ ０ ＞ ＜ Ｃ ０ ７ ，曾锦 祥 校 ＭＩ ＞
４ ９
技 术译 文
３ ． １假定条件 我们 的方案是根据某些假 设条件提 出 的 ，系统模 型 的假 定条件如下 ：
・ 主 用户 的传输 功率未知 ；
・ 次级 用户的位置 已知 ； ・ 次级 用户可测量 主用 户的 Ｒ Ｓ值 ； Ｓ
３２传 播模型 ． 本文提 出的方法 采用 了传播模 型下 的 Ｒ Ｓ Ｓ ，故这 里先 阐述相 关的传播模型 。假 定待
估 算的主用户 或对象 的实际位置 为Ｉ，］第 ｉ 次级 用户 的坐标位置 为［ｉｙ］ｉ１ ． ， ｘＹ， 个 ｘ，ｉ， ， ＇ ＝２ Ｎ
Ｎ是接收主用户信号的次级用户的总数 目。 令 为主用户和第 ｉ 个次级用户之间的距离，
天线增益和天线高度等， 是路径损耗指数。 ２ ）对 数正态路径损 耗模型 ：我们 采用对 数正态 路径损 耗模型来处理 阴影效应
ｐ
＝ ＝
蒜 ６ ｌ， ． ‘ ）
‘ ， Ⅳ
（ ３ ）
其 中 ， Ｓ ＝１。 为对数正态 随机变 量 ， ｉ ０
３３测量模型 ．
是均值 为 ０ 、方差为 的高斯随机变量 。
本文提 出一种 鲁棒 性 的准确 估算方法 来获得 用户 的位 置及其传输 功率 。此前 已经有
人阐述了很多定位方法 ，但由于大多数主用户都是采用原先的系统，主用户并不知道次 级用户的存在，因而很难获得主用户的传输功率信息。由于大多数之前提出的采用 Ｒ Ｓ Ｓ 测量的方案都需要了解无线信号的传输功率 ， 而这个限制对于定位主用户是非常关键的。 为此 ，我们提 出一种可 同时估算传输 功率 和位置 的方法 。 本文的其余部分组织如下 ：第二节介绍定位方法的相关研究工作 ；第三节介绍在研
究 中将要 用到的系统模 型和传播模 型 ，并 涉及 了几 个基于传 播模型 的可减小 测量扰 动的
测量模型 ；第四节阐述了估算问题；第五节介绍了解决该问题的思路，并描述了所提出 的方法 ；第六节用计 算机 仿真展 示 了该方 法带来 的性能提 高 ；最 后在第 七节 中对 所做 的 工作进行 了总结 。
技 术译 文
在传输功率未知情况下 的 认知无线 电鲁棒性定位女
摘要 ：认知无 线电 （ Ｒ）中主用 户的传输 功率和位 置信 息非常重要 ，因为主用 户的 Ｃ 信 息决定 了空间资源的可用性 ， 而这种机 会性 的空 间资源可 以由次 级用户使用 。为 找出主用户的位置，可尝试采用已有的基于距离修正技术的定位方案 ，但这些方案 需要主用户的传输功率已知。由于 Ｃ Ｒ中的大多数主用户仍 使用原来的 （ ｇｃ ） １ ａｙ 系 ｅ 统，因此没有信标协议来提供传输功率等有用信息。有些定位方法虽然不需要传输 功率 已知 ，但 它们在 “ 出界情况”（ ｕｅ ａｅ Ｏ ｔｒ ｓ ）下 ，即当主用户在 次级用户 坐标 的 凸 Ｃ 沿之外时就不能工作。我们提 出一种约束优化方法，用来在没有传输功率预知信息 的情况下估算出主用户的传输功率和位置， 并对两种主要的网络部署情况做 了 仿真。 仿真结果以传输功率和位置的真实值和估算值之 间的均方误差 （ Ｅ） ＭＳ 作为衡量标 准 ，证 实 了所提 出的约束优化 方法 能提 高估算 性能 。
１引言
从频谱分配的角度来看，当带宽需求增加时，传统的静态谱分配方法会导致较低的 频谱使 用效 率 。这 个问题最近 已经 引起 了很多研 究者 的关注 ，认知 无线 电 （Ｒ）被 视为 Ｃ 最大化频谱利用率 的一项很有希望的技术。Ｃ 通过感知现有频谱环境并作智能决策来 Ｒ 充分利用无线资源。约瑟夫． 米托拉 ｌ 是 Ｃ Ｉ ｌ Ｒ的一个开创者， 引入了认知环路的概念， 他 认知环路进行无线环境分析、信道状态估算与预测以及传输信号。Ｃ 里面的所有动作 Ｒ 都是基于无线环境分析的结果 ，如分析无线环境中的射频激励 ，鉴别空白频谱、主用户 或共存用户的位置和传输参数等。因此，无线环境分析对于应用 Ｃ Ｒ到无线通信系统中 是一项极为重要的任务。而且，Ｃ 中用户的位置和传输功率是实现灵活传输 的重要参 Ｒ 数。 因此 ， Ｒ中一个极具挑战性的问题就是如何鉴别和分析一个主用户和利用 Ｃ Ｃ Ｒ实现 共 存 的其 它系统 。
・ ４ 个或 ４ 个以上的次级用户都可接收主用户的信号 ； ・ 次级用户之间共享位置信息和 Ｒ Ｓ ； Ｓ值 ・ 各 个次级用户的 阴影效 应相互独 立 。 在这 些假设下 ，网络 中所有 的次级用户 都知道 其它用 户的位置和 Ｒ Ｓ值 。这样 ，主 Ｓ
用户 的位置 和传输功率就 可 以通过 次级用户进 行估 算 。
则 可 以表示为
＝
√ Ｘ （一 （— ｉ ＋Ｙ ） ）
ｐ拓
（ １ ）
１ ）简化的传播模型 ：第 ｉ 个次级用户的理想 Ｒ Ｓ或接收到功率可用 ０ 来表示 Ｓ
＝
ＲＳ＝ Ｓ
“
， １２ ．， ， ，． ．Ⅳ
（） ２
其中，Ｐ 是信号发送者的传输功率， “
代表所有影响接收信号功率的其它 因素，包括
本节将描 述根据 传播模型估 算主用 户 的位 置 和传输 功率 的测量 模型 。本文提 出的方 法将 处理传播 过程 中产 生的阴影效应 。阴影效应 会导 致 Ｒ Ｓ值 发生较大变化 。对 此 ，我 Ｓ
们采用对数正态路径损耗模型来模拟这个效应 。 １ ）样本均值 １由于阴影效应，各个用户的 Ｒ Ｓ值会有一些扰动，放需要测量原始 Ｓ
１
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其中，Ｒ Ｓ ， Ｓ ，是第 ｉ 个次级用户的第 ｊ 个样本 Ｒ Ｓ ， Ｓ 值 其单位为 ｄ ｍ， Ｂ 而 是该单元测
黄渊 凌译 自 ＜ Ｌ ＯＭ ２ ０ ＞ ＜ Ｃ ０ ７ ，曾锦 祥 校 ＭＩ ＞
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技 术译 文
３ ． １假定条件 我们 的方案是根据某些假 设条件提 出 的 ，系统模 型 的假 定条件如下 ：
・ 主 用户 的传输 功率未知 ；
・ 次级 用户的位置 已知 ； ・ 次级 用户可测量 主用 户的 Ｒ Ｓ值 ； Ｓ
３２传 播模型 ． 本文提 出的方法 采用 了传播模 型下 的 Ｒ Ｓ Ｓ ，故这 里先 阐述相 关的传播模型 。假 定待
估 算的主用户 或对象 的实际位置 为Ｉ，］第 ｉ 次级 用户 的坐标位置 为［ｉｙ］ｉ１ ． ， ｘＹ， 个 ｘ，ｉ， ， ＇ ＝２ Ｎ
Ｎ是接收主用户信号的次级用户的总数 目。 令 为主用户和第 ｉ 个次级用户之间的距离，
天线增益和天线高度等， 是路径损耗指数。 ２ ）对 数正态路径损 耗模型 ：我们 采用对 数正态 路径损 耗模型来处理 阴影效应
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（ ３ ）
其 中 ， Ｓ ＝１。 为对数正态 随机变 量 ， ｉ ０
３３测量模型 ．
是均值 为 ０ 、方差为 的高斯随机变量 。
本文提 出一种 鲁棒 性 的准确 估算方法 来获得 用户 的位 置及其传输 功率 。此前 已经有
人阐述了很多定位方法 ，但由于大多数主用户都是采用原先的系统，主用户并不知道次 级用户的存在，因而很难获得主用户的传输功率信息。由于大多数之前提出的采用 Ｒ Ｓ Ｓ 测量的方案都需要了解无线信号的传输功率 ， 而这个限制对于定位主用户是非常关键的。 为此 ，我们提 出一种可 同时估算传输 功率 和位置 的方法 。 本文的其余部分组织如下 ：第二节介绍定位方法的相关研究工作 ；第三节介绍在研
究 中将要 用到的系统模 型和传播模 型 ，并 涉及 了几 个基于传 播模型 的可减小 测量扰 动的
测量模型 ；第四节阐述了估算问题；第五节介绍了解决该问题的思路，并描述了所提出 的方法 ；第六节用计 算机 仿真展 示 了该方 法带来 的性能提 高 ；最 后在第 七节 中对 所做 的 工作进行 了总结 。
技 术译 文
在传输功率未知情况下 的 认知无线 电鲁棒性定位女
摘要 ：认知无 线电 （ Ｒ）中主用 户的传输 功率和位 置信 息非常重要 ，因为主用 户的 Ｃ 信 息决定 了空间资源的可用性 ， 而这种机 会性 的空 间资源可 以由次 级用户使用 。为 找出主用户的位置，可尝试采用已有的基于距离修正技术的定位方案 ，但这些方案 需要主用户的传输功率已知。由于 Ｃ Ｒ中的大多数主用户仍 使用原来的 （ ｇｃ ） １ ａｙ 系 ｅ 统，因此没有信标协议来提供传输功率等有用信息。有些定位方法虽然不需要传输 功率 已知 ，但 它们在 “ 出界情况”（ ｕｅ ａｅ Ｏ ｔｒ ｓ ）下 ，即当主用户在 次级用户 坐标 的 凸 Ｃ 沿之外时就不能工作。我们提 出一种约束优化方法，用来在没有传输功率预知信息 的情况下估算出主用户的传输功率和位置， 并对两种主要的网络部署情况做 了 仿真。 仿真结果以传输功率和位置的真实值和估算值之 间的均方误差 （ Ｅ） ＭＳ 作为衡量标 准 ，证 实 了所提 出的约束优化 方法 能提 高估算 性能 。
１引言
从频谱分配的角度来看，当带宽需求增加时，传统的静态谱分配方法会导致较低的 频谱使 用效 率 。这 个问题最近 已经 引起 了很多研 究者 的关注 ，认知 无线 电 （Ｒ）被 视为 Ｃ 最大化频谱利用率 的一项很有希望的技术。Ｃ 通过感知现有频谱环境并作智能决策来 Ｒ 充分利用无线资源。约瑟夫． 米托拉 ｌ 是 Ｃ Ｉ ｌ Ｒ的一个开创者， 引入了认知环路的概念， 他 认知环路进行无线环境分析、信道状态估算与预测以及传输信号。Ｃ 里面的所有动作 Ｒ 都是基于无线环境分析的结果 ，如分析无线环境中的射频激励 ，鉴别空白频谱、主用户 或共存用户的位置和传输参数等。因此，无线环境分析对于应用 Ｃ Ｒ到无线通信系统中 是一项极为重要的任务。而且，Ｃ 中用户的位置和传输功率是实现灵活传输 的重要参 Ｒ 数。 因此 ， Ｒ中一个极具挑战性的问题就是如何鉴别和分析一个主用户和利用 Ｃ Ｃ Ｒ实现 共 存 的其 它系统 。
・ ４ 个或 ４ 个以上的次级用户都可接收主用户的信号 ； ・ 次级用户之间共享位置信息和 Ｒ Ｓ ； Ｓ值 ・ 各 个次级用户的 阴影效 应相互独 立 。 在这 些假设下 ，网络 中所有 的次级用户 都知道 其它用 户的位置和 Ｒ Ｓ值 。这样 ，主 Ｓ
用户 的位置 和传输功率就 可 以通过 次级用户进 行估 算 。
则 可 以表示为
＝
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ｐ拓
（ １ ）
１ ）简化的传播模型 ：第 ｉ 个次级用户的理想 Ｒ Ｓ或接收到功率可用 ０ 来表示 Ｓ
＝
ＲＳ＝ Ｓ
“
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（） ２
其中，Ｐ 是信号发送者的传输功率， “
代表所有影响接收信号功率的其它 因素，包括
本节将描 述根据 传播模型估 算主用 户 的位 置 和传输 功率 的测量 模型 。本文提 出的方 法将 处理传播 过程 中产 生的阴影效应 。阴影效应 会导 致 Ｒ Ｓ值 发生较大变化 。对 此 ，我 Ｓ
们采用对数正态路径损耗模型来模拟这个效应 。 １ ）样本均值 １由于阴影效应，各个用户的 Ｒ Ｓ值会有一些扰动，放需要测量原始 Ｓ