具有主用户中断概率约束的认知无线电系统容量分析

荆齐根+刘云清+孙哲

摘 要：該文引入主用户中断概率作为评价主用户传输质量的标准，同时考虑认知用户平均/峰值发射功率的约束，得到认知系统的各态历经容量和中断概率容量，提出了一种具有主用户中断概率约束的认知无线电资源分配算法。通过数学理论推导可以获得认知系统最优的发射功率，以此功率进行信息传输可以获得最大的系统容量。

关键词：认知无线电 资源分配 主用户中断概率 各态历经容量 中断概率容

中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（a）-0005-02

伴随通信行业的不断发展，无线频谱资源日渐短缺，目前各国的运营商都采用固定频谱访问（FSA）策略。在FSA方式中，将每一块频谱与特定的带宽分配给一个或多个专有的用户，这样授权用户就可以利用分配到的频谱资源进行信息传输。但是此时无论授权用户有无信息传输，认知用户都不允许接入频带中进行信息传输。在这种固定的分配方式下，大多数可用的频谱完全被分配，导致频谱严重稀缺。另一方面，对实际中频谱利用率的研究显示，授权频谱的利用率比较低[1-2]。

CR[3]技术由于其能动态地感知系统中各用户的状态，智能地调整传输参数，动态占用系统中的频谱资源，被广泛认为是未来无线通信中最灵活的技术之一。在CR中，认知用户有两种主流频谱接入方式：机会频谱接入（OSA）方式和频谱共享（SS）方式[5]。OSA模型中，一个认知用户进行频谱感知检测频谱空穴，一旦检测到频谱空穴，认知用户重新配置其传输参数来占用频谱进行信息传输。一旦主用户需要传输信息，认知用户应该快速释放主用户的频谱，切换到其他的频带上，以确保不对主用户的传输产生干扰。SS接入方式是指，认知用户可以和主用户共同占用同一段频带通信，前提是认知用户对主用户的干扰应低于一个预先设定的阈值，此阈值就是主用户不发生中断的最大干扰门限。

对于经典极值理论的研究，以前人们常采用“干扰温度”作为约束条件，在此机制中，干扰温度等于认知用户在主用户接收端产生的干扰功率以及主用户接收端获得的系统噪声之和。后来人们开始引入“主用户传输中断概率”[5]作为约束条件，保障认知用户可以和主用户共同在网络中传输。

1 系统模型

该文给出了一种简化的CR网络，如图1所示。在这个CR网络中只有一个主链路和一个认知链路。其中主链路由一个主用户发射机（PU-TX）和一个主用户接收机（PU-RX）组成，认知链路由一个认知用户发射机（SU-TX）和认知用户接收机（SU-RX）组成，所有终端都利用单天线进行信号的收发。在整个网络中假定所有涉及到的信道都为独立的块衰落（BF）信道，在每一个衰落状态下，信道CSI都是已知的。在任意的一个衰落状态下PU-TX 到PU-RX和SU-RX之间的信道功率增益分别用和表示，SU-TX到PU-RX和SU-RX之间的信道功率增益用和表示。所有的信道功率增益都假设是服从独立同分布（i.i.d.）的随机变量，由连续的概率密度函数、、和表示。

2 认知系统各态历经容量实现算法

该节主要讨论在PU中断概率和认知系统发射功率约束下，系统的各态历经容量[6]。

2.1 主用户的传输

参考文献

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