CN104427511A - 认知无线网络中干扰保护带取值的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种认知无线网络中干扰保护带取值的方法及装置，涉及认知无线电技术领域。该方法包含：S1、确定主用户发射机的传输距离R₀和次用户的传输范围R；初始化主用户的网络保护带ρ₁和次用户的通信概率P_a；S2、依据确定的参数，计算保护带值ρ；S3、判断ρ的当前值与ρ₁的当前值的绝对值差，若二者差小于等于预定阈值，则认为ρ值已得到收敛，记录此时保护带值ρ；否则，执行步骤S4；S4、将ρ的值赋予ρ₁，计算当前次用户通行概率P_a，并根据通信概率P_a重新计算保护带值ρ，继续执行步骤S3，直到ρ值收敛，并记录此时的保护带值ρ。本发明通过提供更为合理和精确的干扰网络保护带的值，保证更大的次用户共享频谱的空域面积，提高了次用户网络共享主用户网络频谱资源的利用率。

Description

认知无线网络中干扰保护带取值的方法及装置

技术领域

本发明涉及认知无线电技术领域，具体涉及一种认知无线网络中干扰保护带取值的方法及装置。

背景技术

近年来，频谱资源的利用存在不均衡现象。部分频段(如：当前2G、3G等移动通信网络所使用的频段)处于超负荷状态，频谱资源严重“短缺”。而某些频段(如：UHF频段中广播电视的空闲频谱资源)的频谱利用率却较低，造成了频谱资源的“浪费”。鉴于此，具备频谱资源高效利用能力的认知无线电技术应运而生。通过高效、准确的频谱检测技术获得无线网络空闲频谱信息，基于动态频谱管理方法完成空闲频谱的动态接入、频谱切换与避让等功能，达到频谱资源的高效利用。然而，认知无线网络的实行面临着诸多挑战，例如，主用户网络和次用户网络之间的相互干扰问题，次用户传输时的容量限制等。其中，干扰问题是主要的问题。

解决此干扰问题一种方法为：设计一定的传输区域，如果次用户在此区域范围中，则需要限制其传输。此种都能有效的保证次用户对主用户的干扰。此方法的计算保护带的方式是根据计算次用户网络对传输边缘主用户接收机的累积干扰，并把干扰转化为主用户的传输中断概率。然后通过对主用户中断概率设置门限来计算干扰值需要满足的限制，从而确定对主用户网络的保护带的大小。

然而，考虑到实际情况，干扰是相互的，两个系统彼此之间都会产生干扰，虽然上述计算的保护带能够保证次用户传输不会影响主用户，但是却不能保证次用户不受主用户发射机的干扰。同时，如果假设次用户网络为Ad-hoc网络，次用户之间也会彼此产生干扰，这样可能两个距离比较近的次用户就不能同时工作，由此产生的结果就是原来保护带范围外的次用户无法保证全部能传输，而是有一定的概率可以通信，进一步会影响次用户网络累积干扰的计算，而相应的保护带取值也需要改变。为得到更合理的保护带，为次级用户保证更多的空域频谱接入机会是当前急需解决的问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供一种认知无线网络中干扰保护带取值的方法及装置，能够更为合理和精确的确定干扰保护带的值。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种认知无线网络中干扰保护带取值的方法，包含以下步骤：

S1、确定主用户发射机的传输距离R₀和次用户的传输范围边界R；并初始化主用户的网络保护带ρ₁和次用户的通信概率P_a；

S2、依据步骤S1中确定的参数，计算保护带值ρ；

S3、判断所述ρ的当前值与所述ρ₁的当前值的绝对值差，若二者差值小于或等于预定阈值，则认为ρ值已经得到收敛，记录此时的保护带值ρ；否则，执行步骤S4；

S4、将ρ值赋予ρ₁，计算当前次用户的通行概率P_a，并根据所述通信概率P_a重新计算保护带值ρ，继续执行步骤S3，直到ρ值收敛为止，并记录此时的保护带值ρ。

优选的，步骤S1中初始化的主用户的网络保护带ρ₁=0，次用户的通信概率P_a=0。

优选的，步骤S2中计算保护带值ρ的表达式为：

$\frac{2\mathrm{\π}{P}_c\mathrm{\λ}{p}_a}{(\mathrm{\β}-2)}[\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}^{\mathrm{\β}-2}}-\frac{1}{{(R+R_0)}^{\mathrm{\β}-2}}]{(\frac{P_0/R_0^{\mathrm{\α}}}{{\mathrm{\η}}_p}-{\mathrm{\σ}}^2)}^{-1}={\mathrm{\ϵ}}_p$

其中，P₀和P_c分别是主用户和次用户发射机发射功率，l是次用户均匀分布的密度，a和b是主用户和次用户传输路损因子，e_p是主用户接收机的中断概率限制，h_p是主用户正常传输的信干噪比门限，s²是背景噪声。

优选的，步骤S4中计算次用户的通信概率P_a的表达式为：

$p_a=p_a(R_0+\mathrm{\ρ},r_{\min }^{\mathrm{LB}})$

其中，P_a函数的表达式如下：

$p_a(a,r_{\min })=\underset{a}{\overset{R}{\∫}}\underset{r_{\min }}{\overset{2R}{\∫}}f\left(a\right)f\left(r\right)\mathrm{drda}$

$=\frac{1}{4\mathrm{\π}{R}^4}(1-\frac{a^2}{R^2})[{6R}^2{r}_{\min }\sqrt{{4R}^2-r_{\min }}-4\mathrm{\π}{R}^2{r}_{\min }^2$

$+{8R}^2{r}_{\min }{\sin }^{-1}\left(\frac{r_{\min }}{2R}\right)-{8R}^4{\sin }^{-1}\left(\frac{r_{\min }}{2R}\right)$

$-r_{\min }{({4R}^2-r_{\min }^2)}^{3/2}+{4\mathrm{\πR}}^4]$

其中，为保证任意两个次用户能同时正常传输的最小距离间隔，并满足：

$\frac{{8P}_c}{{\left(r_{\min }^{\mathrm{LB}}\right)}^2(\mathrm{\β}-2)}[\frac{1}{{\left(r_{\min }^{\mathrm{LB}}\right)}^{\mathrm{\β}-2}}-\frac{1}{{(R+R_0+\mathrm{\ρ})}^{\mathrm{\β}-2}}]+P_0{(R_0+\mathrm{\ρ})}^{-\mathrm{\α}}={\mathrm{\ϵ}}_c{\mathrm{\Θ}}_0$

其中，e_c是保证次用户正常传输的中断概率限制，是信道衰落，h_c是次用户正常传输的信干噪比门限，s²是背景噪声。

本发明还提供了一种认知无线网络中干扰保护带取值的装置，包含以下模块：

确定参数模块，确定主用户发射机的传输距离R₀和次用户的传输范围边界R；并初始化主用户的网络保护带ρ₁和次用户的通信概率P_a；

计算保护带值模块，依据步骤确定参数模块中确定的参数，计算保护带值ρ；

绝对值差判断模块，判断所述ρ的当前值与所述ρ₁的当前值的绝对值差，若二者差小于或等于预定阈值，则认为ρ值已经得到收敛，记录此时的保护带值ρ；否则，执行重新计算保护带的值模块；

重新计算保护带值模块，将ρ的值赋予ρ₁，计算当前次用户的通行概率P_a，并根据所述通信概率P_a重新计算保护带的值ρ，继续执行步骤S3，直到ρ值收敛为止，并记录此时的保护带值ρ。

优选的，所述确定参数模块中初始化的主用户的网络保护带ρ₁=0，次用户的通信概率P_a=0。

优选的，计算保护带值模块中计算保护带值ρ的表达式为：

$\frac{2\mathrm{\π}{P}_c\mathrm{\λ}{p}_a}{(\mathrm{\β}-2)}[\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}^{\mathrm{\β}-2}}-\frac{1}{{(R+R_0)}^{\mathrm{\β}-2}}]{(\frac{P_0/R_0^{\mathrm{\α}}}{{\mathrm{\η}}_p}-{\mathrm{\σ}}^2)}^{-1}={\mathrm{\ϵ}}_p$

其中，P₀和P_c分别是主用户和次用户发射机发射功率，l是次用户均匀分布的密度，a和b是主用户和次用户传输路损因子，e_p是主用户接收机的中断概率限制，h_p是主用户正常传输的信干噪比门限，s²是背景噪声。

优选的，重新计算保护带的值模块中计算次用户的通信概率P_a的表达式为：

$p_a=p_a(R_0+\mathrm{\ρ},r_{\min }^{\mathrm{LB}})$

其中，P_a函数的表达式如下：

$p_a(a,r_{\min })=\underset{a}{\overset{R}{\∫}}\underset{r_{\min }}{\overset{2R}{\∫}}f\left(a\right)f\left(r\right)\mathrm{drda}$

$=\frac{1}{4\mathrm{\π}{R}^4}(1-\frac{a^2}{R^2})[{6R}^2{r}_{\min }\sqrt{{4R}^2-r_{\min }}-4\mathrm{\π}{R}^2{r}_{\min }^2$

$+{8R}^2{r}_{\min }{\sin }^{-1}\left(\frac{r_{\min }}{2R}\right)-{8R}^4{\sin }^{-1}\left(\frac{r_{\min }}{2R}\right)$

$-r_{\min }{({4R}^2-r_{\min }^2)}^{3/2}+{4\mathrm{\πR}}^4]$

其中，为保证任意两个次用户能同时正常传输的最小距离间隔，并满足：

$\frac{{8P}_c}{{\left(r_{\min }^{\mathrm{LB}}\right)}^2(\mathrm{\β}-2)}[\frac{1}{{\left(r_{\min }^{\mathrm{LB}}\right)}^{\mathrm{\β}-2}}-\frac{1}{{(R+R_0+\mathrm{\ρ})}^{\mathrm{\β}-2}}]+P_0{(R_0+\mathrm{\ρ})}^{-\mathrm{\α}}={\mathrm{\ϵ}}_c{\mathrm{\Θ}}_0$

其中，e_c是保证次用户正常传输的中断概率限制，|h_c|²是信道衰落，h_c是次用户正常传输的信干噪比门限，s²是背景噪声。

(三)有益效果

本发明提供了一种认知无线网络中干扰保护带取值的方法及装置，通过考虑主用户网络对次用户的干扰影响以及次用户之间的传输干扰限制，在满足次用户网络正常通信的基础上，计算其对主用户的累积干扰，根据中断概率的约束，从而得到更为合理和精确的干扰保护带的取值。本发明为次级网络增加了空域接入机会，保证了更多次级用户共享主用户网络频谱资源，提高了次级网络频谱资源的利用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为认知无线网络中主、次用户的系统模型示意图；

图2为本发明实施例的认知无线网络中干扰保护带取值的方法的流程示意图一；

图3为本发明实施例的认知无线网络中干扰保护带取值的方法的流程示意图二；

图4为本发明实施例的认知无线网络中干扰保护带取值的装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为认知无线网络中主、次用户的系统模型示意图；

主用户网络为一般的广播系统，例如TV系统，主用户发射机的传输范围为半径为R₀的圆形区域，次用户网络为一个发射机与一个接收机的组合，其通信范围为半径为R的圆形区域。由于主用户接收机的位置不确定，要保证次用户通信不对主用户接收机产生干扰，首先必须保证R₀区域内的次用户禁止传输。其次，为了保证传输范围边缘的主用户接收机正常工作，需要设计一定的保护带ρ。只有在保护带以外的次用户才可以进行通信。

次用户在保护带之外区域，一方面受到主用户发射机对其产生的干扰，另一方面受到周围次用户对其干扰。当两个次用户距离很近时，在正常传输功率下，二者之间会产生较大的干扰，导致用户传输中断。因此，为了避免此情况，需要对活跃次用户之间的传输距离进行限制，通过随机几何的空间距离概率公式，可以得到满足最小距离限制的次用户传输概率P_a。该最小距离限制可以通过次用户发生中断时的中断概率和干扰计算关系得到。然后通过该概率，可以积分计算整个保护带外所有次用户对主用户最差接收机(在主用户网络边缘处)的累积(期望)干扰，是保护带ρ的函数。通过主用户中断概率的预定阈值限制，可以得到在此次用户传输概率下的保护带值的满足条件。

实施例1：

如图2所示，本发明实施例提供了一种认知无线网络中干扰保护带取值的方法，包含以下步骤：

S1、确定主用户发射机的传输距离R₀和次用户的传输范围边界R；并初始化主用户的网络保护带ρ₁和次用户的通信概率ρ_a；

S2、依据步骤S1中确定的参数，计算保护带值ρ；

S3、判断所述ρ的当前值与所述ρ₁的当前值的绝对值差，若二者差值小于预定阈值，则认为ρ值已经得到收敛，记录此时的保护带值ρ；否则，执行步骤S4；

S4、将ρ值赋予ρ₁，计算当前次用户的通行概率P_a，并根据所述通信概率P_a重新计算保护带值ρ，继续执行步骤S3，直到ρ值收敛为止，并记录此时的保护带值ρ。

本发明实施例通过考虑主用户网络对次用户的干扰影响以及次用户之间的传输干扰限制，在满足次用户网络正常通信的基础上，计算其对主用户的累积干扰，根据中断概率的约束，从而得到更为合理和精确的干扰保护带的范围。

本发明实施例通过计算更为合理和精确的干扰保护带的范围，能为次级网络增加了空域接入机会，保证了更多次级用户共享主用户网络频谱资源，提高了次级网络频谱资源的利用效率。

下面对本发明实施例进行详细的说明：

如图3所示，

一种认知无线网络中干扰保护带取值的方法，包含以下步骤：

S1、确定主用户发射机的传输距离R₀和次用户的传输范围边界R；并初始化主用户的网络保护带ρ₁和次用户的通信概率P_a；

优选的，步骤S1中初始化的主用户的网络保护带ρ₁＝0，次用户的通信概率P_a＝0。

S2、依据步骤S1中确定的参数，计算保护带值ρ；

根据次级用户的通信概率P_a，计算在主用户网络传输边界R₀上的主用户接收机收到来自次用户的累计(期望)干扰如下：

$E\left[I_0\right]=\underset{R_0+\mathrm{\ρ}}{\overset{R}{\∫}}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\π}}{\∫}}\frac{E\left[\mathrm{\λ}\right]r{P}_c\mathrm{drd\θ}}{{(r^2+R_0^2-2R_{0}r\cos \mathrm{\θ})}^{\mathrm{\α}/2}}=\underset{R_0+\mathrm{\ρ}}{\overset{R}{\∫}}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\π}}{\∫}}\frac{p_a\mathrm{\λr}{P}_c\mathrm{drd\θ}}{{(r^2+R_0^2-2R_{0}r\cos \mathrm{\θ})}^{\mathrm{\α}/2}}---\left(1\right)$

以主用户接收机为圆心，R+R₀为半径，对次用户的通信区域进行扩展，可以得到E[I₀]的上界表达式如下：

$E{\left[I_0\right]}^{\mathrm{UP}}=\frac{2\mathrm{\πP}{p}_a^{\mathrm{UP}}\mathrm{\λ}}{(\mathrm{\β}-2)}[\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}^{\mathrm{\β}-2}}-\frac{1}{{(R+R_0)}^{\mathrm{\β}-2}}]---\left(2\right)$

对于主用户接收机来说，正常传输的条件是其中断概率满足一定限制，如下：

$\mathrm{Pr}(\frac{P_0/R_0^{\mathrm{\α}}}{E{\left[I_0\right]}^{\mathrm{UP}}+{\mathrm{\σ}}^2}\≤{\mathrm{\η}}_p)\≤{\mathrm{\ϵ}}_p---\left(3\right)$

如此，根据马尔可夫不等式，可以得到

$\frac{2\mathrm{\π}{P}_c\mathrm{\λ}{p}_a(\mathrm{\ρ},r_{\min }^{\mathrm{LB}})}{(\mathrm{\β}-2)}[\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}^{\mathrm{\β}-2}}-\frac{1}{{(R+R_0)}^{\mathrm{\β}-2}}]{(\frac{P_0/R_0^{\mathrm{\α}}}{{\mathrm{\η}}_p}-{\mathrm{\σ}}^2)}^{-1}\≤{\mathrm{\ϵ}}_p---\left(4\right)$

进而，上述不等式取等号后，步骤S2中计算保护带值ρ通过下面的表达式进行计算：

$\frac{2\mathrm{\π}{P}_c\mathrm{\λ}{p}_a}{(\mathrm{\β}-2)}[\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}^{\mathrm{\β}-2}}-\frac{1}{{(R+R_0)}^{\mathrm{\β}-2}}]{(\frac{P_0/R_0^{\mathrm{\α}}}{{\mathrm{\η}}_p}-{\mathrm{\σ}}^2)}^{-1}={\mathrm{\ϵ}}_p---\left(5\right)$

其中，P₀和P_c分别是主用户和次用户发射机发射功率，l是次用户均匀分布的密度，a和b是主用户和次用户传输路损因子，e_p是主用户接收机的中断概率限制，h_p是主用户正常传输的信干噪比门限，s²是背景噪声。

S3、判断所述ρ的当前值与所述ρ₁的当前值的绝对值差，若二者差小于预定阈值，则认为ρ值已经得到收敛，记录此时的保护带值ρ；否则，执行步骤S4；

计算|ρ-ρ₁|并判断|ρ-ρ₁|≤δ是否成立，其中d是设定的阈值。如果不等式成立，认为ρ值基本不再变化，以达到收敛，此时的值即为得到的保护带的值。

S4、将ρ的值赋予ρ₁，计算当前次用户的通行概率P_a，并根据所述通信概率P_a重新计算保护带的值ρ，继续执行步骤S3，直到ρ值收敛为止，并记录此时的保护带值ρ。

如果|ρ-ρ₁|≤δ不成立，令ρ₁＝ρ，此时ρ的值还没收敛，需要利用此时的ρ值计算新的P_a，继续迭代得到更准确的ρ。

次用户在满足均匀分布下，次用户在距离圆心a处，并与任意其他次用户相距距离r_min的概率密度函数为：

$p_a(a,r_{\min })=\underset{a}{\overset{R}{\∫}}\underset{r_{\min }}{\overset{2R}{\∫}}f\left(a\right)f\left(r\right)\mathrm{drda}$

$=\frac{1}{4\mathrm{\π}{R}^4}(1-\frac{a^2}{R^2})[{6R}^2{r}_{\min }\sqrt{{4R}^2-r_{\min }}-4\mathrm{\π}{R}^2{r}_{\min }^2---\left(6\right)$

$+{8R}^2{r}_{\min }{\sin }^{-1}\left(\frac{r_{\min }}{2R}\right)-{8R}^4{\sin }^{-1}\left(\frac{r_{\min }}{2R}\right)$

$-r_{\min }{({4R}^2-r_{\min }^2)}^{3/2}+4\mathrm{\π}{R}^4]$

目标次用户接收机收到的干扰来自两方面，一是主用户发射机对次用户的干扰，另一是其他活跃次用户的干扰。主用户发射机带来的干扰为：

E[I₁]＝P₀r_x ^-α                         (7)

其中r_x(R₀+ρ≤r_x＜R)是次用户到中心主用户发射机的距离。其他活跃次用户对目标次用户的干扰表达如下：

$E\left[I_2\right]=\underset{R_0+\mathrm{\ρ}}{\overset{r_x-r_{\min }}{\∫}}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\π}}{\∫}}\frac{\mathrm{\λ}{P}_c\mathrm{rdrd\θ}}{{(r^2+{r_x}^2-{2\mathrm{rr}}_x\cos \mathrm{\θ})}^{\mathrm{\β}/2}}$                     (8)

$+\underset{r_x+r_{\min }}{\overset{R}{\∫}}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\π}}{\∫}}\frac{\mathrm{\λ}{P}_c\mathrm{rdrd\θ}}{{(r^2+{r_x}^2-{2\mathrm{rr}}_x\cos \mathrm{\θ})}^{\mathrm{\β}/2}}$

当b＝2k的时候，可以得到E[I₂]值，但是对于其他b则没有闭式解。考虑最坏情况，所有次用户彼此之间都间距r_min，r_min为保证任意两个次用户能同时正常传输的最小距离间隔，这样目标次用户受到来自其他次用户的干扰最大，次用户分布密度此时为：

${\mathrm{\λ}}_1^{\max }\≈\frac{1}{\mathrm{\π}{(r_{\min }/2)}^2}=\frac{4}{{\mathrm{\πr}}_{\min }^2}---\left(9\right)$

重新定义目标次用户的干扰区域为以自己为圆心，半径为r_min和R+R₀+ρ的圆环区域，可以得到E[I₂]的上界为：

${E\left[I_2\right]}^{\mathrm{UP}}=\underset{r_{\min }}{\overset{R+R_0+\mathrm{\ρ}}{\∫}}2\mathrm{\πr}{\mathrm{\λ}}_1^{\max }{P}_c{r}^{-\mathrm{\β}}\mathrm{dr}$                           (10)

$=\frac{{8P}_c}{r_{\min }^2(\mathrm{\β}-2)}[\frac{1}{r_{\min }^{\mathrm{\β}-2}}-\frac{1}{{(R+R_0+\mathrm{\ρ})}^{\mathrm{\β}-2}}]$

而且，考虑目标次用户距离主用户最近距离为R₀+ρ，其受到主用户发射机的干扰E[I₁]的上界可以容易得到为：

E[I₁]^UP＝P₀(R₀+ρ)^-α                 (11)

如此，目标次用户受到的外界干扰上界可表达为：

E₀[I_c]^UP＝E[I₁]^UP+E[I₂]^UP                (12)

通过马尔可夫不等式，可以得到次用户正常传输的中断概率为：

$\mathrm{Pe}=\mathrm{Pr}[\frac{P_c{\left|h_c\right|}^2}{I_c+{\mathrm{\σ}}^2}\≤{\mathrm{\η}}_c]$

$=\mathrm{Pr}[I_c\≥\frac{P_c{\left|h_c\right|}^2}{{\mathrm{\η}}_c}-{\mathrm{\σ}}^2]---\left(13\right)$

$\≤\frac{E_0\left[I_c\right]}{\frac{P_c{\left|h_c\right|}^2}{{\mathrm{\η}}_c}-{\mathrm{\σ}}^2}\≤\frac{E{\left[I_1\right]}^{\mathrm{UP}}+E{\left[I_2\right]}^{\mathrm{UP}}}{\frac{P_c{\left|h_c\right|}^2}{{\mathrm{\η}}_c}-{\mathrm{\σ}}^2}$

对上述不等式做中断概率约束e_c，带入E[I₁]^UP和E[I₂]^UP，取等号，可以得到r_min的下界满足：

$\frac{{8P}_c}{{\left(r_{\min }^{\mathrm{LB}}\right)}^2(\mathrm{\β}-2)}[\frac{1}{{\left(r_{\min }^{\mathrm{LB}}\right)}^{\mathrm{\β}-2}}-\frac{1}{{(R+R_0+\mathrm{\ρ})}^{\mathrm{\β}-2}}]+P_0{(R_0+\mathrm{\ρ})}^{-\mathrm{\α}}={\mathrm{\ϵ}}_c{\mathrm{\Θ}}_0---\left(14\right)$

其中，e_c是保证次用户正常传输的中断概率限制，|h_c|²是信道衰落，h_c是次用户正常传输的信干噪比门限，s²是背景噪声。

进而，步骤S4中计算次用户的通信概率P_a的表达式为：

$p_a=p_a(R_0+\mathrm{\ρ},r_{\min }^{\mathrm{LB}})---\left(15\right)$

得到P_a的值后，带入计算ρ的公式中重新计算新的保护带值ρ，并重新执行S3步骤，直至满足|ρ-ρ₁|≤δ，ρ收敛为止。

实施例2：

如图4所示，本发明实施例还提供了一种认知无线网络中干扰保护带取值的装置，包含以下模块：

确定参数模块，确定主用户发射机的传输距离R₀和次用户的传输范围边界R；并初始化主用户的网络保护带ρ₁和次用户的通信概率P_a；

计算保护带值模块，依据步骤确定参数模块中确定的参数，计算保护带值ρ；

绝对值差判断模块，判断所述ρ的当前值与所述ρ₁的当前值的绝对值差，若二者差小于或等于预定阈值，则认为ρ值已经得到收敛，记录此时的保护带值ρ；否则，执行重新计算保护带的值模块；

重新计算保护带值模块，将ρ的值赋予ρ₁，计算当前次用户的通行概率P_a，并根据所述通信概率P_a重新计算保护带的值ρ，继续执行步骤S3，直到ρ值收敛为止，并记录此时的保护带值ρ。

优选的，所述确定参数模块中初始化的主用户的网络保护带ρ₁=0，次用户的通信概率P_a=0。

优选的，计算保护带值模块中计算保护带值ρ的表达式为：

$\frac{2\mathrm{\π}{P}_c\mathrm{\λ}{p}_a}{(\mathrm{\β}-2)}[\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}^{\mathrm{\β}-2}}-\frac{1}{{(R+R_0)}^{\mathrm{\β}-2}}]{(\frac{P_0/R_0^{\mathrm{\α}}}{{\mathrm{\η}}_p}-{\mathrm{\σ}}^2)}^{-1}={\mathrm{\ϵ}}_p$

其中，P₀和P_c分别是主用户和次用户发射机发射功率，l是次用户均匀分布的密度，a和b是主用户和次用户传输路损因子，e_p是主用户接收机的中断概率限制，h_p是主用户正常传输的信干噪比门限，s²是背景噪声。

优选的，重新计算保护带的值模块中计算次用户的通信概率P_a的表达式为：

$p_a=p_a(R_0+\mathrm{\ρ},r_{\min }^{\mathrm{LB}})$

其中，P_a函数的表达式如下：

$p_a(a,r_{\min })=\underset{a}{\overset{R}{\∫}}\underset{r_{\min }}{\overset{2R}{\∫}}f\left(a\right)f\left(r\right)\mathrm{drda}$

$=\frac{1}{4\mathrm{\π}{R}^4}(1-\frac{a^2}{R^2})[{6R}^2{r}_{\min }\sqrt{{4R}^2-r_{\min }}-4\mathrm{\π}{R}^2{r}_{\min }^2$

$+{8R}^2{r}_{\min }{\sin }^{-1}\left(\frac{r_{\min }}{2R}\right)-{8R}^4{\sin }^{-1}\left(\frac{r_{\min }}{2R}\right)$

$-r_{\min }{({4R}^2-r_{\min }^2)}^{3/2}+4\mathrm{\π}{R}^4]$

其中，为保证任意两个次用户能同时正常传输的最小距离间隔，并满足：

$\frac{{8P}_c}{{\left(r_{\min }^{\mathrm{LB}}\right)}^2(\mathrm{\β}-2)}[\frac{1}{{\left(r_{\min }^{\mathrm{LB}}\right)}^{\mathrm{\β}-2}}-\frac{1}{{(R+R_0+\mathrm{\ρ})}^{\mathrm{\β}-2}}]+P_0{(R_0+\mathrm{\ρ})}^{-\mathrm{\α}}={\mathrm{\ϵ}}_c{\mathrm{\Θ}}_0$

其中，e_c是保证次用户正常传输的中断概率限制，是信道衰落，h_c是次用户正常传输的信干噪比门限，s²是背景噪声。

综上，本发明实施例通过分析计算主次网络共存下的相互干扰，并考虑次用户网络本身的传输限制，对次用户的传输范围进行了更为实际合理的界定，在保证主用户正常通信的同时，相较于一般只考虑主用户干扰限制的方法，本方法增大了次用户对频谱的空域上的接入机会，保证了更多次级用户共享主用户网络频谱资源，提高了次级网络频谱资源的利用效率。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种认知无线网络中干扰保护带取值的方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1、确定主用户发射机的传输距离R₀和次用户的传输范围边界R；并初始化主用户的网络保护带ρ₁和次用户的通信概率P_a；

S2、依据步骤S1中确定的参数，计算保护带值ρ；

S3、判断所述ρ的当前值与所述ρ₁的当前值的绝对值差，若二者差值小于或等于预定阈值，则认为ρ值已经得到收敛，记录此时的保护带值ρ；否则，执行步骤S4；

S4、将ρ值赋予ρ₁，计算当前次用户的通行概率P_a，并根据所述通信概率P_a重新计算保护带值ρ，继续执行步骤S3，直到ρ值收敛为止，并记录此时的保护带值ρ。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中初始化的主用户的网络保护带ρ₁=0，次用户的通信概率P_a=0。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中计算保护带值ρ的表达式为：

$\frac{2\mathrm{\π}{P}_c\mathrm{\λ}{p}_a}{(\mathrm{\β}-2)}[\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}^{\mathrm{\β}-2}}-\frac{1}{{(R+R_0)}^{\mathrm{\β}-2}}]{(\frac{P_0/R_0^{\mathrm{\α}}}{{\mathrm{\η}}_p}-{\mathrm{\σ}}^2)}^{-1}={\mathrm{\ϵ}}_p$

其中，P₀和P_c分别是主用户和次用户发射机发射功率，λ是次用户均匀分布的密度，a和b是主用户和次用户传输路损因子，e_p是主用户接收机的中断概率限制，h_p是主用户正常传输的信干噪比门限，s²是背景噪声。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中计算次用户的通信概率P_a的表达式为：

$p_a=p_a(R_0+\mathrm{\ρ},r_{\min }^{\mathrm{LB}})$

其中，P_a函数的表达式如下：

$p_a(a,r_{\min })=\underset{a}{\overset{R}{\∫}}\underset{r_{\min }}{\overset{2R}{\∫}}f\left(a\right)f\left(r\right)\mathrm{drda}$

$=\frac{1}{4\mathrm{\π}{R}^4}(1-\frac{a^2}{R^2})[6R^2{r}_{\min }\sqrt{4R^2-r_{\min }}-4\mathrm{\π}{R}^2{r}_{\min }^2$

$+8R^2{r}_{\min }{\sin }^{-1}\left(\frac{r_{\min }}{2R}\right)-8R^4{\sin }^{-1}\left(\frac{r_{\min }}{2R}\right)$

$-r_{\min }{(4R^2-r_{\min }^2)}^{3/2}+4\mathrm{\π}{R}^4$

其中，为保证任意两个次用户能同时正常传输的最小距离间隔，并满足：

$\frac{8P_c}{{\left(r_{\min }^{\mathrm{LB}}\right)}^2(\mathrm{\β}-2)}[\frac{1}{{\left(r_{\min }^{\mathrm{LB}}\right)}^{\mathrm{\β}-2}}-\frac{1}{{(R+R_0+\mathrm{\ρ})}^{\mathrm{\β}-2}}]+P_0{(R_0+\mathrm{\ρ})}^{-\mathrm{\α}}={\mathrm{\ϵ}}_c{\mathrm{\Θ}}_0$

其中，e_c是保证次用户正常传输的中断概率限制，是信道衰落，h_c是次用户正常传输的信干噪比门限，s²是背景噪声。

5.一种认知无线网络中干扰保护带取值的装置，其特征在于，包含以下模块：

确定参数模块，确定主用户发射机的传输距离R₀和次用户的传输范围边界R；并初始化主用户的网络保护带ρ₁和次用户的通信概率P_a；

计算保护带值模块，依据步骤确定参数模块中确定的参数，计算保护带值ρ；

绝对值差判断模块，判断所述ρ的当前值与所述ρ₁的当前值的绝对值差，若二者差小于或等于预定阈值，则认为ρ值已经得到收敛，记录此时的保护带值ρ；否则，执行重新计算保护带的值模块；

重新计算保护带值模块，将ρ的值赋予ρ₁，计算当前次用户的通行概率P_a，并根据所述通信概率P_a重新计算保护带的值ρ，继续执行步骤S3，直到ρ值收敛为止，并记录此时的保护带值ρ。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述确定参数模块中初始化的主用户的网络保护带ρ₁=0，次用户的通信概率P_a=0。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，计算保护带值模块中计算保护带值ρ的表达式为：

$\frac{2\mathrm{\π}{P}_c\mathrm{\λ}{p}_a}{(\mathrm{\β}-2)}\[\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}^{\mathrm{\β}-2}}-\frac{1}{{(R+R_0)}^{\mathrm{\β}-2}}\]{(\frac{P_0/R_0^{\mathrm{\α}}}{{\mathrm{\η}}_P}-{\mathrm{\σ}}^2)}^{-1}={\mathrm{\ϵ}}_p$

其中，P₀和P_c分别是主用户和次用户发射机发射功率，l是次用户均匀分布的密度，a和b是主用户和次用户传输路损因子，e_p是主用户接收机的中断概率限制，h_p是主用户正常传输的信干噪比门限，s²是背景噪声。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，重新计算保护带的值模块中计算次用户的通信概率P_a的表达式为：

$p_a=p_a(R_0+\mathrm{\ρ},r_{\min }^{\mathrm{LB}})$

其中，P_a函数的表达式如下:

$\begin{array}{c}{p}_a(a,r_{\min })=\underset{a}{\overset{R}{\∫}}\underset{r_{\min }}{\overset{2R}{\∫}}f\left(a\right)f\left(r\right)\mathrm{drda}\\ =\frac{1}{4\mathrm{\π}{R}^4}(1-\frac{a^2}{R^2})\[6R^2{r}_{\min }\sqrt{4R^2-r_{\min }}-4\mathrm{\π}{R}^2{r}_{\min }^2\\ +8R^2{r}_{\min }{\sin }^{-1}\left(\frac{r_{\min }}{2R}\right)-8R^4{\sin }^{-1}\left(\frac{r_{\min }}{2R}\right)\\ -r_{\min }{(4R^2-r_{\min }^2)}^{3/2}+4\mathrm{\π}{R}^4\]\end{array}$

其中，为保证任意两个次用户能同时正常传输的最小距离间隔，并满足：

$\frac{{8P}_c}{{\left(r_{\min }^{\mathrm{LB}}\right)}^2(\mathrm{\β}-2)}\[\frac{1}{{\left(r_{\min }^{\mathrm{LB}}\right)}^{\mathrm{\β}-2}}-\frac{1}{{(R+R_0+\mathrm{\σ})}^{\mathrm{\β}-2}}\]+P_0{(R_0+\mathrm{\ρ})}^{-\mathrm{\α}}={\mathrm{\ϵ}}_c{\mathrm{\Θ}}_0$

其中，e_c是保证次用户正常传输的中断概率限制， 是信道衰落，h_c是次用户正常传输的信干噪比门限，s²是背景噪声。