CN102883326B - 认知网络中频谱资源的分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通信技术领域的认知网络中频谱资源的分配方法；所述认知网络中频谱资源的分配方法包括：获取空闲时频单元块的数量；发送广播信息至次级用户，所述广播信息包括：所述空闲时频单元块的数量；获取所述次级用户反馈的选择信息，所述选择信息包括：所述次级用户申请的时频单元块的数量及其总报价；基于所述选择信息，获取每个次级用户的范数，所述范数关联于所述选择信息；按照所述次级用户的范数由大至小的顺序确定获得频谱资源的次级用户。本发明的方法提高了次级用户的总收益，降低了频谱资源分配过程中的运算复杂度，在很大程度上提高了频谱的利用率。

Description

认知网络中频谱资源的分配方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体地涉及一种认知网络中频谱资源的分配方法。

背景技术

随着无线服务的迅速发展，频谱资源逐渐成为一种稀缺资源。几乎所有的可用频带都已经被分配给了有关服务供其使用。然而，大量的测量发现在授权频谱中有相当大的一部分处于未使用或者不常使用的状态，无线频谱资源的利用率很低。正是如此，认知无线电（CR，CognitiveRadio）技术被提出，用于解决当前无线频谱资源的低利用率，同时也使得频谱的分配变得十分灵活。

认知无线电也被称为智能无线电，是一种动态感知空闲频谱并加以分配利用的技术，其核心目标是改变现有固定频谱分配方式对频谱利用不够充分的缺点，以更有效地利用频谱资源。通过频谱感知和系统的智能学习能力，实现动态频谱分配和频谱共享。由认知无线电技术衍生的认知无线网络则成为未来网络的主要发展方向。在认知无线网络中，频谱资源的原始拥有者被称为主用户（PU，primaryuser），而试图在PU频谱空闲时通过租借的方式使用PU频谱的用户被称为次级用户（SU，secondaryuser）。

目前，一般将认知无线网络的模型分为独占使用（exclusiveuse）和层级接入（hierarchicalaccess）两种。独占使用模型中，主用户将未被使用的频段租赁给次级用户使用。在层级接入模型中，当主用户处于空闲状态时，次级用户才可以传输数据。在层级接入模型中，根据主用户行为的动态特性又可以将次级用户的频谱使用分为动态频谱分配（dynamicspectrumallocation）和机会频谱接入（opportunisticspectrumaccess）两种。在动态频谱分配中，主用户的动态特性较低，频谱资源在一个相对较长的时间段内处于未使用状态。然而在机会频谱接入中，次级用户的动态特性较高，频谱资源的空闲状态只持续一段较短的时隙。针对动态频谱分配，目前有很多经济学工具被用于解决其中的相关具体问题，在这些经济学工具中，拍卖理论作为一种强有力的工具，被很好地应用到动态频谱分配中。

利用拍卖理论实现动态频谱分配技术多关注于实现提高次级用户的总收益（netsocialwelfare），也称为次级用户价值总和、主用户的收益（generatedrevenue）与保证拍卖机制的真实性（truthfulness）中的一项或者几项。就目前而言，利用动态规划或者穷举法可以实现最大化次级用户的总收益，然而不论是动态规划还是穷举法，其运算复杂度都很高，且均不适用于短时间的动态频谱分配。有关认知无线网络中频谱资源的分配还可以参见文章“AGeneralFrameworkforClearingAuctionofWirelessSpectrum”（无线频谱拍卖的一种普遍架构，IEEESymposiumonNewFrontiersinDynamicSpectrumAccessNetworks2007）。

因此，对于认知网络中频谱资源的分配而言，如何能够既降低频谱资源分配过程中的运算复杂度，又最大化次级用户的总收益、提高频谱利用率成为目前亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种运算复杂度低、次级用户的总收益高和频谱利用率高的认知网络中频谱资源的分配方法。为解决上述技术问题，本发明提供了一种认知网络中频谱资源的分配方法，包括：

获取空闲时频单元块的数量；

发送广播信息至次级用户，所述广播信息包括：所述空闲时频单元块的数量；

获取所述次级用户反馈的选择信息，所述选择信息包括：所述次级用户申请的时频单元块的数量及其总报价；

基于所述选择信息，获取每个次级用户的范数，所述范数关联于所述选择信息；

按照所述次级用户的范数由大至小的顺序确定获得频谱资源的次级用户。

可选的，所述每个次级用户的范数通过如下方式确定：

$n_i=\frac{b_i}{\sqrt{c_i}}$

其中，n_i为第i个次级用户的范数，c_i为第i个次级用户申请的时频单元块的数量，b_i为第i个次级用户申请的时频单元块的总报价。

可选的，所述认知网络中频谱资源的分配方法还包括：确定获得频谱资源的次级用户的支付费用。

可选的，所述确定获得频谱资源的次级用户的支付费用包括：

确定次级用户队列中，获得频谱资源的第i个次级用户存在时，第一个未获得频谱资源且在所述第i个次级用户不存在时，位于第i个次级用户之后获得频谱资源的次级用户为SU_i'；

若所述次级用户SU_i'不存在，则第i个次级用户的支付费用为零；

若所述次级用户SU_i'存在，则第i个次级用户的支付费用为其中，n_i′为第i'个次级用户的范数；所述次级用户队列按照次级用户的范数由大至小的顺序建立。

可选的，所述获取空闲时频单元块的数量包括：

对频谱进行划分以获取时频单元块的数量；

确定占用的时频单元块的数量；

在所述时频单元块的数量中减去所述占用的时频单元块的数量，获取空闲时频单元块的数量。

可选的，所述广播信息还包括：空闲时段的开始和结束时刻。

可选的，通过香农定理或信噪比获取所述次级用户申请的时频单元块的数量。

可选的，所述按照所述次级用户的范数由大至小的顺序确定获得频谱资源的次级用户包括：

判断当前空闲时频单元块的数量是否大于或等于当前范数最大的次级用户申请的时频单元块的数量；

若当前空闲时频单元块的数量大于或等于当前范数最大的次级用户申请的时频单元块的数量，则所述次级用户获得频谱资源，并在次级用户队列中删除所述次级用户，所述次级用户队列按照次级用户的范数由大至小的顺序建立；

若当前空闲时频单元块的数量小于当前范数最大的次级用户申请的时频单元块的数量，则在所述次级用户队列中删除所述次级用户；

重复上述步骤，直至当前空闲时频单元块的数量为零或所述次级用户队列中不存在次级用户。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

通过获取次级用户反馈的选择信息，并基于所述选择信息获得每个次级用户的范数，按照范数由大至小的顺序来确定获得频谱资源的次级用户，提高了次级用户的总收益。

由于次级用户反馈的申请的时频单元块的数量及其总报价由其自身确定，故降低了频谱资源分配过程中的运算复杂度。

通过从时域和频域的角度来对频谱进行划分，获得时频单元块，进而分配空闲的时频单元块至次级用户，在很大程度上提高了频谱的利用率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是单个主用户和多个次级用户共存的认知网络结构示意图；

图2是本发明实施方式的认知网络中频谱资源的分配方法的流程示意图；

图3是本发明实施方式的主用户对于拍卖获胜的次级用户的频谱资源分配示意图；

图4是本发明一实施例在N=500，S=288时，各个算法下次级用户价值总和随其可申请的最大时频单元块数量的变化示意图；

图5是本发明一实施例在N=500，S=288时，各个算法下频谱利用率随次级用户可申请的最大时频单元块数量的变化示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

正如背景技术中所描述的，拍卖理论被广泛地应用在动态频谱分配中，采用拍卖理论来解决无线通信网络频谱资源的分配具有一般方法无法具备的优良特性。而且通过合理的设计拍卖机制一方面可以提高甚至最大化主用户的收益或者次级用户的收益，另一方面也能够保证出价真实性，防止主用户和次级用户可能发生的市场操纵行为，实现频谱资源的多用户动态分配。

发明人提出，从时频角度将频谱划分为时间频谱单元块（时频单元块），并根据次级用户反馈的申请的时频单元块的数量及其总报价获得次级用户的范数，按照次级用户的范数由大至小的顺序来将空闲的时频单元块分配给次级用户，以实现次级用户的需求，提高次级用户的总收益。

为了更好地说明本发明的技术方案，本实施方式中以单个主用户系统工作在多个主用户信道上，或者说单个主用户租赁多个空闲信道，存在N个次级用户SU_i（1≤i≤N），需要利用主用户信道的空闲频段传输数据为例进行说明。

请参见图1，单个主用户和多个次级用户共存的认知网络结构示意图，如图1所示，在特定的地理区域存在单个主用户系统，所述主用户系统工作在多个主用户信道上，图中所示的多个次级用户构成了次级用户市场，在主用户信道空闲时，所述次级用户租赁其空闲信道以进行数据的传送。

图2是本发明实施方式的认知网络中频谱资源的分配方法的流程示意图，如图2所示，所述认知网络中频谱资源的分配方法包括：

步骤S11：获取空闲时频单元块的数量；

步骤S12：发送广播信息至次级用户，所述广播信息包括：所述空闲时频单元块的数量；

步骤S13：获取所述次级用户反馈的选择信息，所述选择信息包括：所述次级用户申请的时频单元块的数量及其总报价；

步骤S14：基于所述选择信息，获取每个次级用户的范数，所述范数关联于所述选择信息；

步骤S15：按照所述次级用户的范数由大至小的顺序确定获得频谱资源的次级用户。

以下对上述步骤进行一一说明。

本实施方式中，PU采用分时分频的工作方式，按照时间和频率，其将整块频谱划分为等频带宽度等时隙长度的若干时频单元块。对于PU而言，这些时频单元块在某些特定的时间段并不是一直被PU使用，因此存在的空闲时频单元块可以被SU租赁以供其使用（参见图1中所示的主用户占用时频单元块、空闲时频单元块）。在实际的无线网络环境中，通常会存在一个接入点（AP，accesspoint）用于向次级用户广播当前频谱信息，如：当前空闲时频单元块的数量。同时，所述AP还会收集所有SU的反馈信息，根据获取的SU的反馈信息对空闲时频单元块进行动态分配。本实施方式中，所述AP的角色由PU扮演，由其将空闲时频单元块动态地分配至各个SU。

继续参考图1，本实施方式中，PU在拍卖周期内拍卖其空闲时频单元块，在一个拍卖周期内PU的空闲时频单元块保持不变，拍卖成功后，SU拥有的空闲频谱的时长为一个周期。拍卖周期由PU的实际情况而定，如：拍卖周期可以为30分钟，则SU拥有空闲频谱的时长为30分钟。

执行步骤S11，获取空闲时频单元块的数量。

PU在拍卖的起始时隙，根据自身的算法（不同的PU采用不同的算法）先将其占用的整块频谱划分为等频谱宽度等时隙长度的若干时频单元块。

具体地，根据PU所占用的总频带宽度W和总时间段长度T，待划分的时频单元块的频带宽度w和时隙长度τ，可以确定时频单元块的总量为PU根据其在拍卖周期的业务量，确定其实际占用的时频单元块的数量为U，则空闲时频单元块的数量 $S=\frac{W}{w}\×\frac{T}{\mathrm{\τ}}-U.$

本步骤中，从时频角度来对PU占用的频谱进行划分，有利于提高频谱的利用率。

执行步骤S12，发送广播信息至次级用户，所述广播信息包括：所述空闲时频单元块的数量。

具体地，PU在确定了空闲时频单元块的数量S后，以广播的方式发送广播信息至SU_i（1≤i≤N），SU_i对所述广播信息进行解码，获得空闲时频单元块的数量S、空闲时段的开始时刻（拍卖周期的开始时刻）、空闲时段的结束时刻（拍卖周期的结束时刻）。

执行步骤S13：获取所述次级用户反馈的选择信息，所述选择信息包括：所述次级用户申请的时频单元块的数量及其总报价。

由步骤S12可以知道，SU_i对广播信息进行解码，获悉了空闲频谱资源的相关信息，SU_i根据其自身的需求反馈相应的选择信息{(b_i,c_i)|1≤i≤N}至PU，其中c_i为第i个次级用户要申请的时频单元块的数量，b_i为第i个次级用户要申请的c_i个时频单元块的总报价。PU根据其收到的各个次级用户的选择信息{(b_i,c_i)|1≤i≤N}来将空闲时频单元块动态地分配给各个次级用户。

本实施方式中，第i个次级用户要申请的时频单元块的数量c_i可以通过现有的方法获得。如：可以通过香农定理来获取SU的信道容量，再根据SU的信道容量来获取时频单元块的数量。或者根据SU的信噪比来获取时频单元块的数量。第i个次级用户要申请的时频单元块的总报价b_i则由其申请的时频单元块的数量c_i和每个时频单元块的报价决定。而每个时频单元块的报价则由次级用户而定。

SU申请的时频单元块的数量及其总报价的获得为现有技术，故此处不再展开具体详述。

本实施方式中，次级用户要申请的时频单元块的数量及其总报价均由每个SU自身确定，故在很大程度上降低了整个频谱资源分配过程中的复杂度。另外，由于选择信息是由SU直接真实地反馈至PU，从而可以保证空闲时频单元块能够分配给最需要频谱资源的SU。

执行步骤S14：基于所述选择信息，获取每个次级用户的范数，所述范数关联于所述选择信息。

PU在获取了每个SU反馈的选择信息{(b_i,c_i)|1≤i≤N}后，根据所述选择信息定义与每个SU对应的范数。对于SU而言，与其选择信息关联的范数的形式并不唯一，且后续通过SU的范数由大到小的顺序来对SU进行频谱资源的分配可以提高SU的总收益。本实施方式中，为了能够在最大程度上提高SU的总收益，优选地，SU的范数通过如下方式定义：

$n_i=\frac{b_i}{\sqrt{c_i}}$

其中，c_i为第i个次级用户申请的时频单元块的数量，b_i为第i个次级用户申请的时频单元块的总报价。

采用上述方式定义SU用户的范数，能够保证SU的总收益的下限不小于最大收益的其中S为空闲时频单元块的数量。

执行步骤S15：按照所述次级用户的范数由大至小的顺序确定获得频谱资源的次级用户。

通过步骤S14获取了各个次级用户的范数后，PU首先会按照所有次级用户的范数的大小对SU进行降序排列，建立按照次级用户的范数由大至小的次级用户队列。然后依次判断当前空闲时频单元块的数量是否满足次级用户队列中每一个SU的需求。

具体地，PU会判断当前空闲时频单元块的数量是否大于或等于当前范数最大的SU申请的时频单元块的数量；若当前空闲时频单元块的数量大于或等于当前范数最大的SU申请的时频单元块的数量，则当前范数最大的SU获得频谱资源。在当前范数最大的SU获得频谱资源后，PU会在次级用户队列中将该SU删除，此时范数次之的SU成为当前范数最大的SU。

若当前空闲时频单元块的数量小于当前范数最大的SU申请的时频单元块的数量，即PU无法满足该SU的需求，则PU会在次级用户队列中删除该SU。

接下来，PU会继续判断是否可以满足范数次之的SU的需求，直到PU当前所拥有的空闲时频单元块的数量为零，或者次级用户队列中已经不存在SU，无需进行频谱分配。

为了更好地说明主用户分配空闲时频单元块至次级用户的过程，以下举例进行简单的说明。

假设初始时，PU的空闲时频单元块的数量为10个，次级用户队列中按照次级用户的范数由大至小的顺序依次为SU₁（申请的时频单元块的数量为5），SU₂（申请的时频单元块的数量为3）、SU₃（申请的时频单元块的数量为1），则此时当前空闲的时频单元块的数量为10，当前范数最大的SU为SU₁，由于当前空闲时频单元块的数量10大于SU₁申请的时频单元块的数量5，故PU可以满足SU₁的需求，SU₁可以获得频谱资源。PU在确定SU₁可以获得频谱资源后，将位于次级用户队列中的SU₁删除。

此时，次级用户队列中，当前范数最大的SU为SU₂，当前空闲时频单元块的数量为10-5=5个，由于当前空闲时频单元块的数量5大于SU₂申请的时频单元块的数量3，故PU可以满足SU₂的需求，SU₂可以获得频谱资源。PU在确定SU₂可以获得频谱资源后，将位于次级用户队列中的SU₂删除。此时，次级用户队列中，当前范数最大的SU为SU₃，当前空闲时频单元块的数量为5-3=2个，由于当前空闲时频单元块的数量2大于SU₃申请的时频单元块的数量1，故PU可以满足SU₃的需求，SU₃可以获得频谱资源。PU在确定SU₃可以获得频谱资源后，将位于次级用户队列中的SU₃删除。

至此，次级用户队列中的次级用户SU₁、SU₂、SU₃均分配到了相应的频谱资源，由于次级用户队列中不存在SU，故PU不再对频谱资源进行动态分配。

图3是本发明实施方式的主用户对于拍卖获胜的次级用户的频谱资源分配示意图，图3中以次级用户的数量N=5为例，次级用户队列中的次级用户按照图3中所标示的方向，按照次级用户的范数由大至小的顺序依次分配到了空闲时频单元块。

在PU确定了次级用户队列中可以获得频谱资源的SU后，其还要确定获得频谱资源的SU应支付的费用。本实施方式中，为了保证拍卖机制中SU出价的真实性，具体采用如下方式确定获得频谱资源的SU应支付的费用。

首先，确定次级用户队列中，获得频谱资源的第i个次级用户存在时，第一个未获得频谱资源且在所述第i个次级用户不存在时，位于第i个次级用户之后获得频谱资源的次级用户为SU_i'，其中i'为SU_i'的编号。

其次，若所述次级用户SU_i'不存在，则第i个次级用户的支付费用为零；

若所述次级用户SU_i'存在，则第i个次级用户的支付费用为其中，n_i′为第i'个次级用户的范数。

以下假设PU所拥有的空闲时频单元块的数量为10，并以表一为例，对次级用户应支付的费用进行简单的说明。

表一

表一给出了第1个次级用户、第2个次级用户、第3个次级用户、第4个次级用户、第5个次级用户分别对应的范数及其要申请的时频单元块的数量。由于PU所拥有的空闲时频单元块的数量为10，因此，根据步骤S15，确定最终获得频谱资源的次级用户为第1个次级用户、第2个次级用户、第5个次级用户。而第3个次级用户未获得频谱资源的原因是当PU为第1个次级用户和第2个次级用户进行频谱资源分配后，剩余的空闲时频单元块的数量为10-5-4=1，因此，第3个次级用户未获得频谱资源。同样地，第4个次级用户也未获得频谱资源。

对于获得频谱资源的第1个次级用户、第2个次级用户、第5个次级用户相应的需要支付的费用分别通过如下方式确定：

对于第1个次级用户而言，其编号为1，也即i＝1，当第1个次级用户存在时，第一个未获得频谱资源的次级用户是第3个次级用户。而当第1个次级用户不存在时，第3个次级用户为在其后可以获得频谱资源的次级用户，故SU_i′的编号i′=3。因此，第1个次级用户应支付的费用为：（5为第1个次级用户申请的时频单元块的数量，3为第3个次级用户的范数）。

对于第2个次级用户而言，其编号为2，也即i＝2，当第2个次级用户存在时，第一个未获得频谱资源的次级用户是第3个次级用户。而当第2个次级用户不存在时，第3个次级用户为在其后可以获得频谱资源的次级用户，故SU_i′的编号i′=3。因此，第2个次级用户应支付的费用为：（4为第2个次级用户申请的时频单元块的数量，3为第3个次级用户的范数）。

对于第5个次级用户而言，其编号为5，也即i＝5，当第5个次级用户存在时，第一个未获得频谱资源的次级用户是第3个次级用户。而当第5个次级用户不存在时，其后没有可以获得频谱资源的次级用户，故SU_i'不存在。因此，第5个次级用户应支付的费用为零。

在确定了获得频谱资源的次级用户应支付的费用后，PU会向各个SU收取相应的费用，付费后的次级用户获得PU分配的时频单元块后，各自进行数据的传输。

图4是本发明一实施例在N=500，S=288时，各个算法下次级用户价值总和随其可申请的最大时频单元块数量的变化示意图。

图4中是以次级用户的个数N为500个，PU可以提供的空闲时频单元块的数量S为288个，次级用户所要申请的时频单元块的报价服从(0,1]均匀分布进行了仿真。由图4可以看出，当次级用户申请的时频单元块的数量较小时，次级用户价值总和较高。而随着次级用户申请的时频单元块的数量上限的增加，次级用户价值总和逐渐减小。图4中示出的不同算法随着次级用户申请的时频单元块的数量的增加，其次级用户价值总和的下降趋势各有不同。相对于动态规划法而言，本发明的方法，随着次级用户申请的时频单元块的数量的增加，次级用户总收益的下降略快于动态规划法，但是本发明的方法与动态规划法相比，运算复杂度大大降低，且在最大程度上实现了最大化次级用户总收益。

图5是本发明一实施例在N=500，S=288时，各个算法下频谱利用率随次级用户可申请的最大时频单元块数量的变化示意图。

图5中仍以次级用户的个数N为500个，PU可以提供的空闲时频单元块的数量S为288个，次级用户所要申请的时频单元块的报价服从(0,1]均匀分布进行了仿真。由图5可以看出，当次级用户申请的时频单元块的数量较小时，频谱利用率较高。而随着次级用户申请的时频单元块的数量上限的增加，频谱利用率逐渐降低。图5中示出的不同算法随着次级用户申请的时频单元块的数量的增加，频谱利用率的下降趋势各有不同。图5中，本发明的方法随着次级用户申请的时频单元块的数量的增加，其频谱利用率的下降趋势虽然略快于动态规划法，但是本发明的方法在很大程度上降低了运算复杂度，适用于短时间的动态频谱分配。且结合图4和图5可以获悉，本发明的方法在降低了运算复杂度的前提下，实现了最大化次级用户总收益，且其频谱利用率可以达到99%以上。因此，本发明的方法，既可以降低频谱资源分配过程中的运算复杂度，又可以最大化次级用户价值总和，提高频谱利用率。

需要说明的是，本发明实施方式中仅仅给出了单个主用户租赁多个空闲信道时，对空闲频谱的分配方法，但是本发明的技术方案不仅仅局限于单个主用户租赁多个空闲信道的情况，对于多个主用户租赁多个空闲信道的情况，只需要每个次级用户在其反馈的选择信息中添加其所选择的主用户的信息。对于选择同一主用户的次级用户，仍然可以采用本发明的技术方案以实现频谱资源的动态分配。因此，频谱资源分配过程中，主用户的个数不应作为对本发明技术方案的限定。

综上所述，本发明的技术方案至少具有以下有益效果：

通过获取次级用户反馈的选择信息，并基于所述选择信息获得每个次级用户的范数，按照范数由大至小的顺序来确定获得频谱资源的次级用户，提高了次级用户的总收益。

由于次级用户反馈的申请的时频单元块的数量及其总报价由其自身确定，故降低了频谱资源分配过程中的运算复杂度。

通过从时域和频域的角度来对频谱进行划分，获得时频单元块，进而分配空闲的时频单元块至次级用户，在很大程度上提高了频谱的利用率。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (1)

1.一种认知网络中频谱资源的分配方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取空闲时频单元块的数量，具体包括：用分时分频的工作方式，按照时间和频率，将整块频谱划分为等频带宽度等时隙长度的若干时频单元块；

发送广播信息至次级用户，所述广播信息包括：所述空闲时频单元块的数量；

获取所述次级用户反馈的选择信息，所述选择信息包括：所述次级用户申请的时频单元块的数量及其总报价；

基于所述选择信息，获取每个次级用户的范数，所述范数关联于所述选择信息；

按照所述次级用户的范数由大至小的顺序确定获得频谱资源的次级用户；

所述每个次级用户的范数通过如下方式确定：

$n_i=\frac{b_i}{\sqrt{c_i}}$

其中，n_i为第i个次级用户的范数，c_i为第i个次级用户申请的时频单元块的数量，b_i为第i个次级用户申请的时频单元块的总报价；

还包括：确定获得频谱资源的次级用户的支付费用；

所述确定获得频谱资源的次级用户的支付费用包括：

确定次级用户队列中，获得频谱资源的第i个次级用户存在时，第一个未获得频谱资源且在所述第i个次级用户不存在时，位于第i个次级用户之后获得频谱资源的次级用户为SU_i'；

若所述次级用户SU_i'不存在，则第i个次级用户的支付费用为零；

若所述次级用户SU_i'存在，则第i个次级用户的支付费用为其中，n_i'为第i'个次级用户的范数；所述次级用户队列按照次级用户的范数由大至小的顺序建立；

所述获取空闲时频单元块的数量包括：

对频谱进行划分以获取时频单元块的数量；

确定占用的时频单元块的数量；

在所述时频单元块的数量中减去所述占用的时频单元块的数量，获取空闲时频单元块的数量；

所述广播信息还包括：空闲时段的开始和结束时刻；

通过香农定理或信噪比获取所述次级用户申请的时频单元块的数量；

所述按照所述次级用户的范数由大至小的顺序确定获得频谱资源的次级用户包括：

判断当前空闲时频单元块的数量是否大于或等于当前范数最大的次级用户申请的时频单元块的数量；

若当前空闲时频单元块的数量大于或等于当前范数最大的次级用户申请的时频单元块的数量，则所述次级用户获得频谱资源，并在次级用户队列中删除所述次级用户，所述次级用户队列按照次级用户的范数由大至小的顺序建立；

若当前空闲时频单元块的数量小于当前范数最大的次级用户申请的时频单元块的数量，则在所述次级用户队列中删除所述次级用户；

重复上述步骤，直至当前空闲时频单元块的数量为零或所述次级用户队列中不存在次级用户。