專利名稱：認(rèn)知無線電中的頻譜合作共享方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通信技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種認(rèn)知無線電中的主用戶、二級用戶頻譜合作共享的方法。
背景技術(shù)：
一方面隨著無線電的廣泛使用，頻譜的占用使得頻譜資源愈加寶貴。另一方面隨著不斷發(fā)展的無線電技術(shù)給移動用戶提供了更加靈活的接入方式。在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中，一般分為頻帶擁有者(例如各電信運(yùn)營商)，主用戶(PU)和二級用戶(SU)。主要用戶為授權(quán)用戶，能夠隨時地接入信道而不會受到任何干擾。二級用戶為非授權(quán)用戶并沒有接入和服務(wù)質(zhì)量保證，但是擁有更大的靈活性選擇不同的運(yùn)營商接入。因此基于認(rèn)知無線電技術(shù)，各電信運(yùn)營商在頻段閑暇時把未被占用的頻段提供給二級用戶使用。
近年，人們對認(rèn)知無線電中的合作機(jī)制和博弈機(jī)制進(jìn)行了深入的研究。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，Jin Zhang和Qian Zhang在2009年ACM MobiHoc會議上發(fā)表的“Stackelberg game for utility-based cooperative cognitive radio networks，，(以效益為基礎(chǔ)的合作認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的Stackelberg博弈)。該文作者提出了一種合作認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)(CCRN)的概念。在此方案中，每個主用戶I3U可以與多個二級用戶SU合作共享頻譜PU可以利用SU作為信息傳輸?shù)闹欣^，而作為回報(bào)，幫助中繼的SU則獲得利用頻譜資源以傳輸自己的數(shù)據(jù)的機(jī)會。但是上述技術(shù)中沒有考慮過SU的中繼功率是可變的問題。另外，在他們的工作中，SU利用頻譜資源的機(jī)會與其中繼中為PU做出的貢獻(xiàn)是不相關(guān)的，而且被PU選定為中繼的SU是沒有選擇合作與否的權(quán)利的，即一旦被選中，無論SU愿意與否，它們都被強(qiáng)迫幫助中繼，這些假設(shè)與實(shí)際情況不符。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種認(rèn)知無線電中多個主用戶PU，多個二級用戶SU之間頻譜合作共享的策略。該策略使用博弈模型建模，一方面給予SU選擇合作與否的權(quán)利，另一方面保證了 PU之間的公平性，能夠取得頻譜合作共享中的穩(wěn)定的全局次優(yōu)解答。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括如下步驟步驟一，多個主用戶PU和多個二級用戶SU構(gòu)成認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)，規(guī)定網(wǎng)絡(luò)接入?yún)f(xié)議。Np個PU和Ns個二級用戶SU的系統(tǒng)模型如圖I。在這種模式下，每個時段分為兩部分用于PU傳輸?shù)暮献麟A段部分a，以及用于SU傳輸?shù)淖赓U階段部分(1-a)。在合作階段，PU的發(fā)射器(PT)可直接向主用戶接收器(PR)傳輸數(shù)據(jù)；也可以通過SU中繼。SU為PU中繼所作出的貢獻(xiàn)是其在租賃階段接入提供的頻譜資源的前提。規(guī)定一個SU在同一時段內(nèi)的合作階段只能為一個PU作中繼，且在接下來的租賃階段只能使用該提供的頻譜資源。對前一部分的合作階段，在第一個的時段部分中，對某個PU (記為PUk)，其發(fā)
射器(PTk)向主用戶接收器(PRk)和一個或者多個二級用戶發(fā)射器(STs)傳輸數(shù)據(jù)；在余下
的時段部分中，PTk、STs向PRk傳輸數(shù)據(jù)。對后一部分的租賃階段，這些二級用戶SUs
以時分復(fù)用接入(TDMA)的模式接入信道。對其中的某個SU (記為SUi),其接入信道的時間 由它在合作階段的貢獻(xiàn)決定，即
、 隊(duì),⑷⑷
權(quán)利要求
1.一種認(rèn)知無線電中的頻譜合作共享方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一，多個主用戶PU和多個二級用戶SU構(gòu)成認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)，規(guī)定網(wǎng)絡(luò)接入?yún)f(xié)議； 步驟二，為每個主用戶分配備選的合作階段中負(fù)責(zé)中繼的二級用戶SU ； 步驟三，被分配到二級用戶SU的主用戶PU從中選擇若干符合條件的二級用戶SU作為合作對象，不符合條件的二級用戶SU被拒絕合作； 步驟四，主用戶PU確定合作階段部分a的大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的認(rèn)知無線電中的頻譜合作共享方法，其特征是，步驟一中的網(wǎng)絡(luò)接入?yún)f(xié)議特征是每個時段分為兩部分用于主用戶PU傳輸?shù)暮献麟A段部分a，以及用于二級用戶SU傳輸?shù)淖赓U階段部分(1-a);在合作階段，主用戶的發(fā)射器PT直接向主用戶接收器PR傳輸數(shù)據(jù)，或通過二級用戶SU中繼；二級用戶SU為主用戶PU中繼所作出的貢獻(xiàn)是其在租賃階段接入主用戶PU提供的頻譜資源的前提；規(guī)定一個二級用戶SU在同一時段內(nèi)的合作階段只能為一個主用戶PU作中繼，且在接下來的租賃階段只能使用該主用戶PU提供的頻譜資源。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的認(rèn)知無線電中的頻譜合作共享方法，其特征是，所述第二步中，記認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中PU的個數(shù)為NP，SU的個數(shù)為Ns，記其中的某一個I3U為PUk, k=l, 2，...NP，某一個SU為SUi, i = 1，2，-Ns ;協(xié)調(diào)中心先收集信道信息，包括主用戶PUk的發(fā)射器PTk到每個二級用戶發(fā)射器STi之間的信道增益Gi，P(k)，每個STi到主用戶接收器PRk之間的信道增益Gm (k);然后協(xié)調(diào)中心從所有I3U與所有未被分配的二級用戶SU合作時對應(yīng)的G =中找出最大值，將該最大值對應(yīng)的SUi分配給對應(yīng)的PUk;且當(dāng)某一個PUk得到分配的SUi時，PUk對應(yīng)的所有G1 ,減去某個參量e以降低PUk的優(yōu)先級；這個過程不斷重復(fù)直到所有的二級用戶SU都被分配到相應(yīng)的主用戶PU。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的認(rèn)知無線電中的頻譜合作共享方法，其特征是，所述第三步中，主用戶PU根據(jù)備選合作的二級用戶SU，以及集合中每個SUi的傳輸速率Ri選定最終合作對象，拒絕不符合條件的二級用戶SU。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的認(rèn)知無線電中的多頻帶共享方法，其特征是，所述的第三步中，主用戶PU確定最終合作對象的條件為
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的認(rèn)知無線電中的多頻帶共享方法，其特征是，所述的第三步中，主用戶PU從分配的SU集合中挑選符合條件的合作對象的方法是 PUk先將被分配到的SU按照CO而,PGP,況的值，從大到小排序；對序列中SU，依據(jù)其 ,GijpGpj況從大到小依次取出，將取出的SU作為合作對象的集合，逐次檢查是否符合合作條件式七； 重復(fù)這個過程直到取出某一個SU發(fā)現(xiàn)合作對象的集合不再符合條件，則去除最后取出的SU，余下的合作對象集合中的SU作為PU該時段中的中繼助手。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的認(rèn)知無線電中的多頻帶共享方法，其特征是，第四步中，主用戶PU根據(jù)合作對象的二級用戶的集合確定合作階段部分a的大小的方法是，各個以最大化自身效益函數(shù)為準(zhǔn)則，計(jì)算
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的認(rèn)知無線電中的多頻帶共享方法，其特征是，第四步中計(jì)算a*的具體算法是a從I逐步遞減一個足夠小的量S，并分別計(jì)算a對應(yīng)的效益，得到效益最大化的a
全文摘要
本發(fā)明公開一種認(rèn)知無線電中的多頻帶共享方法，包括步驟多個頻譜擁有者和多個二級用戶構(gòu)成認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)，規(guī)定網(wǎng)絡(luò)接入?yún)f(xié)議；為主用戶分配備選的二級用戶合作對象；被分配到合作對象的主用戶從中選擇若干符合條件的二級用戶作為最終的合作對象；主用戶根據(jù)合作對象提供的中繼功率的大小決定出租頻譜的時長。本發(fā)明一方面給予二級用戶選擇合作與否的權(quán)利，另一方面保證了主用戶之間的公平性，能夠得到頻譜合作共享中的穩(wěn)定的全局次優(yōu)解答。
文檔編號H04W16/22GK102752760SQ201210148569
公開日2012年10月24日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者馮心欣, 孫高飛, 王新兵, 田曉華, 黃新 申請人:上海交通大學(xué)