ABSTRACT
CONTENTS 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.2 System Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4.3 Temporal Spectrum Opportunity In Gray Region . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.3.1 Precise Result . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.3.2 Result with CLT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.3.3 Impact of Noise Uncertainty on Rc2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.4 Spatial Spectrum Opportunity In White Region . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 4.4.1 Accurate method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 4.4.2 Supplement Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 4.4.3 Radius of White Region . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 4.4.4 Impact of Noise Uncertainty on R3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.5 Bounds of Three Regions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 4.5.1 Radii of Three Regions for Single Primary Network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 4.5.2 Radii of Three Regions for Multiple Primary Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 4.5.3 Optimal Radius of Black Region . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 4.5.4 Existence Condition of Transition Zone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.6 Numerical Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 4.6.1 Performance of Three Regions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 4.6.2 Radius of Gray Region . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.6.3 The radius of white region . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.6.4 Transition Zone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 4.6.5 Optimal Radius of Black Region . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 4.6.6 Typical Application Scenario of IEEE 802.22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.1 Introduction Cognitive radio (CR) [1] is one of the most promising technologies for efficient spectrum utilization. It enables flexible and comprehensive usage of available spectrum [2], and allows the optimization of radio resource utilization by exploiting spectrum holes, which are the available spectrum bands for secondary users (SUs). Notice that spectrum holes exist in space-time dimensions and SUs at different locations or time may experience different spectrum occupancies. For example, SUs that are far away from primary users (PUs) can transmit simultaneously with PUs, i.e., these SUs have spatial spectrum opportunities. However, SUs that are close to PUs can only utilize the spectrum not currently being used by PUs, namely, these SUs have temporal spectrum opportunities.
