阮麗華，李　勇，程　偉

（西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院，陜西　西安 710072）

一種空時(shí)二維聯(lián)合頻譜感知區(qū)域劃分方案

阮麗華，李勇，程偉

（西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院，陜西西安 710072）

認(rèn)知無線電空時(shí)二維聯(lián)合頻譜感知技術(shù)可以有效利用認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的二維頻譜資源，該文提出一種空時(shí)異構(gòu)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分方案的設(shè)計(jì)方法。新的設(shè)計(jì)方法依據(jù)IEEE 802.22標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用需求，建立了一種魯棒性空時(shí)二維感知模型，并明確定義了認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的主用戶分布邊界、保護(hù)邊界和感知邊界；基于認(rèn)知用戶對主用戶通信中斷概率的條件約束，嚴(yán)格推導(dǎo)出了3種邊界條件的數(shù)學(xué)閉式解。采用新的設(shè)計(jì)方案，在保證主用戶通信功率和認(rèn)知用戶最大允許通信功率的條件下，能夠靈活確定主用戶分區(qū)和認(rèn)知用戶的Overlay及Underlay接入模式。理論分析和仿真結(jié)果表明，新的區(qū)域劃分方案在保證主用戶良好通信質(zhì)量的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)認(rèn)知用戶在空間維度更有效的分配和接入可用頻譜資源。

認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)；頻譜感知；空時(shí)二維聯(lián)合感知；區(qū)域劃分

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0　引　言

隨著無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)有的頻譜資源已無法滿足日益增長的業(yè)務(wù)需求，文獻(xiàn)［1］于1999年提出了認(rèn)知無線電（cognitive radio，CR）的概念［1］。CR可以較好解決目前靜態(tài)頻譜分配策略與頻譜需求之間的矛盾。近年來，認(rèn)知無線電多維頻譜感知技術(shù)越來越受到重視［2 3］，其中，空時(shí)二維聯(lián)合的頻譜感知是當(dāng)前研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)有的研究主要圍繞認(rèn)知用戶感知機(jī)制和門限算法等方面進(jìn)行，對于實(shí)際場景感知網(wǎng)絡(luò)模型的研究還很有限。

經(jīng)典的頻譜感知關(guān)注時(shí)間上的頻譜機(jī)會，即在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)，主用戶空閑，認(rèn)知用戶可以利用授權(quán)的頻段進(jìn)行通信。然而，空時(shí)二維的頻譜感知認(rèn)為認(rèn)知用戶不僅擁有時(shí)間上的頻譜機(jī)會，還可以根據(jù)其地理位置進(jìn)行更加靈活的頻譜接入。文獻(xiàn)［4-5］提出了一種帶有禁聲區(qū)（no-talk region，NR）的異構(gòu)感知策略。文獻(xiàn)［6］提出了認(rèn)知用戶采用功率控制技術(shù)利用空間位置進(jìn)行Underlay模式下的通信。文獻(xiàn)［7-8］研究了空時(shí)感知模型下的檢測及虛警準(zhǔn)則，提出了在NR區(qū)域內(nèi)利用認(rèn)知用戶接收機(jī)協(xié)作感知的策略，并給出了奈曼皮爾遜準(zhǔn)則下的門限公式?？諘r(shí)二維感知的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架在文獻(xiàn)［9］中進(jìn)行了初步研究。文獻(xiàn)［10-13］對空時(shí)二維感知模型中認(rèn)知用戶感知時(shí)間結(jié)構(gòu)及吞吐量關(guān)系進(jìn)行研究。本文認(rèn)為感知模型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劃分是空時(shí)二維聯(lián)合頻譜感知的關(guān)鍵問題之一，而現(xiàn)有研究中對于模型邊界的定義較為模糊。

文獻(xiàn)［9］提出了一種基于認(rèn)知用戶對區(qū)域邊界主用戶干擾約束的空時(shí)感知區(qū)域的劃分策略，給出了區(qū)域劃分的閉式表達(dá)式。然而，這種劃分方式僅從數(shù)學(xué)推導(dǎo)的角度出發(fā)，缺乏對實(shí)際應(yīng)用場景的考慮，并且邊界確定方法缺乏靈活性。根據(jù)IEEE 802.22標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的魯棒性感知要求，本文提出了一種新的空時(shí)異構(gòu)區(qū)域劃分策略，嚴(yán)格推導(dǎo)了空時(shí)二維認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域定義和數(shù)學(xué)表示。所提出的策略在保證主用戶通信質(zhì)量的前提下，可以靈活分配認(rèn)知用戶的空間頻譜資源，提高頻譜利用效率。

1　空時(shí)二維聯(lián)合頻譜感知基本模型

在空時(shí)二維聯(lián)合頻譜感知中具有異構(gòu)頻譜機(jī)會的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示［9］。

圖1　空時(shí)二維聯(lián)合感知網(wǎng)絡(luò)模型

圖1中以DU為半徑的內(nèi)部圓稱為主用戶分布區(qū)域，是主用戶發(fā)射機(jī)有效覆蓋范圍的圓形近似，主用戶接收機(jī)在該區(qū)域內(nèi)均勻分布。感知區(qū)域半徑為DS，認(rèn)知用戶在在該區(qū)域內(nèi)進(jìn)行感知和通信。DU之外還有如圖1所示的深色環(huán)形區(qū)域，以半徑DP稱為為主用戶保護(hù)區(qū)域，保護(hù)主用戶的通信質(zhì)量。

在空時(shí)二維頻譜感知中，認(rèn)知用戶具有Overlay和Underlay兩種通信模式［10］。當(dāng)認(rèn)知用戶位于保護(hù)區(qū)域之內(nèi)時(shí)，采用Overlay模式進(jìn)行通信，對授權(quán)信號存在與否進(jìn)行檢測，若授權(quán)信道空閑，則認(rèn)知用戶可以利用該頻段通信。而當(dāng)認(rèn)知用戶位于保護(hù)區(qū)域外時(shí)，認(rèn)知用戶進(jìn)行Underlay模式通信，認(rèn)為認(rèn)知用戶與主用戶接收機(jī)距離遠(yuǎn)，干擾足夠小，無論主用戶是否工作，認(rèn)知用戶都可以接入授權(quán)頻段進(jìn)行通信。

對于時(shí)間維度頻譜機(jī)會，假設(shè)主用戶通信有ON和OFF兩種狀態(tài)，分別H1和H0表示，H1概率為p，則認(rèn)知用戶感知信號可以用二元假設(shè)模型表示：

式中，P（r，ξ）代表了距離主用戶發(fā)射機(jī)為r的認(rèn)知用戶所接收到的信號功率，是距離r和原信號發(fā)射功率ξ的函數(shù)；x（n）表示接收到的歸一化認(rèn)知用戶信號的采樣；w（n）是噪聲采樣點(diǎn)，通常假定其服從0均值，方差為σ2n的高斯分布；y（n）是認(rèn)知用戶對接收信號的采樣。

傳統(tǒng)的能量檢測的檢測統(tǒng)計(jì)量為信號N點(diǎn)采樣能量的累加和Y，根據(jù)中心極限定理，Y在H1和H0假設(shè)下分別近似服從于兩種正太分布，對于設(shè)定的判決門限λ，認(rèn)知用戶正確檢測到主用戶信號的概率，即檢測概率為

主用戶空閑，而認(rèn)知用戶判決其存在，即虛警概率為

對于空間上的頻譜機(jī)會，用S1表示認(rèn)知用戶位于保護(hù)區(qū)域之內(nèi)，S0表示認(rèn)知用戶位于保護(hù)區(qū)域之外。則空間頻譜機(jī)會模型可以表示為

則在空時(shí)二維聯(lián)合感知中，假設(shè)O1表示異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的認(rèn)知用戶無可利用的頻譜機(jī)會，O0表示當(dāng)前認(rèn)知用戶可以通信，空時(shí)聯(lián)合的頻譜機(jī)會模型為

模型可以由時(shí)間機(jī)會和空間機(jī)會構(gòu)成的直角坐標(biāo)系表明，如圖2所示。空時(shí)聯(lián)合頻譜機(jī)會的檢測實(shí)質(zhì)上是建立在傳統(tǒng)檢測基礎(chǔ)上的事件域的判斷。

圖2　空間和時(shí)間頻譜機(jī)會坐標(biāo)模型

空時(shí)二維聯(lián)合感知下的虛警概率Pf和檢測概率Pd分別為P｛O1|O0｝和P｛O1|O1｝，根據(jù)模型定義進(jìn)一步推導(dǎo)可以得到

假設(shè)信號衰落模型為自由空間路徑損耗，認(rèn)知用戶采用能量檢測進(jìn)行感知，圖3是空時(shí)二維聯(lián)合感知的檢測性能曲線。由于引入了空間上的虛警概率，在保護(hù)邊界處虛警概概率出現(xiàn)了較大的跳變。

圖3　空時(shí)聯(lián)合感知虛警概率與檢測概率性能曲線

由模型定義及圖3分析可以看出，空時(shí)檢測模型存在以下兩個(gè)問題：①由于信道衰落的影響，任意對保護(hù)區(qū)域半徑假定的模型在實(shí)際應(yīng)用中不能對實(shí)現(xiàn)主用戶通信的保護(hù)；②基本模型中的保護(hù)邊邊界以及可能存在的禁聲區(qū)的劃分對認(rèn)知用戶的檢測具有很大影響，按照現(xiàn)有的模型及評價(jià)準(zhǔn)則并未對邊界的選取進(jìn)行考慮。針對以上問題，本文綜合考慮同構(gòu)感知下的檢測性能以及異構(gòu)感知下的空間特性，提出了滿足魯棒性檢測的空時(shí)感知邊界劃分策略。

2　基于魯棒性感知的區(qū)域劃分策略

本文認(rèn)為在空時(shí)二維感知中，感知的目的不僅限于保證同構(gòu)環(huán)境中認(rèn)知用戶對主用的檢測性能，還關(guān)注在保證主用戶通信質(zhì)量的前提下，認(rèn)知用戶對空間資源的有效利用。因此，本文對模型及邊界的確定進(jìn)行重新定義和求解。

2.1新的區(qū)域定義

（1）主用戶分布區(qū)域（DU）

IEEE 802.22標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定檢測器的感知性能應(yīng)滿足能夠?qū)崿F(xiàn)的目標(biāo)虛警概率和檢測概率分別為P，對于虛警概率和檢測概率滿足的感知稱為魯棒性感知［14］。因此，給出主用戶分布所在圓形半徑DU的定義。

定義1當(dāng)主用戶發(fā)射機(jī)發(fā)射功率P確定已知時(shí)，主

U用戶分布區(qū)域半徑DU滿足分布在該區(qū)域內(nèi)認(rèn)知用戶可以滿足IEEE 802.22魯棒性檢測標(biāo)準(zhǔn)。在主用戶分布區(qū)域內(nèi)存在的認(rèn)知用戶，只具有同構(gòu)的頻譜資源，工作模式為

本文根據(jù)模型假設(shè)，主用戶發(fā)射功率為PU的信號到達(dá)邊界DU經(jīng)過自由空間傳播損耗，當(dāng)路徑損耗因子為α?xí)r，信號功率和傳輸距離滿足P（DU，PU）=PU/DαU，因此可以得到恒虛警準(zhǔn)則下，DU和主用戶發(fā)射機(jī)發(fā)射功率PU之間的關(guān)系式為Overlay方式。

（2）保護(hù)區(qū)域（DP）

定義2當(dāng)主用戶發(fā)射機(jī)發(fā)射功率PU和認(rèn)知用戶發(fā)射機(jī)允許最大發(fā)射功率PS，max確定已知時(shí)，保護(hù)區(qū)域半徑由工作在保護(hù)區(qū)域邊界位置上的認(rèn)知用戶對主用戶分布區(qū)域邊界位置的主用戶接收機(jī)通信產(chǎn)生的中斷概率不超過β0的條件確定。

這樣的保護(hù)區(qū)域定義保證了距離主用戶接收機(jī)最近位置分布的認(rèn)知用戶群對主用戶區(qū)域邊界上的主用戶接收機(jī)通信產(chǎn)生的干擾足夠小，從而也保證了對整個(gè)主用戶通信區(qū)域可能存在的主用戶接收機(jī)通信的影響小于預(yù)設(shè)限值。

（3）感知區(qū)域（DS）

定義3當(dāng)主用戶發(fā)射機(jī)發(fā)射功率PU和認(rèn)知用戶發(fā)射機(jī)最大允許功率PS，max確定已知時(shí)，感知區(qū)域半徑由可能工作在Underlay模式下的所有認(rèn)知用戶對主用戶分布區(qū)域邊界位置的主用戶接收機(jī)通信產(chǎn)生的中斷概率不超過β1的條件確定。

感知區(qū)域的確定確保了整網(wǎng) Underlay模式工作下的認(rèn)知用戶對位于主用戶區(qū)域邊界上的主用戶接收機(jī)通信質(zhì)量的影響足夠小，是一種極限保護(hù)策略。

本文對模型進(jìn)行了以下參數(shù)設(shè)定及假設(shè)：

（1）主用戶發(fā)射機(jī)發(fā)射功率PU和認(rèn)知用戶發(fā)射機(jī)發(fā)射最大允許功率PS，max確定并已知。均采用全向天線進(jìn)行通信，信號傳輸過程僅考慮長距離的自由空間衰耗，衰落因子為α（α≥2）。

（2）整個(gè)感知區(qū)域DS內(nèi)噪聲為加性高斯白噪聲，均值為0，方差為

（3）主用戶通信方式為廣播通信，主用戶在其區(qū)域均勻分布，單位面積用戶數(shù)為1。

2.2主用戶分布區(qū)域半徑求解

當(dāng)認(rèn)知用戶位于主用戶分布區(qū)域內(nèi)部時(shí)，對預(yù)設(shè)的虛警概率和檢測概率為（Pf，Pd），根據(jù)能量檢測的虛警概率式（2）由恒虛警（constant false alarm rate，CFAR）準(zhǔn)則設(shè)定門限［15］，在DU區(qū)域內(nèi)的檢測門限為

根據(jù)定義1，認(rèn)知用戶滿足魯棒性檢測，將式（8）代入式（2）可以得到

定理1CFAR準(zhǔn)則下，主用戶分布區(qū)域半徑DU是檢測概率Pd的單調(diào)遞減函數(shù)。

證明根據(jù)檢測概率和虛警概率的定義，可以得到在CFAR準(zhǔn)則下設(shè)定門限，認(rèn)知用戶對主用戶通信的檢測概率一定大于預(yù)設(shè)虛警概率P*f。因此，對于任意給定的目標(biāo)檢測概率值Pd∈［P*f1］，令a=Q-1（Pd），由于根號運(yùn)算并不改變函數(shù)的單調(diào)性，對根號下部分進(jìn)行求導(dǎo)運(yùn)算：

DU是關(guān)于a的單調(diào)遞增函數(shù)，又由Q函數(shù)的反函數(shù)為單調(diào)遞減函數(shù)，即a是關(guān)于檢測概率取值的減函數(shù)，因此，DU是關(guān)于目標(biāo)檢測概率Pd的單調(diào)遞減函數(shù)得證。證畢

當(dāng)位于DU處的認(rèn)知用戶實(shí)現(xiàn)魯棒性檢測時(shí)，根據(jù)定理1，主用戶分布區(qū)域內(nèi)的認(rèn)知用戶檢測性能均能滿足所需的魯棒性。

2.3保護(hù)區(qū)域半徑求解

根據(jù)定義2，設(shè)某一認(rèn)知用戶發(fā)射機(jī)距離主用戶發(fā)射機(jī)距離為DX，其與位于邊界上的某主用戶夾角為θ。由于認(rèn)知用戶工作在Underlay模式，認(rèn)知用戶通信對主用戶分布區(qū)域邊界工作的主用戶可能產(chǎn)生干擾，如圖4所示。

圖4　保護(hù)區(qū)域外認(rèn)知用戶對主用戶干擾模型

則該用戶通信對邊界固定主用戶所產(chǎn)生的干擾I（DX，θ）為

設(shè)認(rèn)知用戶在整個(gè)感知區(qū)域內(nèi)均勻分布，令I(lǐng)0表示位于半徑為DX圓周上的所有在工作的認(rèn)知用戶對邊界主用戶接收機(jī)造成的干擾。I0是關(guān)于θ的隨機(jī)變量，θ服從均勻分布。則該圓周上認(rèn)知用戶對主用戶接收機(jī)產(chǎn)生的總干擾的期望為

對于式（13），利用留數(shù)定理可以求解得到其閉式表達(dá)式為

采用主用戶的中斷概率進(jìn)行約束，主用戶的信息速率低于門限信息速率值C0時(shí)，則認(rèn)為認(rèn)知用戶的通信對主用戶的通信造成了中斷。設(shè)保護(hù)區(qū)域邊界上的認(rèn)知用戶通信造成中斷的概率值應(yīng)小于β0，公式表示為

根據(jù)保護(hù)邊界的定義，選取式（17）和式（18）中DX的最小值為保護(hù)區(qū)域半徑DP。

2.4感知區(qū)域半徑求解

根據(jù)定義3，如圖5所示，考慮整個(gè)陰影區(qū)域內(nèi)同時(shí)工作的認(rèn)知用戶對邊界一點(diǎn)主用戶產(chǎn)生的干擾I1，I1為隨機(jī)變量。認(rèn)知用戶與主用戶的夾角θ為隨機(jī)變量，服從均勻分布，概率密度函數(shù)為fθ（θ）；并且認(rèn)知用戶出現(xiàn)的位置DX也為一隨機(jī)變量，設(shè)其概率密度函數(shù)為fDX（DX），則fθ（θ）和fDX（DX）分別為

圖5　Underlay模式下所有認(rèn)知用戶對主用戶最大干擾模型

利用留數(shù)定理，路徑損耗因子α=2和α=4的干擾期望值分別為式（22）和式（23）。

利用中斷概率約束，設(shè)主用戶正常工作信息速率應(yīng)不低于C1，感知區(qū)域內(nèi)認(rèn)知用戶平均總干擾對主用戶產(chǎn)生的中斷概率不超過β1，求解PU/［DαU（2C1-1）］-σ2n≤β1/ E［I1］，可以得到感知邊界應(yīng)滿足的條件，當(dāng)α=2時(shí)

當(dāng)α=4時(shí)，解得

3　數(shù)值分析與仿真

分析和仿真的設(shè)定條件為：保護(hù)半徑求解時(shí)取C0為0.1倍的僅有主用戶通信時(shí)主用戶接收機(jī)信息量；感知半徑求解時(shí)取C0為0.09倍的僅有主用戶通信時(shí)主用戶接收機(jī)信息量；中斷概率均設(shè)為0.1；路徑損耗因子取α為2，噪聲功率=1。

3.1邊界求解及對比分析

主用戶分布區(qū)域邊界劃分如圖6所示，按照本文提出的方案所獲得的可用主用戶分布半徑大于文獻(xiàn)［9］中的區(qū)分方案，并且隨著主用戶發(fā)射機(jī)發(fā)射功率增大，采用本文方案進(jìn)行DU限定的優(yōu)勢也越明顯。

圖6　主用戶分布區(qū)域半徑

設(shè)置約束條件β0=0.1，可以得到不同認(rèn)知用戶信號功率及主用信號功率條件下過渡區(qū)域?qū)挾鹊淖兓闆r，如圖7所示。可以看出，按照本文提出的魯棒性感知模型保護(hù)區(qū)域半徑進(jìn)行求解，所得到的過渡帶寬度隨著認(rèn)知用戶信號發(fā)射功率變化，主用戶發(fā)射功率確定時(shí)，若認(rèn)知用戶在授權(quán)頻段采用較大功率工作，則需要遠(yuǎn)離主用戶的距離也相應(yīng)增加；認(rèn)知用戶功率確定時(shí)，主用戶發(fā)射信號功率越大，對主用戶接收機(jī)的保護(hù)區(qū)域?qū)挾仍叫?，也?yàn)證了所提出的模型更加符合實(shí)際情況。

圖7　主用戶及認(rèn)知用戶功率與過渡區(qū)域?qū)挾汝P(guān)系

圖8是不同主用戶及認(rèn)知用戶信號發(fā)射功率下可以供認(rèn)知用戶進(jìn)行Underlay模式下通信的區(qū)域?qū)挾?，?dāng)認(rèn)知用戶發(fā)射信號最大允許功率增大時(shí)，感知邊界DS減小，可以用戶進(jìn)行Underlay模式通信的感知區(qū)域縮小，當(dāng)認(rèn)知用戶信號功率減小到一定程度，其對主用戶信號累積干擾也很小，從而可以進(jìn)行利用的感知區(qū)域面積迅速增加；而當(dāng)主用戶發(fā)射信號功率增大時(shí)，可以利用的感知區(qū)域也相應(yīng)地?cái)U(kuò)大。

圖8　主用戶及認(rèn)知用戶功率與過渡區(qū)域DS-DP關(guān)系

3.2仿真與分析

設(shè)定主用戶信號功率為1 500 mW，信號傳播過程中經(jīng)歷路徑損耗因子為2的自由空間路徑損耗。對位于主用戶分布區(qū)域內(nèi)不同位置的認(rèn)知用戶檢測概率和虛警概率值仿真循環(huán)次數(shù)為5 000次，仿真結(jié)果如圖9所示。從圖9可以看出，按照本文提出的劃分方法，認(rèn)知用戶表現(xiàn)出良好的感知性能，確保了Overlay工作模式下認(rèn)知用戶對主用戶工作情況的檢測。

圖9　主用戶分布區(qū)域內(nèi)認(rèn)知用戶感知性能

對處于保護(hù)邊界上的認(rèn)知用戶通信對主用戶造成中斷的概率進(jìn)行仿真。主用戶發(fā)射信號功率為1 500 mW，仿真重復(fù)次數(shù)為5 000次，每次循環(huán)設(shè)定隨見數(shù)量和隨機(jī)角度分布的認(rèn)知用戶對主用戶進(jìn)行感知，時(shí)間維度感知采取500觀測點(diǎn)數(shù)的能量檢測。仿真結(jié)果如圖10所示，從仿真結(jié)果可以看出，按照本文所提出的保護(hù)半徑劃分方法，可以保證位于保護(hù)邊界上的多個(gè)認(rèn)知用戶同時(shí)通信時(shí)，對主用戶通信產(chǎn)生的中斷滿足所要求的中斷概率條件，并且在相同約束條件下，新模型下主用戶通信的中斷概率小于文獻(xiàn)［9］中的中斷概率。

圖10　位于保護(hù)邊界的認(rèn)知用戶對主用戶造成的中斷概率

4　結(jié)　論

圍繞空時(shí)二維頻譜感知技術(shù)研究，本文提出了一種基于魯棒性檢測的空時(shí)二維感知模型，依據(jù)時(shí)間維度頻譜感知認(rèn)知用戶檢測性能的要求，給出了主用戶分布區(qū)域半徑的定義；按照最近半徑認(rèn)知用戶通信和感知區(qū)域認(rèn)知用戶通信對邊界主用戶干擾的中斷概率約束，分別定義保護(hù)區(qū)域半徑和感知區(qū)域半徑，并詳細(xì)推導(dǎo)了3種邊界的閉式表達(dá)式。較之已有的區(qū)域劃分方案，本文提出的劃分策略具有更好的有效性、靈活性和可靠性，并為實(shí)際中用戶分布及工作模式的確定提供了依據(jù)。

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Novel region division approach for joint space-time spectrum 2-dimensions sensing in cognitive radio

RUAN Li-hua，LI Yong，CHENGWei
（School of Electronics and Information，Northwestern Polytechnical Uniυersity，Xi'an 710072，China）

Joint space-time sensing can effectively explore spectrum resources from 2-dimensions in cognitive radio networks.A novel region division approach is proposed to clarify the structure of the heterogeneous cognitive radio network.According to the application requirements of the IEEE 802.22 standard，the new approach establishes a space-time robust sensing model.Primary user（PU）distribution region，protection region and secondary user（SU）sensing region are clearly defined.By restricting the outage probability of the primary user，closed-form bounds of three regions are obtained.Based on the transmission power of the PU and the maximum transmission power of the SU，the proposed approach can flexibly determine user distribution regions and the Overlay and Underlay access modes of the SU.Numerical and simulation results verify that the proposed approach can guarantee the communication quality of the PU，and exhibit more flexibility and efficiency in spatial spectrum resources allocation and access.

cognitive radio networks；spectrum sensing；joint space-time 2-dimensions sensing；region division

TN 915.01

A

10.3969/j.issn.1001-506X.2016.05.27

1001-506X（2016）05-1146-07

2015-09-10；

2015-10-22；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版日期：2015-11-23。

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20151123.1324.008.html

國家自然科學(xué)基金（61401360）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（3102014JCQ01055）；陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（2014JQ2-6033）資助課題

阮麗華（1991-），女，博士研究生，主要研究方向?yàn)檎J(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)。

E-mail：378777855@qq.com

李勇（1962-），男，教授，博士研究生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)檎J(rèn)知無線電、軟件無線電。

E-mail：ruikel@nwpu.edu.cn

程偉（1980-），男，講師，博士，主要研究方向?yàn)闊o線通信、自組織網(wǎng)絡(luò)。

E-mail：pupil_119@nwpu.edu.cn