用于调度认知无线电系统中频谱感测的系统和方法

摘要

本发明公开一种用于调度认知无线电系统中的频谱感测的系统和方法。该方法包括：感测频谱带的可用性；基于所述频谱带的所述可用性而计算互感时间块的持续时间；以及使用所述互感时间块的所述持续时间来调度所述频谱感测操作的发生。基于所述频谱带的所述可用性而计算所述互感时间块的所述持续时间允许对所述认知无线电系统的通信进行优化，借此增加频谱效率并减少对被许可通信的干扰。

说明书

本发明要求2008年10月24日申请的发明名称为“用于认知无线电系统中频谱感测的调度的系统和方法(System and Method for Scheduling of Spectrum Sensing in Cognitive Radio Systems)”的第12/258,266号美国专利申请案的优先权，以及2008年7月1日申请的发明名称为“用于认知无线电频谱感测的调度(Scheduling of Spectrum Sensing for Cognitive Radio)”的第61/077,409号美国临时专利申请的优先权，其内容全文以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及一种用于无线通信的系统和方法，且更明确地说，涉及一种用于调度认知无线电系统中的频谱感测的系统和方法。

背景技术

通过使用动态和机会频谱接入，认知无线电(CR)实现高频谱效率。术语认知无线电首次提出于20世纪90年代末(参见J.Mitola和G.Q.Maquire，“认知无线电：使软件无线电更个人化(Cognitive radio：making software radios more personal)”，IEEE个人通信，1999年8月)，且已在S.Haykin“认知无线电：大脑授权的无线通信(Cognitive radio：Brain-empowered wireless communications)”中提供综合概述，IEEE通信选题期刊，第23卷，第2期，第201-220页，2005年2月。

CR的基本概念是允许未被许可CR用户(也称为次要用户)使用被许可频谱带(也称为被许可频带)，只要其不引起对经许可用户(也称为主要用户)的干扰即可。因此，CR用户必须能够识别和使用不在由主要用户使用的频谱带。已介绍例如匹配的滤波器检测、能量检测、特征检测、基于小波的检测和基于协方差的检测等若干频谱感测技术以允许CR识别频谱带内的被许可信号(参见，D.Cabric、S.M.Mishra和R.W.Brodersen，“用于认知无线电的频谱感测中的实施问题(Implementation issues in spectrum sensing for cognitive radios)”，IEEE Asilomar 信号、系统和计算会议记录，加利福尼亚州帕西菲克·格罗夫市，2004年11月，第772-776页；H.Tang，“宽带认知无线电系统的一些物理层问题(Some physical layer issues of wide-band cognitive radio systems)”，IEEE动态频谱接入网络前沿技术国际研讨会记录，马里兰州巴尔的摩市，2005年11月，第151-159页；Z.Tian和G.B.Giannakis，“用于认知无线电的宽带频谱感测的小波方法(A wavelet approach to wideband spectrum sensing for cognitive radios)”，面向认知无线电的无线网络和通信国际会议记录，希腊米可挪斯岛，2006年6月，第1-5页；Y.Zeng和Y.C.Liang，“用于认知无线电的最大-最小本征值检测(Maximum-minimum eigenvalue detection for cognitive radio)”，IEEE个人室内与移动无线电通信国际研讨会记录，希腊雅典，2007年9月，第1-5页)。此外，还已提出协作频谱感测方案以改进衰退和遮蔽环境下的频谱检测性能。

然而，CR系统的机会性频谱共享的效率不仅依赖于频谱感测技术的性能，而且依赖于频谱感测活动的调度(参见，A.T.Hoang和Y.-C.Liang，“认知无线电网络中的频谱感测周期的自适应调度(Adaptive scheduling of spectrum sensing periods in cognitive radio networks)”，IEEE全球电信会议记录，华盛顿特区，2007年11月，第3128-3132页)。如果频谱感测活动调度得太频繁，那么CR用户可能花费过多时间在频谱感测上，这既非能量有效也非带宽有效。如果频谱感测活动很少调度，那么被许可用户进行的传输可能不被快速发现，这对被许可通信可能有害，因为CR用户可能认为可自由传输且引起对被许可用户进行的传输的干扰。

在周期性频谱感测框架中(其中帧由频谱感测块和互感块组成)，频谱感测块长度与互感块长度的比率表示频谱感测活动被调度的频繁程度，且确定CR系统的频谱效率，以及被许可系统的干扰持续时间。因此，所述比率是频谱感测调度的关键参数。最近，已使用被许可频谱带占用率的统计资料来研究频谱感测块长度和互感块长度两者的优化，且已调查频谱感测块长度优化以改进单一和多个被许可频谱带上的CR系统的带宽效率。然而，尚未考虑被许可用户的再现(即，频谱感测活动之后的传输)和可能的检测错误。

发明内容

用于调度认知无线电系统中的频谱感测的系统和方法的实施例可以解决或避免上述和其它问题并实现其技术优点。

本发明一实施例提供一种调度频谱感测操作的方法。所述方法包含：感测频谱带的可用性；基于所述频谱带的可用性而计算互感时间块的持续时间；以及使用互感时间块的持续时间来调度频谱感测操作的发生。

本发明另一实施例提供一种用于操作电子装置的方法。所述方法包含：在第一感测时间块期间感测频谱带的状态；基于频谱带的状态而计算互感时间块的持续时间；使用互感时间块的经计算的持续时间来调度第二感测时间块的发生；以及在互感时间块的所述经计算的持续时间内操作所述电子装置。所述方法还包含：响应于确定当前时间约等于第二感测时间块的发生的经调度时间而在第二感测时间块内重复所述感测、所述计算、所述调度和所述操作。互感时间块在第一感测时间块之后。

本发明另一实施例提供一种电子装置。所述电子装置包含：耦合到天线的接收器、耦合到天线的发射器，以及耦合到接收器并耦合到发射器的处理器。接收器接收天线所检测的信号，发射器使用天线传输信号，且处理器感测在上面传输和接收信号的频谱带的状态，并计算互感块的持续时间，所述互感块的所述持续时间将允许电子装置参与与另一电子装置的通信或基于频谱带的状态而保持闲置。

本发明一实施例的优点是，可基于先前频谱感测块的结果而计算互感块的持续时间。这可允许依据频谱带的状态进行互感块持续时间的个别优化。

本发明一实施例的另一优点是，在计算互感块的持续时间时考虑被许可频谱带使用的统计信息。这可导致CR系统的较好性能，同时减少对被许可系统的影响。此外，统计信息可容易获得且易于处理。

上文已相当广泛地概述本发明的特征和技术优点以便可更好地理解下文的对实施例的详细描述。下文将描述实施例的额外特征和优点，其形成本发明的权利要求书的主题。所属领域的技术人员应了解，所揭示的概念和特定实施例可容易地用作修改或设计用于实行本发明的相同目的的其它结构或过程的基础。所属领域的技术人员还应认识到，此类等效构造不脱离如所附权利要求书中陈述的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更完整地理解实施例及其优点，现参考结合附图进行的以下描述，附图中：

图1是说明被许可系统和CR系统在紧密接近状态中操作以共享频谱带的图；

图2是说明周期性频谱感测的图；

图3a是说明被许可系统和CR系统在紧密接近状态中操作的图；

图3b是说明CR用户的图；

图3c是说明处理器和存储器的详细视图的图；

图4是说明在调度感测块的过程中的事件序列的流程图；

图5是说明CR系统的CR用户的操作过程中的事件序列的流程图；

图6是说明相对于静默块的长度L的平均频谱机会损失的理论值和近似值的数据曲线图；

图7是比较在不同的状态转变速率下在T_λ＝100的情况下使用理论值和近似值的穷举搜索实现的静默块的最佳长度的数据曲线图；

图8是说明相对于数据块的长度L的归一化平均传输速率η/R和平均干扰功率ε/SG′的理论值和近似值两者的数据曲线图；以及

图9是比较在不同的状态转变速率下给定Γ＝0.08SG′的情况下经由理论值和近似值的穷举搜索实现的数据块的最佳长度的数据曲线图。

具体实施方式

下文详细论述实施例的制作和使用。然而，应了解，本发明提供可在广泛多种特定情境中体现的许多适用的发明性概念。所论述的特定实施例仅说明制作和使用本发明的特定方式，且不限制本发明的范围。

本发明实施例将在特定情境中，即在CR系统紧密接近被许可系统而操作的情境中描述，其中CR系统以互感周期所分离的频谱感测周期以交替方式操作。另外，本发明可应用于使用具有波束成形的定向天线和/或天线阵列的CR系统。

图1所示为被许可系统和CR系统共享频谱带在紧密接近状态中操作的示意图。被许可系统包含被许可用户105 107，且CR系统包含CR用户110 114。被许可用户之间的信号传输以实线表示，CR用户之间的信号传输以虚线表示。一对CR用户(例如，CR用户110和CR用户114)机会性地在指派到被许可系统的频谱带上操作。CR用户使用频谱感测来确定频谱带内的被许可活动的存在与否，且如果不存在被许可活动，那么CR用户可在所述频谱带中进行信号传输。

为了有效地使用频谱带，CR用户周期性地执行频谱感测活动，且接着基于频谱感测活动的结果，CR用户可传输(如果频谱带闲置)或保持静默(如果频谱带正忙)。此类型的操作可称为周期性频谱感测。

图2是说明周期性频谱感测的图。周期性频谱感测包括由互感时间块(例如，互感块210和212)间隔的频谱感测的多个时间块(周期)，例如感测块205和207。如果CR用户感测到频谱带在感测块(例如，感测块205)期间闲置，那么CR用户可在随后的互感块(例如，互感块210)期间传输。然而，如果CR用户感测到频谱带在感测块205期间被占用，那么CR用户必须在互感块210期间保持闲置。

一般来说，感测块和互感块的持续时间可为固定的，其中感测块的持续时间为M个样本周期长，且互感块的持续时间为L个样本周期长。然而，互感块的持续时间可对被许可系统和CR系统两者的性能具有影响。如果频谱带经检测为在感测块期间被占用，那么随后互感块的持续时间可影响CR系统能够进行传输之前所需要的时间。如果互感块过长，那么CR系统可在所检测的被许可活动完成之后在频谱带闲置时无需等待传输的机会。而如果互感块过短，那么CR系统将浪费过多时间和功率执行频谱感测。

如果频谱带经检测为在感测块期间是闲置的，那么随后的互感块的持续时间可影响被许可系统完成无干扰传输的能力。如果互感块过长，那么被许可系统可试图在CR系统正传输时传输，从而产生对被许可系统的干扰。而如果互感块过短，那么CR系统将浪费时间和功率执行频谱感测直到其可以传输前。

由于频谱感测一般需要指定量的时间完成，所以感测块应为固定的持续时间。然而，互感块可具有变化的持续时间以有助于优化被许可系统和CR系统两者的性能。举例来说，互感块210可具有等于L1个样本的持续时间，且互感块212可具有等于L2个样本的持续时间，其中L1和L2潜在地相等，但不必如此。

图3a是说明被许可系统和CR系统在紧密接近状态中操作的图。被许可系统包含第一主要用户305和第二主要用户306，而CR系统包含多个CR用户，例如CR用户310-317。每一CR用户可依据频谱带可用性向其它CR用户传输。

图3b是说明CR用户(例如，CR用户310)的图。CR用户310包含用于接收信号和传输信号的接收器315和发射器317。依据配置，传输/接收(TX/RX)开关319可允许接收器315和发射器317共享天线。或者，接收器315和发射器317可具有专用的接收和传输天线。

CR用户310还包含接收器处理硬件321，其可用于处理所接收的信号，包含滤波、解码、错误检测和校正、放大、数字化、混频等等。CR用户310还包含发射器处理硬件323，其可用于处理待传输的信号，包含滤波、编码、混频、放大等等。可将接收器处理硬件321的输出(例如，数据)提供到处理器325。处理器325可用于使用接收器处理硬件321的输出执行计算。存储器327可用于存储数据、应用、程序、配置信息等等。

图3c是说明处理器325和存储器327的详细视图的图。处理器325包含频谱感测单元340。频谱感测单元340可用于感测指定频谱带内的所接收能量。于是，可从所接收能量确定是否正进行传输。频谱感测单元340可通过对所接收信号滤波以帮助消除或减少指定频谱带外部的信号而感测所接收能量，测量指定频谱带内的所接收能量，在指定时间量内累计所接收能量，且接着基于所累计的所接收能量确定是否在指定频谱带中正进行传输。

处理器325还包含静默块计算器单元342。如果在紧接的前一感测块期间曾确定频谱带正忙，那么静默块计算器单元342可用于计算互感块的持续时间。静默块计算器单元342可使用存储在存储器327中的多种信息和数据，包含统计资料数据库346和检测错误概率存储库348的内容，所述统计资料数据库346可用于维持与频谱带的被许可使用相关的历史信息，且所述检测错误概率存储库348可用于维持例如所计算的检测错误概率、错误的检测概率等所计算的信息。

处理器325还包含数据块计算器单元344。如果在紧接的前一感测块期间曾确定频谱带闲置，那么数据块计算器单元344可用于计算互感块的持续时间。数据块计算器单元342可使用存储在存储器327中的多种信息和数据，例如统计资料数据库346和检测错误概率存储库348的内容。

图4是说明感测块的调度过程中的事件序列400的流程图。事件序列400可描述在CR系统的CR用户中的感测块的调度过程中发生的事件。感测块的调度可在CR用户正处于准许频谱感测和传输的操作模式(例如正常传输模式、低功率模式等等)中时发生，且可继续下去，直到操作模式停止或CR用户切断、复位等为止。

感测块的调度可以CR用户获取系统统计资料开始(框405)。CR用户可获取与被许可用户在被许可系统中对频谱带的使用、CR用户在CR系统中对频谱带的使用等相关的统计资料。CR用户可通过监视一定时期内的频谱带而获取统计资料。CR用户可通过进入获取模式(当其起初开启时)而获取统计资料。CR用户可通过周期性地进入获取模式以帮助确保系统统计资料保持准确而进一步获取统计资料。或者，CR用户可存取先前曾收集和存储的所存储的系统统计资料。所存储的系统统计资料可存储在CR用户中，处于可由CR用户在CR系统中存取的居中位置(数据库)中。此外，CR用户可使用所存储的系统统计资料和所监视的统计资料两者的组合。

在CR用户已获取系统统计资料之后，CR用户可感测频谱带的可用性(框410)。CR用户可利用频谱感测单元(例如，频谱感测单元340)来感测频谱可用性。如果频谱带正忙(不可供CR用户使用)，那么CR用户可计算将不用于CR用户进行的传输的互感块(即，静默块)的持续时间(框420)。

为了计算静默块的持续时间，需要频谱带的模型。将频谱带建模为在忙与闲置状态之间交替的交替可再生源。忙与闲置状态分别表示频谱带被被许可用户占用和未被其占用。忙与闲置状态具有有限持续时间(忙周期和闲置周期)，其假定呈指数规律分布。忙与闲置周期具有概率密度函数，其可表达为：

f_B(t)＝αe^-αt                                           (1)

以及

f_I(t)＝βe^-βt，                                         (2)

其中分别地，α是从忙状态到闲置状态的转变速率，且β是从闲置状态到忙状态的转变速率。α和β两者均可使用统计方法来估计。在以下的论述中，假定忙与闲置周期的概率密度函数是CR用户已知的(例如，其在框405中获取)。

因此，平均忙与闲置周期为1/α和1/β，且频谱带将为忙和闲置的平稳概率可分别表达为：

${\bar{P}}_B=\frac{\beta }{\alpha +\beta }---\left(3\right)$

以及

${\bar{P}}_I=\frac{\alpha }{\alpha +\beta },---\left(4\right)$

由于指数分布的无记忆特性，所以频谱带保持处于当前忙和闲置状态中的剩余时间的概率密度函数可表达为：

f_BR(t)＝αe^-αt                                          (5)

以及

f_IR(t)＝βe^-βt，                                        (6)

其与等式(1)和(2)相同。

常规上，帧结构是固定的，即互感块长度L以及M为固定的。然而，依据不同的感测决策和所得CR活动，L不应始终为相同的。此外，在变化的被许可活动和检测错误的情况下，L应相应地改变。为了CR用户的利益且为了保护被许可通信，在M个样本的当前感测块之后，CR用户需要确定适当的互感块长度L以便调度下一感测块的开始。存在如下文描述的用于调度的两种不同情况。

如果频谱带在感测块结束时正忙，那么频谱带在紧接的随后互感块的第1样本处仍然忙的条件概率可表达为：

$P_{B_l|B}=\mathrm{Pb}\{t>\mathrm{l\tau }|B\}={\int }_{\mathrm{l\tau }}^{\infty }{f}_{\mathrm{BR}}\left(t\right)\mathrm{dt}=e^{-\mathrm{\alpha l\tau }},---\left(7\right)$

其中t是当前状态中距感测块的最后样本的剩余时间，且τ是取样间隔。频谱带在紧接的随后互感块的第1样本处为闲置的条件概率可表达为：

$P_{I_l|B}=1-P_{B_l|B}=1-e^{-\mathrm{\alpha l\tau }}.---\left(8\right)$

类似地，如果频谱带在感测块结束时闲置，那么紧接的随后互感块的第1样本处的条件闲置和忙概率可分别表达为：

$P_{I_l|I}=\mathrm{Pb}\{t>\mathrm{l\tau }|I\}={\int }_{\mathrm{l\tau }}^{\infty }{f}_{\mathrm{IR}}\left(t\right)\mathrm{dt}=e^{-\mathrm{\beta l\tau }}---\left(9\right)$

以及

$P_{B_l|I}=1-P_{I_l|I}=1-e^{-\mathrm{\beta l\tau }},---\left(10\right)$

为了计算静默块的持续时间，将平均频谱机会损失定义为紧接在其中频谱带被检测为正忙的感测块之后的互感块内的预期数目的闲置样本。平均频谱机会损失可表达为：

$T_{I_L|\hat{B}}=\underset{l=1}{\overset{L}{\Sigma }}{P}_{I_l|\hat{B}},---\left(11\right)$

其中是在频谱带在感测块中被检测为正忙的情况下在紧接的随后互感块的第1样本处的条件概率。平均频谱机会损失表征CR用户的未被认可的传输机会。

可存在其中CR用户可在互感块中保持静默的两种不同情形。i)当频谱带在感测块结束时确实忙时，感测块中的感测操作的结果为忙(正确检测)；以及ii)当频谱带在感测块结束时其实闲置时，感测块中的感测操作的结果为忙(错误警报)。由于紧接在其中频谱带检测为正忙的感测块之后的互感块的第1样本处的条件闲置概率可表达为：

$P_{I_l|\hat{B}}=P_{I_l|B}{P}_{B|\hat{B}}+P_{I_l|I}{P}_{I|\hat{B}},---\left(12\right)$

其中分别地，和是具有如先前介绍的完美频谱带感测的条件闲置概率，和是在频谱带在感测块中被检测为正忙的情况下在感测块结束时的条件忙和闲置概率。接着，应用贝叶斯定理：

$P_{B|\hat{B}}=\frac{P_{\hat{B}|B}{P}_B}{P_{\hat{B}|B}{P}_B+P_{\hat{B}|I}{P}_I}---\left(13\right)$

以及

$P_{I|\hat{B}}=\frac{P_{\hat{B}|I}{P}_I}{P_{\hat{B}|B}{P}_B+P_{\hat{B}|I}{P}_I},---\left(14\right)$

其中分别地，或是在频谱带在感测块结束时是忙或闲置的情况下频谱带被检测为正忙的条件概率，其可设定为等于平均检测概率P_D或错误警报概率P_F；P_B或P_I是感测块结束时的忙或闲置概率，其可用等式(3)中的平稳概率或等式(4)中的代替。这导致：

$P_{B|\hat{B}}=\frac{P_D{\bar{P}}_B}{P_D{\bar{P}}_B+P_F{\bar{P}}_I}---\left(15\right)$

以及

$P_{I|\hat{B}}=\frac{P_F{\bar{P}}_I}{P_D{\bar{P}}_B+P_F{\bar{P}}_I}.---\left(16\right)$

将等式(8)、(9)和(12)代入到等式(11)中，则静默块的长度L与平均频谱机会损失之间的关系可表达为：

$T_{I_L|\hat{B}}=(L-\frac{1-e^{-\mathrm{\alpha \tau L}}}{1-e^{-\mathrm{\alpha \tau }}}{e}^{-\mathrm{\alpha \tau }})P_{B|\hat{B}}+\frac{1-e^{-\mathrm{\beta \tau L}}}{1-e^{-\mathrm{\beta \tau }}}{e}^{-\mathrm{\beta \tau }}{P}_{I|\hat{B}}.---\left(17\right)$

一般来说，为了快速识别频谱机会，通常需要L较小，使得ατL和βτL接近零(0)。因此，可有可能以部分泰勒多项式近似频谱机会损失。这可表达为：

$T_{I_L|\hat{B}}=\frac{\mathrm{\alpha \tau }{L}^2}{2}{P}_{B|\hat{B}}+(L-\frac{\mathrm{\beta \tau }{L}^2}{2})P_{I|\hat{B}}.---\left(18\right)$

等式(18)是静默块长度L的递增函数。因此，如果需要频谱机会损失不大于预定义的值T_λ(其表示识别速度要求)，那么静默块的最佳长度(其也导致最少能量消耗)可表达为：

如果频谱带闲置(可供CR用户使用)，那么CR用户可计算将用于CR用户进行的传输的互感块(即，数据块)的持续时间(框425)。

为了计算数据块的持续时间，引入两个量度。平均传输速率和平均干扰功率。可将平均传输速率η定义为整个帧内的CR通信的预期速率，且可表达为：

$\eta =\frac{\underset{l=1}{\overset{L}{\Sigma }}{P}_{I_l|\hat{I}}{R}_l}{M+L},---\left(20\right)$

其中是在频谱带被检测为闲置的情况下紧接在所述感测块之后的互感块的第1样本处的条件闲置概率，且R_l是紧接在所述感测块之后的互感块的第1样本处的CR用户的传输速率。可通过以下表达式展示R_l与第1样本处的传输功率S_l有关：

$R_l={\log }_2(1+\frac{S_{l}G}{N_o}),---\left(21\right)$

其中G是从CR发射器到CR接收器的功率增益，且N_o是CR接收器处的噪声方差。G和N_o两者均假定为在每一数据块期间恒定。较大平均传输速率指示较高的带宽效率。

类似地，可将平均干扰功率ε定义为来自整个帧内的CR通信的被许可接收器处的预期干扰功率，且可表达为：

$ϵ=\frac{\underset{l=1}{\overset{L}{\Sigma }}{P}_{B_l|\hat{I}}{S}_l{G}^{\prime }}{M+L},---\left(22\right)$

其中是在频谱带被检测为闲置的情况下紧接在所述感测块之后的互感块的第1样本处的条件忙概率(其等于)，且G’是从CR发射器到被许可接收器的功率增益。G’也假定为在每一数据块期间恒定。为了提供对被许可通信的足够保护，可需要平均干扰功率限于可接受电平。

如果感测块的长度是预定的以便实现某一检测性能，那么可将数据块长度优化制定为选择数据块的长度以使得1)平均干扰功率(等式(22))不大于预定义阈值，且2)平均传输速率(等式(20))最大化。

为了计算平均传输速率和平均干扰功率，在频谱带被检测为闲置的情况下紧接在所述感测块之后的互感块的第1样本处的条件闲置或忙概率，或可存在CR用户可在互感块中启始数据传输的两种情况。i)当频谱带在感测块结束时实际上正忙时感测决策为闲置(失误检测)，以及ii)当频谱带在感测块结束时确实闲置时感测决策为闲置(无错误警报)。可展示

$P_{I_l|\hat{I}}=P_{I_l|B}{P}_{B|\hat{I}}+P_{I_l|I}{P}_{I|\hat{I}},---\left(23\right)$

其中和是在频谱带在感测块中被检测为闲置的情况下在感测块结束时的条件忙与闲置概率，其可分别表示为：

$P_{B|\hat{I}}=\frac{(1-P_D){\bar{P}}_B}{(1-P_D){\bar{P}}_B+(1-P_F){\bar{P}}_I}---\left(24\right)$

以及

$P_{I|\hat{I}}=\frac{(1-P_F){\bar{P}}_I}{(1-P_D){\bar{P}}_B+(1-P_F){\bar{P}}_I},---\left(25\right)$

如果CR用户在数据块的每一样本处的传输功率等于S，那么CR用户在每一样本处的速率将等于R＝log₂(1+SG/N₀)。将等式(8)、(9)和(23)代入到等式(20)中，数据块的长度与平均传输速率之间的关系可表达为：

$\eta =R\frac{(L-\frac{1-e^{-\mathrm{\alpha \tau L}}}{1-e^{-\mathrm{\alpha \tau }}}{e}^{-\mathrm{\alpha \tau }})P_{B|\hat{I}}+\frac{1-e^{-\mathrm{\beta \tau L}}}{1-e^{-\mathrm{\beta \tau }}}{e}^{-\mathrm{\beta \tau }}{P}_{I|\hat{I}}}{M+L}.---\left(26\right)$

由于所以数据块的长度与平均干扰功率之间的关系可表达为：

$ϵ={\mathrm{SG}}^{\prime }\frac{\frac{1-e^{-\mathrm{\alpha \tau L}}}{1-e^{-\mathrm{\alpha \tau }}}{e}^{-\mathrm{\alpha \tau }}{P}_{B|\hat{I}}+(L-\frac{1-e^{-\mathrm{\beta \tau L}}}{1-e^{-\mathrm{\beta \tau }}}{e}^{-\mathrm{\beta \tau }})P_{I|\hat{I}}}{M+L}.---\left(27\right)$

为了避免对被许可用户的无法忍受的干扰，可需要L较小，使得ατL和βτL接近零(0)。因此，可有可能使用部分泰勒多项式来近似。所述近似可表达为：

$\eta =R\frac{\frac{\mathrm{\alpha \tau }{L}^2}{2}{P}_{B|\hat{I}}+(L-\frac{\mathrm{\beta \tau }{L}^2}{2})P_{I|\hat{I}}}{M+L}---\left(28\right)$

以及

$ϵ={\mathrm{SG}}^{\prime }\frac{(L-\frac{\mathrm{\alpha \tau }{L}^2}{2})P_{B|\hat{I}}+\frac{\mathrm{\beta \tau }{L}^2}{2}{P}_{I|\hat{I}}}{M+L}.---\left(29\right)$

等式(28)随着数据块的长度增加而起初递增且随后递减，且等式(29)是数据块长度的递增函数。等式(28)的最大值可在以下条件下实现：

为了确保ε≤SG′Γ，需要满足下式：

其中Γ是用于保护被许可用户的干扰阈值。因此，数据块的最佳长度可表达为：

$L_{\mathrm{opt}}^{\prime }=\min (L_{\mathrm{opt}}^{\left(1\right)},L_{\mathrm{opt}}^{\left(2\right)}).---\left(32\right)$

在CR用户依据频谱带的可用性(框410)计算静默块(框420)或数据块(框425)的持续时间之后，CR用户可调度后续感测块(框430)。后续感测块可经调度以在大体上等于互感块的开始时间加上静默块或数据块的所计算的持续时间的时间发生。在调度后续感测块(框430)之后，CR用户可通信(如果互感块为数据块)或不通信(如果互感块为静默块)，直到到了CR用户再次确定频谱带的可用性(框435)的时间为止。

图5是说明CR系统的CR用户的操作过程中的事件序列500的流程图。事件序列500可描述在CR系统的CR用户的操作过程中(例如在CR用户正在准许频谱感测和传输的操作模式(例如正常传输模式、低功率模式等等)中操作时)发生的事件，且可继续下去，直到操作模式停止或CR用户切断、复位等为止。

CR用户的操作可以CR用户获取系统统计资料开始(框505)。CR用户可获取与被许可用户在被许可系统中对频谱带的使用、CR用户在CR系统中对频谱带的使用等相关的统计资料。CR用户可通过监视一定时期内的频谱带而获取统计资料。CR用户可通过进入获取模式(当其起初开启时)而获取统计资料。CR用户可通过周期性地进入获取模式以帮助确保系统统计资料一直保持准确而进一步获取统计资料。或者，CR用户可存取先前曾收集和存储的所存储的系统统计资料。所存储的系统统计资料可存储在CR用户中，处于可由CR用户在CR系统存取的居中位置(数据库)中。此外，CR用户可使用所存储的系统统计资料和所监视的统计资料两者的组合。

在CR用户已获取系统统计资料之后，CR用户可感测频谱带的可用性(框510)。CR用户可利用频谱感测单元(例如，频谱感测单元340)来感测频谱可用性。如果频谱带正忙(不可供CR用户使用)，那么CR用户可计算将不用于CR用户进行的传输的互感块(即，静默块)的持续时间(框520)。对静默块的持续时间的计算可利用如先前论述的等式。

然而，如果频谱带闲置(可供CR用户使用)，那么CR用户可计算将用于CR用户进行的传输的互感块(即，数据块)的持续时间(框525)。对数据块的持续时间的计算可利用如先前论述的等式。CR用户即使在其不具有待传输的任何信息的情况下也可计算数据块的持续时间。

在计算了静默块的持续时间或数据块的持续时间的情况下，CR用户还可调度后续感测块(框535)。后续感测块可大约在等于感测块结束的时间加上静默块或数据块的持续时间的和的时间发生。或者，后续感测块可大约在等于感测块开始的时间加上感测块的持续时间和静默块或数据块的持续时间的和的时间发生。

在调度后续感测块之后，CR用户可确定其是否将能够执行互感块中的任何通信。如果互感块不是静默块(框540)，那么CR用户可能够在数据块的持续时间内执行通信(框545)。在数据块期间，CR用户可将信息传输到其它CR用户和/或从其它CR用户接收信息。然而，如果互感块为静默块(框540)，那么CR用户可能不能执行任何通信，且将保持闲置(至少通信方面)直到静默块结束为止(框550)。

在静默块(框550)或数据块(框555)结束时，CR用户可检查以确定是否将重复对频谱带的可用性的感测(框560)。如果将重复，那么CR用户可通过返回到框510而开始进行频谱带可用性的另一确定。CR用户可通过将对频谱带的可用性的感测的所调度时间(即，感测块的所调度时间)与当前时间进行比较而检查是否将重复对频谱带的可用性的感测。如果两个时间大约相等，那么将重复对频谱带的可用性的感测。如果两个时间不相等，那么CR用户可能需要等待。

图6是说明相对于静默块的长度L的平均频谱机会损失的理论值和近似值的数据曲线图。理论值(使用等式(17)计算)显示为实线，且近似值(使用等式(18)计算)显示为一系列圆。如图6所示，平均频谱机会损失展示为L的递增函数。此外，近似值展示为对理论值的良好近似。图6中还展示，在值T_λ＝100的情况下，静默块的对应最佳长度为约800个样本。

图7是比较在不同的状态转变速率下在T_λ＝100的情况下使用理论值和近似值的穷举搜索实现的静默块的最佳长度的数据曲线图。曲线705显示β＝0.1秒^-1下的理论(线)和近似(脉冲)值，曲线710显示β＝0.4秒^-1下的理论(虚线)和近似值(圆)，且曲线715显示β＝0.7秒^-1下的理论(点线)和近似值(星形)。图7展示近似值再次与理论值紧密匹配。如图7所示，随着从忙到闲置状态或从闲置到忙状态的转变速率增加，静默块的最佳长度分别变小或变大。

图8是说明相对于数据块的长度L的归一化平均传输速率η/R和平均干扰功率ε/SG′的理论值和近似值两者的数据曲线图。归一化平均传输速率展示为曲线805，且曲线810显示平均干扰功率。清楚地看到归一化平均传输速率的初始递增且随后递减性质以及平均干扰功率的递增性质。并且，对于给定Γ＝0.08SG′，找到数据块的对应的最佳长度。首先，找到最大归一化平均传输速率和对应的数据块长度接着找到干扰功率约束和对应的数据块长度接着选择两个值中的较小者

图9是比较在不同的状态转变速率下给定Γ＝0.08SG′的情况下经由理论值和近似值的穷举搜索实现的数据块的最佳长度的数据曲线图。曲线905显示β＝0.1sec^-1下的理论(线)和近似(脉冲)值，曲线910显示β＝0.4sec^-1下的理论(虚线)和近似值(圆)，且曲线915显示β＝0.7sec^-1下的理论(点线)和近似值(星形)。在β＝0.4秒^-1的情况下，曲线910包含具有到由等式(31)确定的拐点的左侧的点和到由等式(30)确定的拐点的右侧的点的拐点，在β＝0.1秒^-1的情况下，曲线905由等式(30)确定，且在β＝0.7秒^-1的情况下，曲线915由等式(31)确定。如图9所示，随着从忙到闲置状态或从闲置到忙状态的转变速率增加，数据块的最佳长度变大或变小。这与闲置块的最佳长度的结果(图7)相反。

尽管已详细描述实施例及其优点，但应了解，可在本文中作出各种改变、替代和更改而不脱离如所附权利要求书界定的本发明的精神和范围。此外，本申请案的范围不希望限于本说明书中所描述的过程、机器、制造、物质组成、构件、方法和步骤的特定实施例。如所属领域的一般技术人员从本发明的揭示内容将容易了解，当前存在或以后待开发的大体上执行与本文描述的对应实施例相同的功能或实现与其大体上相同效果的过程、机器、制造、物质组成、构件、方法或步骤可根据本发明而加以利用。因此，所附权利要求书希望将此类过程、机器、制造、物质组成、构件、方法或步骤包含在其范围内。