具有主用戶中斷概率約束的認知無線電系統容量分析

荊齊根+劉云清+孫哲

摘 要：該文引入主用戶中斷概率作為評價主用戶傳輸質量的標準，同時考慮認知用戶平均/峰值發射功率的約束，得到認知系統的各態歷經容量和中斷概率容量，提出了一種具有主用戶中斷概率約束的認知無線電資源分配算法。通過數學理論推導可以獲得認知系統最優的發射功率，以此功率進行信息傳輸可以獲得最大的系統容量。

關鍵詞：認知無線電 資源分配 主用戶中斷概率 各態歷經容量 中斷概率容

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（a）-0005-02

伴隨通信行業的不斷發展，無線頻譜資源日漸短缺，目前各國的運營商都采用固定頻譜訪問（FSA）策略。在FSA方式中，將每一塊頻譜與特定的帶寬分配給一個或多個專有的用戶，這樣授權用戶就可以利用分配到的頻譜資源進行信息傳輸。但是此時無論授權用戶有無信息傳輸，認知用戶都不允許接入頻帶中進行信息傳輸。在這種固定的分配方式下，大多數可用的頻譜完全被分配，導致頻譜嚴重稀缺。另一方面，對實際中頻譜利用率的研究顯示，授權頻譜的利用率比較低[1-2]。

CR[3]技術由于其能動態地感知系統中各用戶的狀態，智能地調整傳輸參數，動態占用系統中的頻譜資源，被廣泛認為是未來無線通信中最靈活的技術之一。在CR中，認知用戶有兩種主流頻譜接入方式：機會頻譜接入（OSA）方式和頻譜共享（SS）方式[5]。OSA模型中，一個認知用戶進行頻譜感知檢測頻譜空穴，一旦檢測到頻譜空穴，認知用戶重新配置其傳輸參數來占用頻譜進行信息傳輸。一旦主用戶需要傳輸信息，認知用戶應該快速釋放主用戶的頻譜，切換到其他的頻帶上，以確保不對主用戶的傳輸產生干擾。SS接入方式是指，認知用戶可以和主用戶共同占用同一段頻帶通信，前提是認知用戶對主用戶的干擾應低于一個預先設定的閾值，此閾值就是主用戶不發生中斷的最大干擾門限。

對于經典極值理論的研究，以前人們常采用“干擾溫度”作為約束條件，在此機制中，干擾溫度等于認知用戶在主用戶接收端產生的干擾功率以及主用戶接收端獲得的系統噪聲之和。后來人們開始引入“主用戶傳輸中斷概率”[5]作為約束條件，保障認知用戶可以和主用戶共同在網絡中傳輸。

1 系統模型

該文給出了一種簡化的CR網絡，如圖1所示。在這個CR網絡中只有一個主鏈路和一個認知鏈路。其中主鏈路由一個主用戶發射機（PU-TX）和一個主用戶接收機（PU-RX）組成，認知鏈路由一個認知用戶發射機（SU-TX）和認知用戶接收機（SU-RX）組成，所有終端都利用單天線進行信號的收發。在整個網絡中假定所有涉及到的信道都為獨立的塊衰落（BF）信道，在每一個衰落狀態下，信道CSI都是已知的。在任意的一個衰落狀態下PU-TX 到PU-RX和SU-RX之間的信道功率增益分別用和表示，SU-TX到PU-RX和SU-RX之間的信道功率增益用和表示。所有的信道功率增益都假設是服從獨立同分布（i.i.d.）的隨機變量，由連續的概率密度函數、、和表示。

2 認知系統各態歷經容量實現算法

該節主要討論在PU中斷概率和認知系統發射功率約束下，系統的各態歷經容量[6]。

2.1 主用戶的傳輸

參考文獻

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