[發(fā)明專利]一種基于公平性的認(rèn)知無線電頻譜資源管理算法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310004775.1
• 申請日: 2013-01-07
• 公開（公告）號: CN103023592A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉勤;于文娟;郭婧;李釗;趙林靖;黃鵬宇;李建東
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00;H04W16/14
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，具體是一種基于公平性的認(rèn)知無線電中頻譜資源管理算法。在獲得最佳系統(tǒng)收益的同時(shí)保證了頻譜資源分配的公平性和節(jié)點(diǎn)的可靠通信。

背景技術(shù)

無線頻譜資源一直由無線電頻譜管理部門進(jìn)行固定劃分，即將某個(gè)頻段固定分配給某種業(yè)務(wù)、某個(gè)無線業(yè)務(wù)運(yùn)營商（或團(tuán)體、部門等）。劃分后的頻段只能由該運(yùn)營商所屬的用戶使用，其他非授權(quán)用戶不能使用該頻段，即使在授權(quán)用戶空閑的情況下。然而，越來越多的研究證明這種分配方式是利用率非常低的，而且不能滿足用戶日益增長的對無線頻譜資源的需求。

基于此，1999年JosephMitola提出了認(rèn)知無線電（CR,Cognitive?Radio）的概念。CR將一些被分配而未使用的頻譜、以及一些雖然使用但未被充分利用的頻譜找尋出來，并再次進(jìn)行分配和使用，從而達(dá)到了較高的頻譜利用效率，從一定程度上緩解了當(dāng)前頻譜緊張和業(yè)務(wù)發(fā)展的矛盾。伴隨著認(rèn)知無線電技術(shù)的興起，動態(tài)頻譜管理問題作為認(rèn)知無線電中的一個(gè)極富挑戰(zhàn)性的問題也越來越被更多人所關(guān)注。

動態(tài)頻譜管理是在所有可行的信道分配中選出最優(yōu)的信道分配集合U*，以此來達(dá)到目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)化。在過去的十幾年中，很多研究人員提出了基于不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、不同目標(biāo)函數(shù)的有效的動態(tài)頻譜管理算法。例如，在Haitao?Zheng?and?Chunyi?Peng的文章“Collaboration?and?fairness?in?opportunistic?spectrum?access”中提出的基于三種不同的目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)了三種不同的算法。又例如在Wei?Wangand?Xin?Liu的文章“List-coloring?based?channel?allocation?for?open-spectrum?wireless?networks”中提出的將圖論中的本地涂色問題（LCP,local-coloring?problem）應(yīng)用于動態(tài)頻譜管理的算法。但是很多基于圖論的研究通過引入“鄰居”的概念，將頻譜分配問題同鄰居的頻譜分配聯(lián)系起來，簡化了節(jié)點(diǎn)間干擾，而且忽略了非鄰居用戶的累加干擾。如在L.Yang,L.Cao,and?H.?Zheng的文章“Physical?interference?driven?dynamic?spectrum?management”中指出，多個(gè)鏈路的同時(shí)運(yùn)行會引起足夠大的累加干擾，從而導(dǎo)致傳輸失敗，即使這些鏈路獨(dú)自運(yùn)行的時(shí)候都不會對傳輸造成影響。因而在這篇文章中提出了一種系統(tǒng)框架PLAN（physical?conflict?graph?generator）,該框架通過考慮到節(jié)點(diǎn)所受到的累加干擾來提高算法的分配性能。隨后，在SooyeolIm,Yunseok?Kang,Wonsop?Kim,Seunghee?Kim,Jinup?Kim?and?HyuckjaeLee的文章“Dynamic?spectrum?allocation?with?efficient?SINR-based?interference?management”中提出了基于中心式的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，提出了一種有效的頻譜管理算法，但是該算法忽略了分配的公平性問題。

基于中心式的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，本論文結(jié)合了比例公平算法（PF,proportional?fairness）和物理干擾模型，在獲得最佳系統(tǒng)收益的同時(shí)保證了分配的公平性和節(jié)點(diǎn)的可靠通信。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種在獲得最佳系統(tǒng)收益的同時(shí)保證了分配的公平性和節(jié)點(diǎn)的可靠通信的基于公平性的認(rèn)知無線電頻譜資源管理算法。一種基于公平性的認(rèn)知無線電頻譜資源管理算法，其特征在于：其包括以下步驟：

第一步：根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)類型對未充分利用或未被分配的頻譜資源進(jìn)行信道劃分；

第二步：描述未充分利用或未被分配的頻譜資源的參量，其中未充分利用或未被分配的頻譜資源的總帶寬W、網(wǎng)絡(luò)類型t的信道寬度Wt、以及網(wǎng)絡(luò)類型t的信道數(shù)量其中是取整運(yùn)算；

第三步：引入三個(gè)可變參數(shù)a、b、c，增大a增大當(dāng)前可獲得的信道寬度w_t的影響，并獲得更大的系統(tǒng)總收益，同時(shí)降低分配公平性，增大b和c提高分配公平性，同時(shí)降低系統(tǒng)總收益。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第三步還包括，每個(gè)基站自行選擇一個(gè)可用的網(wǎng)絡(luò)模型，然后對對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)類型的信道進(jìn)行競標(biāo)，基站1對信道m(xù)_t(m_t＝1,...,M_t)進(jìn)行競標(biāo)，其i次循環(huán)中的目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)如下：