專利名稱：認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及認(rèn)知無(wú)線電(Cognitive Radio)中的頻譜分配方法，更具體地說(shuō)，涉及一種既競(jìng)爭(zhēng)又合作的認(rèn)知無(wú)線電次要用戶頻譜分配方法。
背景技術(shù)：
認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)是一種新興的無(wú)線通信技術(shù)，其發(fā)展的目的是為了更加有效地利用稀缺的無(wú)線電頻譜資源，其在軟件無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)之上，引入了“智能”。在認(rèn)知無(wú)線電中，認(rèn)知無(wú)線電用戶，又稱次要用戶(kcondary User，簡(jiǎn)稱SU)，在非認(rèn)知無(wú)線電用戶，又稱主要用戶(Primary User，簡(jiǎn)稱PU)，不使用無(wú)線電頻段時(shí)，暫時(shí)借用主要用戶的無(wú)線電頻段進(jìn)行通信。一般地，在認(rèn)知無(wú)線電中，次要用戶不擁有專屬的無(wú)線電頻段資源。認(rèn)知無(wú)線電次要用戶的存在，會(huì)提高無(wú)線電頻譜的總體利用率。在當(dāng)前的認(rèn)知無(wú)線電研究領(lǐng)域，許多研究者認(rèn)為次要用戶之間的關(guān)系是相互爭(zhēng)奪空閑頻段，先占者先用，甚至提出次要用戶使用某些策略，比如博弈論方法，與其他次要用戶爭(zhēng)奪空閑頻段。然而，基于無(wú)規(guī)劃的、自私的、不合作的競(jìng)爭(zhēng)在眾多次要用戶的情況下會(huì)降低無(wú)線電頻譜的總的使用效率。如果有一種既競(jìng)爭(zhēng)又合作的次要用戶無(wú)線電頻譜分配方式，提高無(wú)線電頻譜的總體使用效率，這將是一種優(yōu)勢(shì)。一些研究者提出使用頻譜拍賣(mài)(Spectrum Auction)的方式讓所有參與的次要用戶為某一可用頻段投標(biāo)，根據(jù)競(jìng)標(biāo)結(jié)果，分配某一次要用戶使用這個(gè)頻段。評(píng)標(biāo)的方法有取最高投標(biāo)、取次高投標(biāo)、等等。這是一個(gè)既合作又競(jìng)爭(zhēng)的次要用戶頻譜分配方式，有利于提高無(wú)線電頻譜的總體使用效率。還有的研究者提出次要用戶在投標(biāo)時(shí)，可以投多個(gè)標(biāo) (Multi-Bid)。根據(jù)陳喆(Zhe Chen)的研究結(jié)果，在有多個(gè)可用頻段時(shí)，允許次要用戶投多個(gè)標(biāo)，有助于提高頻譜利用效率。但是，如果多個(gè)次要用戶投標(biāo)參與頻譜拍賣(mài)，具體如何操作？次要用戶參與競(jìng)標(biāo)的信用點(diǎn)數(shù)(即“本金”)從何而來(lái)？每個(gè)次要用戶應(yīng)得多少投標(biāo)信用點(diǎn)數(shù)？目前在認(rèn)知無(wú)線電研究領(lǐng)域，尚無(wú)一個(gè)明確具體的解決方案。如果有一種既可行、有效，又便于實(shí)現(xiàn)的認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配方法，這將是一種優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，認(rèn)知無(wú)線電次要用戶頻譜分配方法，其中涉及至少一個(gè)次要用戶(SU)和一個(gè)邏輯上的超級(jí)節(jié)點(diǎn)(Super Node，簡(jiǎn)稱SN)，其步驟包括1.至少一個(gè)次要用戶對(duì)至少一個(gè)頻段分別進(jìn)行頻譜檢測(cè)(Spectrum SensinghS 后把頻譜檢測(cè)的結(jié)果發(fā)送給超級(jí)節(jié)點(diǎn)；2.超級(jí)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的頻譜檢測(cè)結(jié)果，給發(fā)送來(lái)頻譜檢測(cè)結(jié)果的次要用戶增加投標(biāo)信用點(diǎn)數(shù)，增加的投標(biāo)信用點(diǎn)數(shù)正比于該次要用戶對(duì)上述至少一個(gè)頻段的頻譜檢測(cè)結(jié)果的正確檢測(cè)結(jié)果的數(shù)目；
3.超級(jí)節(jié)點(diǎn)把投標(biāo)信用點(diǎn)數(shù)信息發(fā)送給次要用戶；4.次要用戶決定是否參與投標(biāo)，如果參與，則至少投出一個(gè)標(biāo)，投標(biāo)總額不超過(guò)該次要用戶擁有的投標(biāo)信用點(diǎn)數(shù)；5.次要用戶把投標(biāo)信息發(fā)送給超級(jí)節(jié)點(diǎn)；6.超級(jí)節(jié)點(diǎn)收集次要用戶發(fā)送的投標(biāo)信息，按照投標(biāo)的標(biāo)值的大小，從中選出一定數(shù)目的標(biāo)值最大的投標(biāo)作為選中的標(biāo)，這個(gè)數(shù)目不超過(guò)上述頻譜檢測(cè)過(guò)程檢測(cè)出的可用的頻段的數(shù)目；7.超級(jí)節(jié)點(diǎn)把中標(biāo)結(jié)果和可用頻段分配信息發(fā)送給次要用戶，中標(biāo)的次要用戶開(kāi)始使用上述頻譜檢測(cè)過(guò)程檢測(cè)到的可用的頻段。本發(fā)明的頻譜分配方法，可用于既競(jìng)爭(zhēng)又合作的認(rèn)知無(wú)線電次要用戶頻譜資源分配，有利于提高無(wú)線電頻譜的總體使用效率。另一方面，本發(fā)明方法，行之有效，便于實(shí)現(xiàn)。


通過(guò)參考附圖，可以更全面地理解本發(fā)明，其中附圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配方法的一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景的圖示；附圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配方法的步驟的圖示；附圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配方法的性能評(píng)估結(jié)果的圖示。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖1，其中示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配方法的一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景的圖示100。其中，超級(jí)節(jié)點(diǎn)SN(102)是一個(gè)邏輯上的設(shè)備，用于協(xié)調(diào)次要用戶使用空白頻譜通信。注意到在實(shí)際中，超級(jí)節(jié)點(diǎn)既可以是一個(gè)單獨(dú)的物理設(shè)備，又可以依托某個(gè)次要用戶設(shè)備實(shí)現(xiàn)。附圖1中示出了 N個(gè)次要用戶，分別是JUjKMhSUjlOe)、……、 SUN(108)，其中N是自然數(shù)，1。N個(gè)次要用戶可使用某些已經(jīng)建立的信道，例如公共控制信道，與超級(jí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行雙向通信。附圖1所示的次要用戶和超級(jí)節(jié)點(diǎn)的物理實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)和構(gòu)建完全在本技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)?，F(xiàn)在參照附圖2，其中示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配方法的步驟的圖示200。圖中左側(cè)豎線202代表超級(jí)節(jié)點(diǎn)，右側(cè)豎線204代表次要用戶。首先，N(N彡1) 個(gè)次要用戶對(duì)M個(gè)頻段分別進(jìn)行頻譜檢測(cè)，其中M是自然數(shù)，1。頻譜檢測(cè)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)在本技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)。其次，次要用戶把頻譜檢測(cè)的結(jié)果發(fā)送給超級(jí)節(jié)點(diǎn)(步驟206)。然后，超級(jí)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的頻譜檢測(cè)結(jié)果，給發(fā)送來(lái)頻譜檢測(cè)結(jié)果的次要用戶增加投標(biāo)信用點(diǎn)數(shù)，并通知次要用戶(步驟208)，其中增加的投標(biāo)信用點(diǎn)數(shù)正比于該次要用戶對(duì)至上述M個(gè)頻段的頻譜檢測(cè)結(jié)果的正確檢測(cè)結(jié)果的個(gè)數(shù)。接著，N個(gè)次要用戶分別決定是否參與投標(biāo)，如果參與，則至少投出一個(gè)標(biāo)，投標(biāo)總額不超過(guò)該次要用戶擁有的投標(biāo)信用點(diǎn)數(shù)，并把投標(biāo)信息發(fā)送給超級(jí)節(jié)點(diǎn)(步驟210)。而后，超級(jí)節(jié)點(diǎn)收集N個(gè)次要用戶發(fā)送的投標(biāo)信息，并按照投標(biāo)的標(biāo)值的大小，從中選出不超過(guò)K個(gè)標(biāo)值最大的投標(biāo)作為選中的標(biāo)，其中K等于上述頻譜檢測(cè)過(guò)程檢測(cè)出的可用的頻段的個(gè)數(shù)；最后，超級(jí)節(jié)點(diǎn)把中標(biāo)結(jié)果和頻段分配情況發(fā)送給次要用戶(步驟212)，中標(biāo)的次要用戶開(kāi)始使用上述頻譜檢測(cè)過(guò)程檢測(cè)到的可用的頻段。
通過(guò)上述實(shí)施例(結(jié)合附圖1、附圖2所說(shuō)明的)，給出本發(fā)明中的認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配方法的性能評(píng)估結(jié)果。在性能評(píng)估中，5個(gè)認(rèn)知無(wú)線電次要用戶與主要用戶共享10 個(gè)IMHz帶寬的頻段。次要用戶每隔0.5秒進(jìn)行一次頻譜檢測(cè)及頻譜分配過(guò)程。每個(gè)次要用戶所需發(fā)送的數(shù)據(jù)的速率各不相同，每次投標(biāo)允許最多投2個(gè)標(biāo)。在性能評(píng)估中，上述 IOMHz帶寬內(nèi)存在3個(gè)不同類型的主要用戶，它們所占的帶寬各不相同。這3個(gè)主要用戶的頻段占空的時(shí)長(zhǎng)服從泊松分布，隨機(jī)生成。性能評(píng)估結(jié)果如附圖3所示。附圖3從上至下共有4個(gè)子圖。第1個(gè)子圖示出了每隔0. 5秒，10個(gè)頻段中次要用戶可用的頻段的實(shí)際數(shù)目，和次要用戶通過(guò)頻譜檢測(cè)過(guò)程檢測(cè)出的可用頻段的數(shù)目。頻譜檢測(cè)過(guò)程往往會(huì)存在漏檢和誤報(bào)等檢測(cè)錯(cuò)誤，例如第1個(gè)子圖中在第13秒左右出現(xiàn)了兩個(gè)漏檢錯(cuò)誤。第2個(gè)子圖示出了 5個(gè)次要用戶的投標(biāo)信用點(diǎn)數(shù)隨時(shí)間的變化，第3個(gè)子圖示出了 5個(gè)次要用戶投標(biāo)的總額隨時(shí)間的變化。從這兩個(gè)子圖可用看出，在可用頻段數(shù)目較少時(shí)，次要用戶的投標(biāo)信用點(diǎn)數(shù)的積累較多，競(jìng)標(biāo)也比較激烈。第4個(gè)子圖示出了 10個(gè)頻段中實(shí)際可用頻段的數(shù)目和次要用戶使用的頻段的數(shù)目隨時(shí)間的變化?？梢钥闯?，除了由于頻譜檢測(cè)過(guò)程的檢測(cè)錯(cuò)誤造成的實(shí)際可用頻段的閑置，使用本發(fā)明頻譜分配方法，次要用戶可以100%利用主要用戶暫不使用的可用頻段。此外，本發(fā)明的方法步驟簡(jiǎn)潔直觀，便于使用硬件、固件、和軟件等方法實(shí)現(xiàn)。雖然本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)在附圖中示出并在前述詳細(xì)說(shuō)明中進(jìn)行了描述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限定為公開(kāi)的實(shí)施例，在不脫離所附權(quán)利要求所描述的定義和本發(fā)明范圍的情況下，能夠有各種重新設(shè)置、修改和替換。
權(quán)利要求
1.認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配方法，該方法涉及至少一個(gè)次要用戶和一個(gè)邏輯上的超級(jí)節(jié)點(diǎn)，其步驟包括至少一個(gè)次要用戶對(duì)至少一個(gè)頻段分別進(jìn)行頻譜檢測(cè)，然后把頻譜檢測(cè)的結(jié)果發(fā)送給超級(jí)節(jié)點(diǎn)；超級(jí)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的頻譜檢測(cè)結(jié)果，給發(fā)送來(lái)頻譜檢測(cè)結(jié)果的次要用戶增加投標(biāo)信用點(diǎn)數(shù)，增加的投標(biāo)信用點(diǎn)數(shù)正比于該次要用戶對(duì)上述至少一個(gè)頻段的頻譜檢測(cè)結(jié)果的正確檢測(cè)結(jié)果的數(shù)目；超級(jí)節(jié)點(diǎn)把投標(biāo)信用點(diǎn)數(shù)信息發(fā)送給次要用戶；次要用戶決定是否參與投標(biāo)，如果參與，則至少投出一個(gè)標(biāo)，投標(biāo)總額不超過(guò)該次要用戶擁有的投標(biāo)信用點(diǎn)數(shù)；次要用戶把投標(biāo)信息發(fā)送給超級(jí)節(jié)點(diǎn)；超級(jí)節(jié)點(diǎn)收集次要用戶發(fā)送的投標(biāo)信息，按照投標(biāo)的標(biāo)值的大小，從中選出一定數(shù)目的標(biāo)值最大的投標(biāo)作為選中的標(biāo)，這個(gè)數(shù)目不超過(guò)上述頻譜檢測(cè)過(guò)程檢測(cè)出的可用的頻段的數(shù)目；超級(jí)節(jié)點(diǎn)把中標(biāo)結(jié)果和可用頻段分配信息發(fā)送給次要用戶，中標(biāo)的次要用戶開(kāi)始使用上述頻譜檢測(cè)過(guò)程檢測(cè)到的可用的頻段。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中涉及一個(gè)以上的超級(jí)節(jié)點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中至少一個(gè)次要用戶群——至少一個(gè)次要用戶和至少一個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)次要用戶群——在不同的至少一個(gè)頻段上分別使用權(quán)利要求1所述的方法。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中至少一個(gè)次要用戶群——至少一個(gè)次要用戶和至少一個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)次要用戶群——在相同的至少一個(gè)頻段上分別使用權(quán)利要求1所述的方法。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中超級(jí)節(jié)點(diǎn)在單獨(dú)的設(shè)備上實(shí)現(xiàn)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中超級(jí)節(jié)點(diǎn)在次要用戶設(shè)備上實(shí)現(xiàn)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的步驟由集成電路裝置完成。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的步驟由現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)完成。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的步驟由固件(Firmware)完成。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的步驟由軟件完成。
全文摘要
認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配方法，本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種認(rèn)知無(wú)線電次要用戶頻譜分配方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，認(rèn)知無(wú)線電次要用戶頻譜分配，其步驟包括至少一個(gè)次要用戶對(duì)至少一個(gè)頻段分別進(jìn)行頻譜檢測(cè)，然后把頻譜檢測(cè)的結(jié)果發(fā)送給超級(jí)節(jié)點(diǎn)；超級(jí)節(jié)點(diǎn)給發(fā)送來(lái)頻譜檢測(cè)結(jié)果的次要用戶增加正比于正確檢測(cè)數(shù)目的投標(biāo)信用點(diǎn)數(shù)；超級(jí)節(jié)點(diǎn)把投標(biāo)信用點(diǎn)數(shù)信息發(fā)送給次要用戶，次要用戶如果參與投標(biāo)，則至少投出一個(gè)標(biāo)，投標(biāo)總額不超過(guò)該次要用戶擁有的投標(biāo)信用點(diǎn)數(shù)；次要用戶把投標(biāo)信息發(fā)送給超級(jí)節(jié)點(diǎn)；超級(jí)節(jié)點(diǎn)選出數(shù)目不超過(guò)可用頻段的數(shù)目的標(biāo)值最大的投標(biāo)作為選中的標(biāo)；超級(jí)節(jié)點(diǎn)把中標(biāo)結(jié)果和可用頻段分配信息發(fā)送給次要用戶。
文檔編號(hào)H04B17/00GK102404748SQ20101027780
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者陳喆 申請(qǐng)人:陳喆