认知无线网络的优化感知时间和功率分配

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1、认知无线网络的优化感知时间和功率分配李夏，盛彬（东南大学信息科学与工程学院；江苏南京；211100）摘要:本文主要研究如何设计最优感知时间和功率分配以使认知无线电的各态历经吞吐量达到最大值，本文使宽带感知频谱共享技术和宽带机会频谱接入技术，我们在这两种技术中考虑了平均发射功率限制和平均干扰功率限制，提出了在非完美频谱感知情况下如何获得最优感知时间和最优功率分配算法，并讨论了平均发射功率限制和平均干扰功率限制对最优功率的限制。关键词：认知无线电;宽带频谱感知;最大吞吐量;最佳功率分配;最优感知时间。OptimalSensingTimeandPowerAllocationi

2、nCognitiveRadioNetworksLIXia（SchoolofInformationScienceandEngineeringSoutheastUniversity；NanjingChina；211100）Abstract:Westudytheproblemofdesigningtheoptimalsensingtimeandpowerallocationstrategy,inordertomaximizetheergodicthroughputofacognitiveradiothroughusingthewidebandsensing-basedspec

3、trumsharing(WSSS)andthewidebandopportunisticspectrumaccess(WOSA)scheme.Weconsideraveragetransmitandinterferencepowerconstraintsforbothschemes,proposeaalgorithmthatacquiretheoptimalsensingtimeandpowerallocationunderimperfectspectrumsensingfortheschemeanddiscusstheeffectoftheaveragetransmi

4、tandinterferencepowerconstraintontheoptimalpower.Keywords:cognitiveradio,widebandspectrumsensing,throughputmaximization,optimalpowerallocation,optimalsensingtime.1引言随着无线通信业务的不断拓展，通信系统对无线频谱资源的需求不断增加，导致频谱资源的越来越匮乏。为了解决上述频谱利用率低下的问题，近年来，认知无线电(CR，cognitiveradio)这种新的频谱使用模式正逐渐受到人们的关注。认知无线电技术的基本思

5、想是：在不影响授权频段的正常通信的基础上，具有认知功能的无线通信设备可以按照某种“机会方式”[1]接入授权频段内，并动态的利用频谱。本文关注的是频谱感知和频谱共享接入这两个认知无线电关键技术，主要研究的是认知无线电的最优感知时间和功率分配策略，该策略使得认知无线网络的各态历经容量达到最大值。为了有效的保护主用户不受非完美频谱感知的干扰，我们在基于感知的宽带频谱共享技术中考虑了干扰功率限制，并提出凸优化算法，由此得出了最优的感知时间和最优的功率分配以得到信道的最大容量。通过仿真结果得出基于感知的宽带认知无线电频谱共享技术优于以往的基于感知的宽带认知无线电频谱机会接入技术，

6、且信道的最大功率随着平均干扰功率的增大而增大。基金项目:国家自然科学基金（61372100）和江苏省自然科学基金（BK2012738）2系统模型我们现考虑一个认知无线网络，该网络能够将一个授权的宽带频谱接入到一个主要网络，该网络被分成M个非重叠的窄带信道。此系统由一个主链路和辅链路组成。为了将频带接入，非授权用户必须首先用频谱感知来看每个信道是空闲还是被使用。在这篇论文中，我们使用[2]中提到的多频带联合检测器做了多频带同步频谱感知，其中使用了能量检测方案[3]，为了检测每个频带的主要用户的状态。表了感知时间，代表了在信道j中的能量检测器的阈值，代表在信道j中在二级能量

7、检测器的主要用户的接受信噪比，代表采样频率。这个认知无线网络的框架如图1，将一个平静持续时间插入到每个持续时间T传输帧用于频谱感知。图1二级链路的瞬时信道功率增益，j信道中PU-TX和SU-RX之间的链路以及SU-TX和PU-RX分别由，和表示，如图2中所示。图23基于感知的宽带频谱共享在这篇文章中，我们选择了目标检测可能性为，j=1,…M。更进一步，对于给定的感知时间，我们可以选择一个判决门限以达到要求的目标检测可能性。判决门限定义为（1）平均发射和干扰功率限制可描述如下（2）其中优化问题（2）相对于发射功率和是凸的，但是相对于感知时间