CN102202314A - 频谱租赁实现方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种频谱租赁实现方法和系统，包括：从系统实体向主系统实体发送租用频谱资源的请求；主系统实体预测出租频谱资源的潜在风险代价值，上报给上层中央控制器；上层中央控制器选择所述代价值预测结果在所述代价门限以下的主系统，并向该主系统实体下达指令允许其接受从系统实体发出的租用频谱资源的请求；主系统实体选择出租的频谱资源并将该频谱资源标记为已使用，通知请求的从系统实体，所述主系统实体对标记为已使用的频谱资源不再随意占用；当所述从系统实体需要归还频谱资源时，向主系统实体发送归还该频谱资源的请求，主系统实体将该频谱资源标记为可用。本发明方案使得从系统能够连续的使用租用的频谱资源，保证从系统的服务质量。

Description

频谱租赁实现方法和系统

技术领域

本发明涉及频谱共享技术，特别是指一种频谱租赁实现方法和系统。

背景技术

基于动态频谱共享的认知无线电被认为是未来提高无线通信系统频谱利用率的关键技术之一。在认知无线电中，主系统(授权系统)和从系统(非授权系统)通过一定方式共享频谱资源，从而使频谱资源的利用率得到提升。通过动态频谱共享，用户能够自适应地、智能地在动态的无线环境中选择可用的频谱资源进行通信。

目前认知无线电网络的拓扑结构可以分为两种：集中式架构和分布式架构。在集中式架构中，中央控制器负责收集信息，并进行频谱接入、功率控制等决策。集中式架构更容易实现系统整体性能的优化，但信令开销较大。在分布式架构中，认知节点独立地收集信息并做出决策，信令开销相对较小，但是很难实现系统整体性能最优。

目前认知无线电中的动态频谱共享方案，一般采用机会频谱接入的方法。该方法假设主系统是获得某个特定频段的频谱使用权的系统，从系统能够感知到频谱空洞，并在不干扰主系统正常工作的前提下选择合适的频谱空洞接入。在该频段上工作时，主系统可以不考虑从系统的存在，任意地使用该频段上的频率资源。由于在这种频谱共享方式中，主系统享有绝对的优先权，可以无条件的收回授权频段的频谱资源，迫使从系统重新寻找新的频谱空洞接入，因此可能导致从系统频繁地在进行切换，使得从系统无法保证实时业务的服务质量，只能“尽力而为”地为用户提供服务。

频谱租赁是认知无线电中实现动态频谱共享的方式之一。现有的频谱租赁技术方案仍然采用机会频谱接入的方法，允许主系统无条件地收回出租给从系统的频谱，因此同样会导致从系统因频繁切换而无法保证业务的服务质量。但是频谱租赁与其他实现动态频谱共享的方式相比，最显著的差异之一就是从系统需要向主系统支付租用频谱资源的费用，即从系统通过支付费用合法地获得主系统授权频段资源的使用权，因此允许主系统无条件的收回出租给从系统的频谱实际上对从系统是不公平的。由于从系统通过向主系统支付费用获得频谱的使用权，故从系统有权要求在不受主系统妨碍的条件下，连续地使用自己租用的频谱资源，直至自己释放所租用的频谱，从而保证自己的服务质量。因此，在频谱租赁中仍然采用机会频谱接入的方法是不合理的。

基于上述分析可知，目前的频谱租赁方案没有考虑主、从系统之间的公平性问题。由于从系统对主系统频谱的使用权是通过付费的方式获得的，该方法实际上忽略了主系统保证从系统正常使用所租用的频谱资源的义务，要通过频谱租赁实现动态频谱共享，必须保证技术方案对主系统和从系统都具有公平性和合理性。

发明内容

有鉴于此，针对现有频谱租赁技术方案的不足，本发明提供了一种频谱租赁实现方法和系统，保证频谱租赁中主、从系统间的公平性，具有较高的可行性。

基于上述目的，本发明提供的一种频谱租赁实现方法，包括：

A.从系统实体向主系统实体发送租用频谱资源的请求，在请求中包括从系统信息；

B.主系统实体收到所述请求后，根据所述从系统信息和该主系统实体自身信息预测出租频谱资源的潜在风险代价值，上报给上层中央控制器；

C.上层中央控制器在收到所述代价值预测结果后，将该代价值预测结果与预先设定的代价门限进行比较，上层中央控制器选择所述代价值预测结果在所述代价门限以下的主系统实体，并向该主系统实体下达指令允许其接受从系统实体发出的租用频谱资源的请求；

D.所述主系统实体收到允许接受从系统实体发出的租用频谱资源请求的指令后，选择出租的频谱资源并将该频谱资源标记为已使用，并将同意出租的该频谱资源通知请求的从系统实体，所述主系统实体对标记为已使用的频谱资源不再随意占用；

E.当所述从系统实体需要归还频谱资源时，向出租频谱资源的主系统实体发送归还该频谱资源的请求，所述主系统实体将该频谱资源标记为可用。

可选的，该方法步骤B所述主系统预测出租频谱资源的潜在风险代价值包括如下步骤：

步骤1：通过如下公式(9)(10)，计算当前主系统实体c在收到所述租用频谱资源请求的t₀时刻下，该主系统实体c状态的出生率λ_c’(t₀)和死亡率iμ_c’(t₀)；

${{\mathrm{\λ}}_c}^{\′}\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\λ}}_{n,c}\left(t\right)h_n}{{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^N{\mathrm{\λ}}_{n,c}\left(t\right)}---\left(9\right)$

${{\mathrm{\μ}}_c}^{\′}\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\μ}}_{n,c}\left(t\right)h_n}{{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^N{\mathrm{\μ}}_{n,c}\left(t\right)}---\left(10\right)$

其中，λ_n，c(t)为在t时刻当前主系统实体c的第n类业务的到达率，h_n为第n类业务服务所需的信道数，N是该主系统实体c支持的业务种类数；

步骤2：通过如下公式(11)(12)，计算当前主系统实体c在拒绝出租频谱资源的条件下，转移概率{p_i，j(t_k)}(k＝1，2，......，s.j＝1，2，......，H_c)

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dp}}_{i,j}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}={{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,j-1}\left(t\right)-({{\mathrm{i\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)+{{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right))p_{i,j}\left(t\right)+(j+1){{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,j+1}\left(t\right)\\ \frac{{\mathrm{dp}}_{i,0}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=-{{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,0}\left(t\right)+{{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,1}\left(t\right)\\ \frac{{\mathrm{dp}}_{i,H_c}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}={{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,H_c-1}\left(t\right)-H_c{{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,H_c}\left(t\right)\end{array}\right.0<j<H_c---\left(11\right)$

边界条件为： $p_{i,j}\left(0\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& i=j\\ 1& i\&NotEqual;j\end{array}\right.---\left(12\right)$

其中，H_c为当前主系统实体c拥有的总的信道数量；

步骤3：利用得到的转移概率{p_i ,j(t_k)}，通过(13)式计算当前主系统实体c在拒绝出租频谱资源条件下的代价函数

$I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=H_c+h_n+1}{\overset{H_c-r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t\right)p_{i,j}\left(t_k\right)R_n\mathrm{\&Delta;t}---\left(13\right)$

其中，R_n为主系统网络运营商提供一个第n类业务服务获得的平均收益；

步骤4：通过上述公式(11)(12)，计算当前主系统实体c在同意出租频谱资源的条件下的转移概率{p_i，j’(t_k)}(k＝1，2，......，s.j＝1，2，......，Hc-r)；

步骤5：利用得到的转移概率{p_i，j’(t_k)}，通过公式(14)，计算当前主系统实体c在拒绝出租频谱资源条件下的代价函数

$I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c-r)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=H_c-r+h_n+1}{\overset{H_c-r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t\right){p_{i,j}}^{\&prime;}\left(t_k\right)R_n\mathrm{\&Delta;t}---\left(14\right)$

步骤6：利用步骤3和步骤5求得的代价函数，通过公式(7)式计算得到当前主系统实体c出租频谱资源的潜在风险代价值的预测结果

$C_c=\left\{\begin{array}{cc}I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c-r)-I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c)& 0\&le;i\&le;H_c-r\\ \&infin;& H_c-r<i\&le;H_c\end{array}\right.---\left(7\right)$

其中，

$I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c-r)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\&Integral;}_{t_0}^{t_0+{\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m}\underset{j=H_c-r+h_n+1}{\overset{H_c-r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t_0\right){p_{i,j}}^{\&prime;}\left(t\right)R_n\mathrm{dt}---\left(8\right).$

可选的，该方法所述在t时刻当前主系统实体c的第n类业务的到达率λ_n，c(t)为通过预定时间段内对业务到达率的统计获得的。

可选的，该方法步骤A中所述从系统向周围所有可能出租频谱资源的主系统实体发出租用频谱资源的请求；

步骤C中如果代价值预测结果在所述代价门限以下的主系统实体的个数大于一个，则所述上层中央控制器选择代价值最小的主系统实体。

可选的，该方法步骤C中如果不存在代价值预测结果在所述代价门限以下的主系统实体，则所述从系统采用机会频谱接入的方式接入主系统频谱资源。

可选的，该方法所述从系统信息包括：频谱租赁的时间长度、从系统基站标识号、从系统业务带宽。

基于上述目的，本发明还提供了一种频谱租赁实现系统，包括：

从系统实体，用于向主系统发送租用频谱资源的请求，在请求中包括从系统信息；当所述从系统实体需要归还频谱资源时，向出租频谱资源的主系统实体发送归还该频谱资源的请求，所述主系统实体将该频谱资源标记为可用；

主系统实体，用于在收到所述请求后，根据从系统信息和该主系统实体自身信息预测出租频谱资源的潜在风险代价值，上报给上层中央控制器；并且在收到上层中央控制器发来的允许接受从系统发出的租用频谱资源请求的指令后，选择出租的频谱资源并将该频谱资源标记为已使用，并将同意出租的该频谱资源通知请求的从系统实体，所述主系统实体对标记为已使用的频谱资源不再随意占用；

上层中央控制器，用于在收到所述代价值预测结果后，将该代价值预测结果与预先设定的代价门限进行比较，选择所述代价值预测结果在所述代价门限以下的主系统实体，并向该主系统实体下达指令允许其接受从系统发出的租用频谱资源的请求。

可选的，该系统中所述主系统实体预测出租频谱资源的潜在风险代价值包括：

步骤1：通过如下公式(9)(10)，计算当前主系统实体c在收到所述租用频谱资源请求的t₀时刻下，该主系统实体c状态的出生率λ_c’(t₀)和死亡率iμ_c’(t₀)；

${{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t\right)h_n}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^N{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t\right)}---\left(9\right)$

${{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{n,c}\left(t\right)h_n}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^N{\mathrm{\&mu;}}_{n,c}\left(t\right)}---\left(10\right)$

其中，λ_n，c(t)为在t时刻当前主系统实体c的第n类业务的到达率，h_n为第n类业务服务所需的信道数，N是该主系统实体c支持的业务种类数；

步骤2：通过如下公式(11)(12)，计算当前主系统实体c在拒绝出租频谱资源的条件下，转移概率{p_i，j(t_k)}(k＝1，2，......，s.j＝1，2，......，H_c)

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dp}}_{i,j}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}={{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,j-1}\left(t\right)-({{\mathrm{i\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)+{{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right))p_{i,j}\left(t\right)+(j+1){{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,j+1}\left(t\right)\\ \frac{{\mathrm{dp}}_{i,0}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=-{{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,0}\left(t\right)+{{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,1}\left(t\right)\\ \frac{{\mathrm{dp}}_{i,H_c}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}={{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,H_c-1}\left(t\right)-H_c{{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,H_c}\left(t\right)\end{array}\right.0<j<H_c---\left(11\right)$

边界条件为： $p_{i,j}\left(0\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& i=j\\ 1& i\&NotEqual;j\end{array}\right.---\left(12\right)$

其中，H_c为当前主系统实体c拥有的总的信道数量；

步骤3：利用得到的转移概率{p_i，j(t_k)}，通过(13)式计算当前主系统实体c在拒绝出租频谱资源条件下的代价函数

$I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=H_c+h_n+1}{\overset{H_c-r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t\right)p_{i,j}\left(t_k\right)R_n\mathrm{\&Delta;t}---\left(13\right)$

其中，R_n为主系统网络运营商提供一个第n类业务服务获得的平均收益；

步骤4：通过上述公式(11)(12)，计算当前主系统实体c在同意出租频谱资源的条件下的转移概率{p_i，j’(t_k)}＝1，2，......，s.j＝1，2，......，Hc-r)；

步骤5：利用得到的转移概率{p_i，j’(t_k)}，通过公式(14)，计算当前主系统实体c在拒绝出租频谱资源条件下的代价函数

$I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c-r)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=H_c-r+h_n+1}{\overset{H_c-r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t\right){p_{i,j}}^{\&prime;}\left(t_k\right)R_n\mathrm{\&Delta;t}---\left(14\right)$

步骤6：利用步骤3和步骤5求得的代价函数，通过公式(7)式计算得到当前主系统实体c出租频谱资源的潜在风险代价值的预测结果

$C_c=\left\{\begin{array}{cc}I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c-r)-I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c)& 0\&le;i\&le;H_c-r\\ \&infin;& H_c-r<i\&le;H_c\end{array}\right.---\left(7\right)$

其中，

$I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c-r)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\&Integral;}_{t_0}^{t_0+{\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m}\underset{j=H_c-r+h_n+1}{\overset{H_c-r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t_0\right){p_{i,j}}^{\&prime;}\left(t\right)R_n\mathrm{dt}---\left(8\right).$

可选的，该系统中所述在t时刻当前主系统实体c的第n类业务的到达率λ_n，c(t)为通过预定时间段内对业务到达率的统计获得的。

可选的，该系统中所述从系统向周围所有可能出租频谱资源的主系统实体发出租用频谱资源的请求；

如果代价值预测结果在所述代价门限以下的主系统的个数大于一个，则所述上层中央控制器选择代价值最小的主系统实体。

可选的，该系统中如果不存在代价值预测结果在所述代价门限以下的主系统实体，则所述从系统采用机会频谱接入的方式接入主系统频谱资源。

可选的，该系统为认知无线电网络；所述主系统为主系统实体，所述从系统为从系统实体。

从上面所述可以看出，本发明提供的频谱租赁实现方法和系统，一方面使得从系统能够连续的使用租用的频谱资源，保证从系统的服务质量，另一方面通过租赁代价预测，主系统可以通过调整租赁判决方案中的代价门限，将出租频谱资源对自身系统性能造成的影响控制在可以接受的范围内。因此，该方案能够很好地解决目前频谱租赁方案中无法保证从系统服务质量的问题，具有较高的实用性。

附图说明

图1为本发明实施例频谱租赁实现方法的流程示意图；

图2为本发明实施例频谱租赁实现系统的结构示意图；

图3为本发明较佳实施例频谱租赁实现方法的流程示意图；

图4为本发明实施例马尔科夫链状态转移模型示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例频谱租赁实现方法，包括：

步骤101，从系统实体向主系统实体发送租用频谱资源的请求，在请求中包括从系统信息；

步骤102，主系统实体收到所述请求后，根据所述从系统信息和该主系统实体自身信息预测出租频谱资源的潜在风险代价值，上报给上层中央控制器；

步骤103，上层中央控制器在收到所述代价值预测结果后，将该代价值预测结果与预先设定的代价门限进行比较，上层中央控制器选择所述代价值预测结果在所述代价门限以下的主系统实体，并向该主系统实体下达指令允许其接受从系统实体发出的租用频谱资源的请求；

步骤104，所述主系统实体收到允许接受从系统实体发出的租用频谱资源请求的指令后，选择出租的频谱资源并将该频谱资源标记为已使用，并将同意出租的该频谱资源通知请求的从系统实体，所述主系统实体对标记为已使用的频谱资源不再随意占用；

步骤105，当所述从系统实体需要归还频谱资源时，比如：不再需要租用所述频谱资源或从系统实体对频谱的租用期满时，从系统实体向出租频谱资源的主系统实体发送归还该频谱资源的请求，所述主系统实体将该频谱资源标记为可用。

其中，这里的实体是指的是主系统或从系统的无线设备。

下面以主、从系统均采用集中式架构的认知无线电网络为例，对本发明较佳实施例进行具体说明。

参见图2所示系统结构，在本实施例中，出租频谱资源的主系统实体是主系统的基站，租用频谱资源的实体是从系统的基站。主、从系统的基站间可以进行通信。从系统基站为了满足用户业务的对频谱资源的需求，向主系统基站请求租赁资源，并将租用到的资源分配给用户使用。主系统的租赁决策由主系统基站上层的中央控制器做出。

为了使从系统不仅能够支持非实时业务，而且能够支持诸如语音、视频等实时性要求较高的业务。本实施例中从系统可以通过向主系统支付租赁费用的方式，合法地获得主系统频谱资源的使用权。并且主系统必须保证从系统在使用租用的频谱时，不会收回出租给从系统的频谱资源。这样就保证了从系统将租用的频谱资源分配从用户后，从用户不会因为主系统随意收回频谱资源而频繁切换，从而保证了从系统的服务质量。

从主系统的角度考虑，本实施例中一旦主系统将频谱资源出租给从系统，实际上就将所出租的频谱资源的使用权完全地让渡给了从系统。由于主系统基站不能无条件地收回出租的资源，出租频谱必然造成主系统基站自身的可用资源减少，主系统性能下降。基于以上原因，主系统基站不能无限制地出租有限的频谱资源，必须根据实际情况做出是否出租频谱资源的决策。

为此，本发明的技术方案中，主系统基站在收到从系统基站的租赁请求后，主系统基站通过对出租资源的潜在风险和代价做出预测。主系统基站上层中央控制器设定了一个代价门限C_th，只有租赁代价值预测结果在门限以下的基站才被允许出租资源。若有多个基站满足上述条件，则选择租赁代价最小的基站出租资源。若没有基站满足上述条件，则主系统拒绝从系统基站的租赁请求，从系统租用主系统资源失败。在这种情况下，从系统基站将采用传统的机会频谱接入的方式，为业务提供频谱资源。

在本方案中，主系统中央控制器可以通过灵活调节代价门限C_th，对基站出租频谱资源进行限制，从而将出租频谱给主系统性能造成的损失控制在可以接受的范围内。

参见图3所示，本实施例频谱资源租赁的实现流程包括如下步骤。

步骤301，从系统基站触发频谱租赁接入过程。

频谱租赁的是事件触发的。当从系统基站没有足够资源满足用户业务的需求时，从系统基站将触发频谱接入的过程。

步骤302，从系统基站请求租用主系统频谱。

具体包括：从系统基站向周围所有可能出租频谱资源的L个主系统基站发出租用频谱资源的请求，并向主系统基站提供预测风险代价所必需的从系统信息。

其中，由于主、从系统基站间可以通信，因此上述请求过程的实现方式取决于主、从系统见的通信方式，例如：从系统通过广播方式向周围相邻基站广播租赁请求，并监听周围基站的应答；或主、从系统直接通过基站上层控制节点交换系统信息，确定可能出租资源的主系统基站。从系统基站提供必要的从系统信息，包括频谱租赁的时间长度(租期)、从系统基站标识号、从系统业务带宽等。

步骤303～304，从系统周围的L个主系统基站在收到所述从系统的请求和系统信息后，根据从系统提供的所述从系统信息和主系统基站自身情况，对各自出租频谱资源的潜在风险的代价值做出预测，并将各自的代价值预测结果C_c(1≤c≤L)上报基站上层中央控制器。

步骤305～306，主系统基站的上层中央控制器在收到各个基站对同一租赁请求的代价值预测结果后，将代价值预测结果与设定的代价门限C_th进行比较，如果代价值预测结果小于代价门限C_th，则将该代价值预测结果对应的主系统基站加入到基站候选集；否则，返回继续对下一个代价值预测结果进行判断。

步骤307～309，中央控制器判断所述基站候选集是否为空，若否，则选择候选集中代价值预测结果最小的基站作为出租频谱资源的基站，其余基站拒绝出租频谱资源；若候选集为空，则表示主系统没有基站满足出租频谱资源的条件，即所有主系统基站拒绝出租频谱资源。主系统中央控制器的决策过程可以表示成如下形式：

其中，F_c是基站c拥有的可出租频谱资源；F_lease是最终出租给从系统的基站资源。

中央控制器做出租赁决策，并将决策结果反馈给所有上传代价值预测结果的主系统基站。

步骤310，频谱租赁的执行。

若主系统基站c收到中央控制器下达的决策结果为接受从系统资源租赁请求，则主系统基站将准备出租给从系统的资源标记为“已使用”，并将同意出租的资源通知从系统基站，对标记为已使用的频谱资源不再随意占用。从系统基站则被允许将租赁到的资源分配给本小区用户使用，并开始按租用时间向主系统支付租赁费用。

若主系统基站收到中央控制器下达的决策结果为拒绝从系统的资源租赁请求，则主系统基站将拒绝的信息发送给从系统基站。如果从系统判断所有请求的主系统基站返回的都是拒绝信息，则从系统基站就采用机会频谱接入的方式接入主系统频谱资源。另外，也可以由所述中央控制器在判断出所述基站候选集为空后，直接将拒绝信息下发给请求的从系统。总之上述主、从系统间信息的发送的实现取决于主、从系统基站间的通信方式，例如：主、从系统直接通过基站上层中央控制器交换信息，则可以直接由中央控制器向从系统基站下发决策结果；如果从系统通过主系统与上层中央控制器交换信息，则可以由中央控制器将决策结果下发给主系统后，再由主系统下发给从系统。

步骤311，从系统基站释放租用的频谱资源。

从系统释放租用的频谱资源的条件可以自行设置，例如：当从用户业务结束或发生切换，或者其他原因导致从用户占用的频谱资源不再承载业务，若这部分空闲的频谱资源是从系统基站向主系统基站租用的，则从系统基站就要向主系统归还这部分不再使用的从系统资源；或者从系统租用频谱资源的时间超过了步骤302中从系统请求租赁时告知主系统的租期，则从系统需要归还超过租期的频谱资源。释放租用的频谱资源的过程即从系统基站通知出租相应频谱资源的主系统基站，主系统基站将该部分资源重新标记为可用。

在步骤302中，主系统基站租赁代价预测过程可以采用如下方案。

租赁代价的量化计算：

当从系统基站请求租用主系统基站的频谱时，若该主系统基站接受请求，并同意从系统用户接入它的无线资源，则这些被从系统基站租用的资源就不能再被主用户使用。因此，对于主用户来说，该基站的可用资源减少了。与主系统基站拒绝出租频谱相比，出租频谱资源将使得该主系统基站的服务质量下降，用户的掉话率和阻塞率上升。主系统面临的性能下降的潜在风险就是主系统基站为出租频谱资源付出的代价。为此，在下面的分析中，我们首先将给出频谱租赁决策的参考依据，然后量化地计算主系统基站为出租频谱所付出的代价。

为了叙述方便，下文可能要用到的数学符号如下所示：

r是从系统请求租赁的频谱资源对应的主系统信道数；

N是主系统支持的业务种类数；

M是从系统支持的业务种类数；

c是主系统基站标号；

H_c是主系统基站c拥有的总的信道数量。假设主系统信道互相正交，例如：主系统采用频分复用；

ξ_c(t)是在t时刻时主系统基站c被占用的信道数，即t时刻基站c的负载状态；

n是主系统业务类型，1≤n≤N；

m是从系统业务类型，1≤m≤M；

hn是第n类业务服务所需的信道数；

λ_n，c(t)是在t时刻主系统基站c的第n类业务的到达率，该变量是一个统计量，可以通过一段时间内对业务到达率的观察获得该变量的估计值；

λ_c’(t)是每秒钟到达基站c的新业务服务所需要的信道数；

μ_n，c(t)是主系统基站c第n类业务的离去率，与λ_n，c(t).类似，该值也是一个统计量。

μ_c’(t)是每秒钟主系统基站c结束的业务所释放的信道资源数；

R_n是主系统网络运营商提供一个第n类业务服务获得的平均收益；

是从系统第m类业务的平均持续时间。

假设从系统基站在t₀时刻请求主系统基站c出租r个信道的频谱资源。首先考虑主系统不出租频谱资源的情况。假设在t₀时刻，主系统基站c的H_c个信道中有i个信道已经被用户占用，即ξ(t₀)＝i。若用基站被占用的信道数表征基站状态，则基站c的状态为i。基站c经过时间t从状态i转移到状态j的概率(基站的状态转移概率)可以表示为：

p_i，j(t)＝P{ξ_c(t₀+t)＝j|ξ_c(t₀)＝i}    (2)

令Δt表示一段非常短的时间，在(t₀+t，t₀+t+Δt]这段时间内pi，j(t)可以看成是不变的。那么p_i，j(t)Δt就是在(t₀+t，t₀+t+Δt]内基站c处于状态j的时间长度。对于第n类业务，基站c状态ξ_c(t)处于集合{H_c-h_n+1，H_c-h_n+2，......H_c}中的任一状态时，基站c的剩余信道就小于第n类业务服务所需要的信道数h_n，在这种情况下基站c是无法为第n类业务提供服务的。在(t₀+t，t₀+t+Δt]这段时间内，若用户有第n类业务到达基站c，则该业务将被拒绝接入。预计在(t₀+t，t₀+t+Δt]内被基站c拒绝接入的第n类业务的数量为：

$\underset{j=H_c-h_n+1}{\overset{H_c}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t_0\right)p_{i,j}\left(t\right)\mathrm{\&Delta;t}---\left(3\right)$

假设从系统第m类业务请求租用资源。根据本发明的租赁判决方案，从系统一旦租用到频谱资源以后，一直要等到频谱资源承载的业务结束后才会释放所租用的资源。因此，本方案将从系统第m类业务的平均服务时长

作为主系统基站对从系统业务占用主系统频谱资源时间长度(即租期)的估计。则预计在

这段时间内，主系统基站c被拒绝接入的第n类用户数为：

${\&Integral;}_{t_0}^{t_0+{\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m}\underset{j=H_c-h_n+1}{\overset{H_c}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t_0\right)p_{i,j}\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(4\right)$

(4)式预测了在

时间段内由于主系统基站c没有足够剩余资源，被基站c拒绝接入的第n类业务数。若这些被拒绝的业务能够成功接入，它们本能够给主系统带来的收益为：

${\&Integral;}_{t_0}^{t_0+{\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m}\underset{j=H_c-h_n+1}{\overset{H_c}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t_0\right)p_{i,j}\left(t\right)R_n\mathrm{dt}---\left(5\right)$

若使用上述在

间由于系统阻塞，业务无法接入基站c而损失的收益作为主系统频谱租赁决策的参考依据，则考虑主系统的N种业务后，定义代价函数为：

$I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\&Integral;}_{t_0}^{t_0+{\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m}\underset{j=H_c-h_n+1}{\overset{H_c}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t_0\right)p_{i,j}\left(t\right)R_n\mathrm{dt}---\left(6\right)$

(6)式就是对在

期间由于主系统基站c阻塞而带来的潜在收益损失。上述考虑的是主系统基站c不出租频谱给从系统的情况，在这种情况下，只要信道空闲，基站c的H_c个信道对主系统用户来说都是可用的，即基站c的总信道数为H_c，剩余信道数为H_c-i。若基站c同意出租r(r≤H_c-i)个信道给从系统基站，由于基站c不能随意收回出租的频谱资源，出租的r个信道对于主系统用户来说将变为不可用，即基站c的信道总数变为H_c-r，剩余信道数为H_c-i-r。

因此，出租频谱与不出租频谱相比，代价函数将更大，即出租频谱会带来更大的潜在收益损失。根据上述分析，租赁代价的预测结果可以量化为出租频谱与不出租频谱的条件下分别求得的代价函数的差，即：

$C_c=\left\{\begin{array}{cc}I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c-r)-I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c)& 0\&le;i\&le;H_c-r\\ \&infin;& H_c-r<i\&le;H_c\end{array}\right.---\left(7\right)$

(7)式给出了租赁判决方案(1)式中租赁代价C_c的计算方法。其中：

$I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c-r)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\&Integral;}_{t_0}^{t_0+{\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m}\underset{j=H_c-r+h_n+1}{\overset{H_c-r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t_0\right){p_{i,j}}^{\&prime;}\left(t\right)R_n\mathrm{dt}---\left(8\right).$

p_i，j’(t)是主系统基站c同意出租频谱的条件下，求得的转移概率。在(7)中，Hc-i≤r≤Hc意味着基站c没有足够的频率资源供出租，因此C_c被设为正无穷大，即这种情况下频谱是不允许被出租的。

下面说明状态转移概率p_i，j(t)的计算方法。

对于主系统基站c来说，由于不同业务所占的信道数各不相同，任意一种业务的到达率和离去率都不能用来计算基站状态的出生率和死亡率。为此，本实施例使用λ_c’(t)和μ_c’(t)分别计算

期间基站状态的出生率和死亡率，λ_c’(t)和μ_c’(t)综合考虑了主系统不同业务占用的信道数量差异，λ_c’(t)和μ_c’(t)可以如下计算获得：

${{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t\right)h_n}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^N{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t\right)}---\left(9\right)$

${{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{n,c}\left(t\right)h_n}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^N{\mathrm{\&mu;}}_{n,c}\left(t\right)}---\left(10\right)$

首先考虑主系统基站c不出租频谱资源的情况。假设{ξ_c(t)，t≥0}是一个可数齐次马尔科夫随机过程，它的状态空间为{0，1，2......，H_c}，p_i，j(t)满足生灭过程的条件。因此{ξ_c(t)，t≥0}是一个生灭过程。

在该生灭过程如图4所示，图中每个圆代表该生灭过程的一个状态，箭头的方向代表状态转移的过程，箭头上的标注了状态的出生率和死亡率。对于状态i来说，它的死亡率为iμ_c’(t)，出生率为λ_c’(t)，马尔科夫链该生灭过程的柯尔莫哥洛夫方程组为：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dp}}_{i,j}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}={{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,j-1}\left(t\right)-({{\mathrm{i\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)+{{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right))p_{i,j}\left(t\right)+(j+1){{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,j+1}\left(t\right)\\ \frac{{\mathrm{dp}}_{i,0}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=-{{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,0}\left(t\right)+{{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,1}\left(t\right)\\ \frac{{\mathrm{dp}}_{i,H_c}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}={{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,H_c-1}\left(t\right)-H_c{{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,H_c}\left(t\right)\end{array}\right.0<j<H_c---\left(11\right)$

边界条件为：

$p_{i,j}\left(0\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& i=j\\ 1& i\&NotEqual;j\end{array}\right.---\left(12\right)$

上述方程组(11)(12)可以通过计算机求解。以上考虑的是主系统基站c不出租频谱的情况。

若主系统基站c同意出租r个信道给从系统。则上述马尔科夫链的状态数变为H_c-r+1，通过同样的方法可以求得在状态数为H_c-r+1时的转移概率p_i，j’(t)。

方案流程

由于在计算机运算中，无法实现(6)和(8)式的积分运算，故本方案将按照积分的定义将积分转化为求和来执行。用分点

将

等分为s个长度为Δt＝t_i-t_i-1的小区间，t_k代表其中任意一个时刻。当s足够大时，(6)和(8)式的积分计算可以转换为：

$I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=H_c+h_n+1}{\overset{H_c-r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t\right)p_{i,j}\left(t_k\right)R_n\mathrm{\&Delta;t}---\left(13\right)$

$I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c-r)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=H_c-r+h_n+1}{\overset{H_c-r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t\right){p_{i,j}}^{\&prime;}\left(t_k\right)R_n\mathrm{\&Delta;t}---\left(14\right)$

假设主系统基站c在t0时刻收到从系统租赁请求，主系统基站c的租赁代价预测流程如下：

步骤1：计算主系统基站c状态的出生率和死亡率。根据基站c统计的t0时刻各种业务的到达率λ_n，c(t0)和离去率μ_n，c(t0)，按照式(9)(10)计算出基站状态的出生率和死亡率λ_c’(t0)和iμ_c’(t0)。

步骤2：计算基站c在拒绝出租频谱资源的条件下(即马尔科夫链状态个数为H_c+1，此时j＝1，2，......，H_c)，用计算机求解(11)(12)式的方程组，求得转移概率{p_i，j(tk)}(k＝1，2，......，s.j＝1，2，......，H_c)。

步骤3：将上一步求得的转移概率{p_i，j(tk)}代入(13)式，计算基站c在拒绝出租频谱资源条件下的代价函数

步骤4：计算基站c在同意出租频谱资源的条件下(即马尔科夫链状态个数为H_c-r+1，此时j＝1，2，......，H_c-r)，用计算机求解(11)(12)式的方程组，求得转移概率{p_i，j’(tk)}(k＝1，2，......，s.j＝1，2，......，H_c-r)。

步骤5：将上一步求得的转移概率{p_i，j’(tk)}代入(14)式，计算基站c在拒绝出租频谱资源条件下的代价函数

步骤6：将步骤3和步骤5求得的代价函数代入(7)式，根据(7)式得到基站c租赁代价的预测结果。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

基于上述方法，本发明还提供了一种频谱租赁实现系统，主要包括：

从系统，用于向主系统发送租用频谱资源的请求，在请求中包括从系统信息；当所述从系统不再需要租用所述频谱资源或从系统对频谱的租用期满时，向出租频谱资源的主系统发送归还该频谱资源的请求，所述主系统将该频谱资源标记为可用；

主系统，用于在收到所述请求后，根据从系统信息和该主系统自身信息预测出租频谱资源的潜在风险代价值，上报给上层中央控制器；并且在收到上层中央控制器发来的允许接受从系统发出的租用频谱资源请求的指令后，选择出租的频谱资源并将该频谱资源标记为已使用，并将同意出租的该频谱资源通知请求的从系统，所述主系统对标记为已使用的频谱资源不再随意占用；

上层中央控制器，用于在收到所述代价值预测结果后，将该代价值预测结果与预先设定的代价门限进行比较，选择所述代价值预测结果在所述代价门限以下的主系统，并向该主系统下达指令允许其接受从系统发出的租用频谱资源的请求。

本领域技术人员应该知道，基于本发明方案的方法和系统不仅能够应用于认知无线电网络，也可以应用于其他无线通信系统中，例如：移动通信网络，无线局域网络，多跳无线网络等。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种频谱租赁实现方法，其特征在于，包括：

A.从系统实体向主系统实体发送租用频谱资源的请求，在请求中包括从系统信息；

B.主系统实体收到所述请求后，根据所述从系统信息和该主系统实体自身信息预测出租频谱资源的潜在风险代价值，上报给上层中央控制器；

C.上层中央控制器在收到所述代价值预测结果后，将该代价值预测结果与预先设定的代价门限进行比较，上层中央控制器选择所述代价值预测结果在所述代价门限以下的主系统实体，并向该主系统实体下达指令允许其接受从系统实体发出的租用频谱资源的请求；

D.所述主系统实体收到允许接受从系统实体发出的租用频谱资源请求的指令后，选择出租的频谱资源并将该频谱资源标记为已使用，并将同意出租的该频谱资源通知请求的从系统实体，所述主系统实体对标记为已使用的频谱资源不再随意占用；

E.当所述从系统实体需要归还频谱资源时，向出租频谱资源的主系统实体发送归还该频谱资源的请求，所述主系统实体将该频谱资源标记为可用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述主系统预测出租频谱资源的潜在风险代价值包括如下步骤：

步骤1：通过如下公式(9)(10)，计算当前主系统实体c在收到所述租用频谱资源请求的t₀时刻下，该主系统实体c状态的出生率λ_c’(t₀)和死亡率iμ_c’(t₀)；

${{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t\right)h_n}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^N{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t\right)}---\left(9\right)$

${{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{n,c}\left(t\right)h_n}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^N{\mathrm{\&mu;}}_{n,c}\left(t\right)}---\left(10\right)$

其中，λ_n，c(t)为在t时刻当前主系统实体c的第n类业务的到达率，h_n为第n类业务服务所需的信道数，N是该主系统实体c支持的业务种类数；

步骤2：通过如下公式(11)(12)，计算当前主系统实体c在拒绝出租频谱资源的条件下，转移概率{p_i，j(t_k)}(k＝1，2，......，s.j＝1，2，......，H_c)

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dp}}_{i,j}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}={{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,j-1}\left(t\right)-(i{{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)+{{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right))p_{i,j}\left(t\right)+(j+1){{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,j+1}\left(t\right)\\ \frac{{\mathrm{dp}}_{i,0}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=-{{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,0}\left(t\right)+{{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,1}\left(t\right)\\ \frac{{\mathrm{dp}}_{i,H_c}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}={{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,H_c-1}\left(t\right)-H_c{{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,H_c}\left(t\right)\end{array}\begin{array}{c}0<j<H_c\\ \end{array}\right.---\left(11\right)$

边界条件为： $p_{i,j}\left(0\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& i=j\\ 1& i\&NotEqual;j\end{array}\right.----\left(12\right)$

其中，H_c为当前主系统实体c拥有的总的信道数量；

步骤3：利用得到的转移概率{p_i，j(t_k)}，通过(13)式计算当前主系统实体c在拒绝出租频谱资源条件下的代价函数

$I\left({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=H_c+h_n+1}{\overset{H_c-r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t\right)p_{i,j}\left(t_k\right)R_n\mathrm{\&Delta;t}---\left(13\right)$

其中，R_n为主系统网络运营商提供一个第n类业务服务获得的平均收益；

步骤4：通过上述公式(11)(12)，计算当前主系统实体c在同意出租频谱资源的条件下的转移概率{p_i，j’(t_k)}(k＝1，2，......，s.j＝1，2，......，Hc-r)；

步骤5：利用得到的转移概率{p_i，j’(t_k)}，通过公式(14)，计算当前主系统实体c在拒绝出租频谱资源条件下的代价函数

$I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c-r)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=H_c-r+h_n+1}{\overset{H_c-r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t\right){p_{i,j}}^{\&prime;}\left(t_k\right)R_n\mathrm{\&Delta;t}---\left(14\right)$

步骤6：利用步骤3和步骤5求得的代价函数，通过公式(7)式计算得到当前主系统实体c出租频谱资源的潜在风险代价值的预测结果

$C_c=\left\{\begin{array}{cc}I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c-r)-I\left({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c\right)& 0\&le;i\&le;H_c-r\\ \&infin;& H_c-r<i\&le;H_c\end{array}\right.---\left(7\right)$

其中，

$I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c-r)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\&Integral;}_{t_0}^{t_0+{\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m}\underset{j=H_c-r+h_n+1}{\overset{H_c-r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t_0\right){p_{i,j}}^{\&prime;}\left(t\right)R_n\mathrm{dt}---\left(8\right).$

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在t时刻当前主系统实体c的第n类业务的到达率λ_n，c(t)为通过预定时间段内对业务到达率的统计获得的。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，步骤A中所述从系统向周围所有可能出租频谱资源的主系统实体发出租用频谱资源的请求；

步骤C中如果代价值预测结果在所述代价门限以下的主系统实体的个数大于一个，则所述上层中央控制器选择代价值最小的主系统实体。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤C中如果不存在代价值预测结果在所述代价门限以下的主系统实体，则所述从系统采用机会频谱接入的方式接入主系统频谱资源。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从系统信息包括：频谱租赁的时间长度、从系统基站标识号、从系统业务带宽。

7.一种频谱租赁实现系统，其特征在于，包括：

从系统实体，用于向主系统发送租用频谱资源的请求，在请求中包括从系统信息；当所述从系统实体需要归还频谱资源时，向出租频谱资源的主系统实体发送归还该频谱资源的请求，所述主系统实体将该频谱资源标记为可用；

主系统实体，用于在收到所述请求后，根据从系统信息和该主系统实体自身信息预测出租频谱资源的潜在风险代价值，上报给上层中央控制器；并且在收到上层中央控制器发来的允许接受从系统发出的租用频谱资源请求的指令后，选择出租的频谱资源并将该频谱资源标记为已使用，并将同意出租的该频谱资源通知请求的从系统实体，所述主系统实体对标记为已使用的频谱资源不再随意占用；

上层中央控制器，用于在收到所述代价值预测结果后，将该代价值预测结果与预先设定的代价门限进行比较，选择所述代价值预测结果在所述代价门限以下的主系统实体，并向该主系统实体下达指令允许其接受从系统发出的租用频谱资源的请求。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述主系统实体预测出租频谱资源的潜在风险代价值包括：

步骤1：通过如下公式(9)(10)，计算当前主系统实体c在收到所述租用频谱资源请求的t₀时刻下，该主系统实体c状态的出生率λ_c’(t₀)和死亡率iμ_c’(t₀)；

${{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t\right)h_n}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^N{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t\right)}---\left(9\right)$

${{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{n,c}\left(t\right)h_n}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^N{\mathrm{\&mu;}}_{n,c}\left(t\right)}---\left(10\right)$

其中，λ_n，c(t)为在t时刻当前主系统实体c的第n类业务的到达率，h_n为第n类业务服务所需的信道数，N是该主系统实体c支持的业务种类数；

步骤2：通过如下公式(11)(12)，计算当前主系统实体c在拒绝出租频谱资源的条件下，转移概率{p_i，j(t_k)}(k＝1，2，......，s.j＝1，2，......，H_c)

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dp}}_{i,j}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}={{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,j-1}\left(t\right)-(i{{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)+{{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right))p_{i,j}\left(t\right)+(j+1){{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,j+1}\left(t\right)\\ \frac{{\mathrm{dp}}_{i,0}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=-{{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,0}\left(t\right)+{{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,1}\left(t\right)\\ \frac{{\mathrm{dp}}_{i,H_c}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}={{\mathrm{\&lambda;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,H_c-1}\left(t\right)-H_c{{\mathrm{\&mu;}}_c}^{\&prime;}\left(t\right)p_{i,H_c}\left(t\right)\end{array}\begin{array}{c}0<j<H_c\\ \end{array}\right.---\left(11\right)$

边界条件为： $p_{i,j}\left(0\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& i=j\\ 1& i\&NotEqual;j\end{array}\right.----\left(12\right)$

其中，H_c为当前主系统实体c拥有的总的信道数量；

步骤3：利用得到的转移概率{p_i，j(t_k)}，通过(13)式计算当前主系统实体c在拒绝出租频谱资源条件下的代价函数

$I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=H_c+h_n+1}{\overset{H_c-r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t\right)p_{i,j}\left(t_k\right)R_n\mathrm{\&Delta;t}---\left(13\right)$

其中，R_n为主系统网络运营商提供一个第n类业务服务获得的平均收益；

步骤4：通过上述公式(11)(12)，计算当前主系统实体c在同意出租频谱资源的条件下的转移概率{p_i，j’(t_k)}(k＝1，2，......，s.j＝1，2，......，Hc)-r)；

步骤5：利用得到的转移概率{p_i，j’(t_k)}，通过公式(14)，计算当前主系统实体c在拒绝出租频谱资源条件下的代价函数

$I\left({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c-r\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=H_c-r+h_n+1}{\overset{H_c-r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t\right){p_{i,j}}^{\&prime;}\left(t_k\right)R_n\mathrm{\&Delta;t}---\left(14\right)$

步骤6：利用步骤3和步骤5求得的代价函数，通过公式(7)式计算得到当前主系统实体c出租频谱资源的潜在风险代价值的预测结果

$C_c=\left\{\begin{array}{cc}I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c-r)-I\left({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c\right)& 0\&le;i\&le;H_c-r\\ \&infin;& H_c-r<i\&le;H_c\end{array}\right.---\left(7\right)$

其中，

$I({\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m,i,H_c-r)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\&Integral;}_{t_0}^{t_0+{\stackrel{\&OverBar;}{T}}_m}\underset{j=H_c-r+h_n+1}{\overset{H_c-r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_{n,c}\left(t_0\right){p_{i,j}}^{\&prime;}\left(t\right)R_n\mathrm{dt}---\left(8\right).$

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述在t时刻当前主系统实体c的第n类业务的到达率λ_n，c(t)为通过预定时间段内对业务到达率的统计获得的。

10.根据权利要求7-9任意一项所述的系统，其特征在于，所述从系统向周围所有可能出租频谱资源的主系统实体发出租用频谱资源的请求；

如果代价值预测结果在所述代价门限以下的主系统的个数大于一个，则所述上层中央控制器选择代价值最小的主系统实体。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，如果不存在代价值预测结果在所述代价门限以下的主系统实体，则所述从系统采用机会频谱接入的方式接入主系统频谱资源。

12.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，该系统为认知无线电网络；所述主系统为主系统实体，所述从系统为从系统实体。

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