CN103533551A - 一种认知无线电网络中频谱资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种认知无线电网络中频谱资源分配方法，包括：主用户对若干个次用户提供第一频谱价格；每个次用户根据所述第一频谱价格最大化自身收益，获得第一频谱大小并提供给所述主用户；所述主用户根据第一频谱大小通过价格迭代规则对每个次用户提供第二频谱价格；每个次用户根据所述第二频谱价格最大化自身收益；所述主用户和每个次用户经过上述交互，直至达到最佳频谱分配。本发明保护了主用户和次用户的隐私，主用户只需提供频谱价格给次用户，次用户需提供频谱大小给主用户，无需额外信息，通过价格迭代规则，使得该方案收敛速度大大提高，迅速获得最佳频谱分配，以实现认知无线电网络效益最大。

Description

一种认知无线电网络中频谱资源分配方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种认知无线电网络中频谱资源分配方法。

背景技术

随着无线通信技术的日益发展，频谱资源的使用也日趋频繁，无线频谱的紧缺限制了无线通信的可持续发展。认知无线电通过对授权频谱进行“二次利用”的方式，可以有效解决频谱资源短缺的问题，也成为了近年来无线通信领域的一个研究热点。如何合理的对授权的频谱进行“二次利用”，才能使得整个网络效益最大是一个关键问题。

认知无线电的概念首先是由Joseph Mitola博士提出的，他认为：认知无线电主要依据软件无线电的思想，是一种新的以频谱共享为目的的智能无线通信技术，它可以感知无线电传输的环境特性，通过无线电描述语言与通信网络进行智能交流，来调整其无线系统参数，使得系统的通信规则满足用户通信最佳性能要求。认知无线电网络有着广泛的应用，比如，军事，商业，公共安全方面都有着广泛的应用。由于认知无线电的一系列的特点，国内外对其进行了广泛的研究。为解决认知无线电中的频谱分配问题Joseph Mitola提出了频谱共享池的策略。一种端到端可重配置系统可为多种空中接口、协议和应用提供通用的平台和相关的工作环境，通过基于认知方法的可升级和可重配置的架构来优化资源利用，提高网络和设备的性能。

在通常情况下，认知无线电网络中的频谱资源的“二次利用”都是通过集中式的分配方法或者借助第三方对频谱资源买卖。对于集中式的分配方法，不能保证主用户（primary user）和次用户（secondary user）的隐私，当然，也不适用于大规模的网络系统，这就降低了系统的吞吐量和工作效率。对于借助第三方对频谱资源买卖，这就涉及到博弈理论，在买卖双方之间达到纳什均衡或者帕累托最优，并不能实现网络效益的最大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种认知无线电网络中频谱资源分配方法，以解决现有的频谱资源分配方法不能适用于大规模的网络系统和不能实现网络效益最大化的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供

一种认知无线电网络中频谱资源分配方法，包括：

主用户对若干个次用户提供第一频谱价格；

每个次用户根据所述第一频谱价格最大化自身收益，获得第一频谱大小并提供给所述主用户；

所述主用户根据第一频谱大小通过价格迭代规则对每个次用户提供第二频谱价格；

每个次用户根据所述第二频谱价格最大化自身收益；

所述主用户和每个次用户经过上述交互，直至达到最佳频谱分配。

进一步的，在所述的认知无线电网络中频谱资源分配方法中，还包括：根据所述最佳频谱分配，获得整个认知无线电网络效益。

本发明提供的一种认知无线电网络中频谱资源分配方法，具有以下有益效果：本发明保护了primary user和secondary user的隐私，primary user只需提供频谱价格给secondary user，secondary user需提供频谱大小给secondary user，无需额外信息，通过价格迭代规则，使得该方案收敛速度大大提高，迅速获得最佳频谱分配，以实现认知无线电网络效益最大。

此外，本发明对大规模的网络系统也同样具有较好的使用价值，具有良好的适应性和实用性。

附图说明

图1是本发明实施例认知无线电网络中频谱资源分配方法示意图；

图2是本发明实施例认知无线电网络中频谱资源分配方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的认知无线电网络中频谱资源分配方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明基于在认知无线电网络中使网络效益最大化这个目标，提出了一种频谱资源分配方法，它既实现了网络效益最大化这个目标，也保护了primaryuser和secondary user的隐私，更重要的是适用于大规模的网络系统。

如图1和图2所示，本发明提供一种认知无线电网络中频谱资源分配方法，包括：

S21：主用户对若干个次用户提供第一频谱价格q_i；

具体来说，在认知无线电网络中，primary user有一段频谱（频谱大小不考虑），在其不需要使用时，为了充分利用这段频谱，primary user会将其租借给各个secondary user使用。所以，首先primary user会为每一个secondary user提供一个频谱的价格。

S22：每个次用户根据所述第一频谱价格最大化自身收益，获得第一频谱大小q_i并提供给所述主用户；

特别的，在本实施例中，定义primary user的私有损失函数定义为：

secondary user的私有收益函数定义为：u_i(p_i)＝a_iλlog(1+p_i)。

S23：所述主用户根据第一频谱大小通过价格迭代规则对每个次用户提供第二频谱价格；

具体的，根据凸优化理论，此方法中得到的最佳的频谱价格应该满足：KKT优化条件，所以，制定了primary user的价格迭代规则为：

$q_i=(1-\mathrm{\γ})q_i+\mathrm{\γ}\frac{\∂C\left(p\right)}{\∂p}{|}_{p=\tilde{p}},\∀i$

，此规则就保证了本方法收敛到最优的频谱分配。

S24：每个次用户根据所述第二频谱价格最大化自身收益；

S25：所述主用户和每个次用户经过上述交互，直至达到最佳频谱分配。

特别的，由于本发明满足了几何收敛性定理，所以，在迭代有限次数后会得出最佳的频谱分配方案。而且，本发明即使实在大规模的网络中也有很快的收敛速度。

优选的，在本发明实施例中，进一步包括：根据所述最佳频谱分配，获得整个认知无线电网络效益。

具体的，所述primary user的收益函数：Φ(p,q)＝q^Tp-C(p)；

所述secondary user的收益函数：P_i(q_i,p_i)＝u_i(p_i)-q_ip_i；

整个系统的收益函数： $S\left(p\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{u}_i\left(p_i\right)-C\left(p\right);$

当系统获得 $\left\{\begin{array}{c}\max \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{u}_i\left(p_i\right)-C\left(p\right)\\ s.t.p_i\∈[0,{\mathrm{\τ}}_i],\∀i\∈[1,n]\end{array}\right.$

即整个认知无线电网络效益获得了最大化。

结合上述结构，本发明保护了primary user和secondary user的隐私，primaryuser只需提供频谱价格给secondary user，secondary user需提供频谱大小给secondary user，无需额外信息，通过价格迭代规则，使得该方案收敛速度大大提高，迅速获得最佳频谱分配，以实现认知无线电网络效益最大。

此外，本发明对大规模的网络系统也同样具有较好的使用价值，具有良好的适应性和实用性。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (2)

1.一种认知无线电网络中频谱资源分配方法，其特征在于，包括：

主用户对若干个次用户提供第一频谱价格；

每个次用户根据所述第一频谱价格最大化自身收益，获得第一频谱大小并提供给所述主用户；

所述主用户根据第一频谱大小通过价格迭代规则对每个次用户提供第二频谱价格；

每个次用户根据所述第二频谱价格最大化自身收益；

所述主用户和每个次用户经过上述交互，直至达到最佳频谱分配。

2.如权利要求1所述的认知无线电网络中频谱资源分配方法，其特征在于，还包括：根据所述最佳频谱分配，获得整个认知无线电网络效益。

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