CN103402265A - 基于模糊逻辑和通信优先级的频谱分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模糊逻辑和通信优先级的频谱分配方法，在认知无线电系统中，采用集中式的频谱分配方式，对每个认知用户根据其与认知用户基站的距离进行通信优先级划分；若认知用户的通信优先级大于可接入频谱的通信优先级门限值，利用每个认知用户的频谱利用率、认知用户移动速度、认知用户发射机与主用户接收机之间的距离进行模糊逻辑运算，得到该认知用户的频谱接入概率；通过认知用户的通信优先级与其频谱接入概率计算基站收益，基站将该频谱分配给使基站收益最大的认知用户。本发明计算过程简单，在可用空闲频谱数量少于认知用户数量的前提下，综合考虑认知用户通信优先级和频谱接入概率，使基站收益最大。

Description

基于模糊逻辑和通信优先级的频谱分配方法

技术领域

本发明涉及认知无线电频谱分配领域，更具体地说，是涉及一种基于模糊逻辑和通信优先级的频谱分配方法。

背景技术

认知无线电(Cognitive Radio)是一种智能无线电系统，它能感知无线环境并智能地从周围环境中学习，通过实时的改变一系列工作参数来适应环境变化。认知无线电的核心问题是，在不影响授权主用户正常工作的条件下，怎样提高认知用户对空闲频段及相应频谱环境的实时感知能力，并根据用户的需求优化频谱利用率。

频谱分配是认知无线电的媒体接入层（MAC层）中的关键技术之一。认知无线电系统根据可用频谱的分析结果，为有通信需求的认知用户分配适合的频段。现有的经典频谱分配算法还有基于图论着色模型的，但这种方法将干扰建立为简单的二元对立模型，并不符合认知无线电的实际情况，且算法执行过程复杂。基于竞价拍卖的频谱分配方式一直是频谱分配的热点，频谱拍卖设计注重激励机制的高效，其优点是认知用户的公平行能得以保证，但是模型复杂。模糊逻辑能够模拟人的思维方式，不需要精确解析模型，它能适应无线通信网络的动态条件和复杂性。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种认知无线电网络的动态频谱分配方法。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于模糊逻辑和通信优先级的频谱分配方法，该频谱分配方法包括以下步骤：

A.在认知无线电系统中，采用集中式的频谱分配方式；

B.对每个认知用户根据其与认知用户基站的距离进行通信优先级划分；

C.若步骤B中的认知用户的通信优先级大于可接入频谱的通信优先级门限值，则每个认知用户通过三输入的模糊逻辑系统进行模糊逻辑运算，得到该认知用户的频谱接入概率；

D.通过认知用户的通信优先级与其频谱接入概率计算基站收益M为：

M=P·Q，

其中P为认知用户的频谱接入概率，Q为需使用该空闲频谱的认知用户通信优先级；

E.基站将该频谱分配给使基站收益最大的认知用户。

所述认知用户通信优先级为该认知用户与认知用户基站距离的倒数。

所述步骤C中的三输入的模糊逻辑系统的具体步骤为：

设三输入的模糊逻辑系统的三个输入值为认知用户频谱利用率、认知用户移动速度、认知用户发射机与主用户接收机之间的距离，三输入的模糊逻辑系统经过模糊化、模糊推理、解模糊化的过程，计算出认知用户的频谱接入概率值。

与现有技术相比，采用本发明的基于模糊逻辑和通信优先级的频谱分配方法，在认知无线电系统中，采用集中式的频谱分配方式，目标是使基站收益最大化。先对每个认知用户根据其与认知用户基站的距离进行通信优先级划分，若认知用户的通信优先级大于可接入频谱的通信优先级门限值，再利用每个认知用户的频谱利用率、移动速度、认知用户发射机与主用户接收机之间的距离进行三输入的模糊逻辑系统模糊逻辑运算，得到该认知用户的频谱接入概率；通过认知用户的通信优先级与其频谱接入概率计算基站收益，基站将该频谱分配给使基站收益最大的认知用户。基站收益越大，该认知用户越易得到频谱。本发明计算过程简单，在可用空闲频谱数量少于认知用户数量的前提下，综合考虑认知用户通信优先级和频谱接入概率，使基站收益最大。

附图说明

图1为本发明的一种基于模糊逻辑和通信优先级的频谱分配方法的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请参阅图1所示的一种基于模糊逻辑和通信优先级的频谱分配方法，该动态频谱分配方法包括以下步骤：

1）在认知无线电系统中，采用集中式的频谱分配方式，目标是使基站收益最大化。

2）预先设置一个可接入待分配频谱的通信优先级门限为Q_th,有N个认知用户竞争该空闲频谱。定义需使用该空闲频谱的认知用户通信优先级Q为该认知用户与认知用户基站距离RBS的倒数。若Q<Q_th，则基站拒绝该认知用户接入频谱；若Q≥Q_th,则进行步骤3）。

3）令三输入的模糊逻辑系统的三个输入值为认知用户频谱利用率η_S、认知用户移动速度V_SU、认知用户发射机与主用户接收机之间的距离R，三输入的模糊逻辑系统经过模糊化、模糊推理、解模糊化的过程，计算出认知用户的频谱接入概率值P。其中，认知用户频谱利用率为认知用户需要使用的频带与总的可用频带之比。

例如，设三个输入值η_S、V_SU、R属于三种模糊程度的概率函数（隶属函数）已知，则可判定输入值η_S、V_SU、R所属的模糊程度；查询如下表所示的模糊规则表，确定对应的模糊规则序号，按相应序号的规则并利用最大-最小方法进行模糊推理，得到认知用户的频谱接入概率的模糊程度集合；利用重心法将频谱接入概率的模糊程度集合解模糊化，得该认知用户的频谱接入概率值P。

其中，隶属函数的建立和模糊规则的确定，可根据通信系统实际测量数据统计或专家经验获得。

4）计算基站收益M：

M=P·Q

基站将该频谱分配给使基站收益最大的认知用户。

规则编号	ηS-模糊程度	VSU-模糊程度	R-模糊程度	P-模糊程度
					1	低	低	近	非常低
2	低	低	中等	低
					3	低	低	远	低
4	低	中等	近	非常低
					5	低	中等	中等	低
6	低	中等	远	中等
					7	低	高	近	非常低
8	低	高	中等	低
					9	低	高	远	中等
10	中等	低	近	非常低
					11	中等	低	中等	中等
12	中等	低	远	高
					13	中等	中等	近	非常低
14	中等	中等	中等	中等
					15	中等	中等	远	高
16	中等	高	近	非常低
					17	中等	高	中等	低
18	中等	高	远	高
					19	高	低	近	低
20	高	低	中等	高
					21	高	低	远	非常高
22	高	中等	近	中等
					23	高	中等	中等	高
24	高	中等	远	非常高
					25	高	高	近	非常低
26	高	高	中等	中等
					27	高	高	远	高

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (3)

1.一种基于模糊逻辑和通信优先级的频谱分配方法，其特征在于：该频谱分配方法包括以下步骤：

A.在认知无线电系统中，采用集中式的频谱分配方式；

B.对每个认知用户根据其与认知用户基站的距离进行通信优先级划分；

C.若步骤B中的认知用户的通信优先级大于可接入频谱的通信优先级门限值，则每个认知用户通过三输入的模糊逻辑系统进行模糊逻辑运算，得到该认知用户的频谱接入概率；

D.通过认知用户的通信优先级与其频谱接入概率计算基站收益M为：

M=P·Q，

其中P为认知用户的频谱接入概率，Q为需使用该空闲频谱的认知用户通信优先级；

E.基站将该频谱分配给使基站收益最大的认知用户。

2.根据权利要求1所述的动态频谱分配方法，其特征在于：

所述步骤B中的认知用户通信优先级为该认知用户与认知用户基站的距离的倒数。

3.根据权利要求1所述的动态频谱分配方法，其特征在于：

所述步骤C中的三输入的模糊逻辑系统进行模糊逻辑运算的具体步骤为：

设三输入的模糊逻辑系统的三个输入值为认知用户频谱利用率、认知用户移动速度、认知用户发射机与主用户接收机之间的距离，三输入的模糊逻辑系统经过模糊化、模糊推理、解模糊化的过程，计算出认知用户的频谱接入概率值。

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