[發(fā)明專(zhuān)利]認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中多用戶(hù)動(dòng)態(tài)頻譜共享方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410455207.8
• 申請(qǐng)日: 2014-09-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104168575A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳健;呂璐;闊永紅;楊龍;任超
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W16/14
• 分類(lèi)號(hào): H04W16/14;H04W72/04
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專(zhuān)利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

1.一種認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中多用戶(hù)動(dòng)態(tài)頻譜共享方法，包括如下步驟：

(1)初始化授權(quán)用戶(hù)基站：

(1a)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的各認(rèn)知用戶(hù)節(jié)點(diǎn)，將初始狀態(tài)信息傳送給授權(quán)用戶(hù)基站；

(1b)授權(quán)用戶(hù)基站掃描初始狀態(tài)信息內(nèi)容的末尾，獲得傳輸信息所需的功率和協(xié)作請(qǐng)求參數(shù)；

(2)計(jì)算直傳速率和協(xié)作速率：

(2a)利用授權(quán)用戶(hù)節(jié)點(diǎn)的直傳速率公式，計(jì)算授權(quán)用戶(hù)節(jié)點(diǎn)的直傳速率；

(2b)利用授權(quán)用戶(hù)節(jié)點(diǎn)與認(rèn)知用戶(hù)節(jié)點(diǎn)協(xié)作傳輸速率公式，計(jì)算授權(quán)用戶(hù)節(jié)點(diǎn)與認(rèn)知用戶(hù)節(jié)點(diǎn)的協(xié)作速率；

(3)比較直傳速率和協(xié)作速率：

授權(quán)用戶(hù)基站判斷協(xié)作速率是否大于直傳速率，若是，則執(zhí)行步驟(4)，否則，執(zhí)行步驟(8)；

(4)建立博弈模型：

(4a)若授權(quán)用戶(hù)的通信目標(biāo)為確定合理的協(xié)作參數(shù)最大化系統(tǒng)的傳輸速率，則授權(quán)用戶(hù)的效用函數(shù)可建立為：

Uj=maxαiRij]]>

其中，U_j表示第j個(gè)授權(quán)用戶(hù)的效用函數(shù)，α_i表示第i個(gè)認(rèn)知用戶(hù)節(jié)點(diǎn)的協(xié)作請(qǐng)求參數(shù)，R_ij表示第j個(gè)授權(quán)用戶(hù)節(jié)點(diǎn)與第i個(gè)認(rèn)知用戶(hù)節(jié)點(diǎn)協(xié)作傳輸?shù)乃俾剩?/p>

(4b)利用認(rèn)知用戶(hù)共享頻譜獲得的吞吐量公式，計(jì)算認(rèn)知用戶(hù)共享頻譜獲得的吞吐量；

(4c)若認(rèn)知用戶(hù)的通信目標(biāo)為確定合理的功率分配策略最大化系統(tǒng)的能效，則認(rèn)知用戶(hù)的效用函數(shù)可建立為：

Ui=maxPi(12αiCi-ωαiPi)]]>

其中，U_i表示第i個(gè)認(rèn)知用戶(hù)的效用函數(shù)，α_i表示第i個(gè)認(rèn)知用戶(hù)節(jié)點(diǎn)的協(xié)作請(qǐng)求參數(shù)，C_i表示第i個(gè)認(rèn)知用戶(hù)節(jié)點(diǎn)共享頻譜獲得的吞吐量，ω表示傳輸每比特信息消耗的單位能量，P_i表示第i個(gè)認(rèn)知用戶(hù)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率；

(4d)聯(lián)合授權(quán)用戶(hù)的效用函數(shù)和認(rèn)知用戶(hù)的效用函數(shù)，建立斯塔克爾伯格博弈模型如下：

maxαi∈(0,1]UjmaxPi∈(0,Pimax]Ui]]>

其中，α_i表示第i個(gè)認(rèn)知用戶(hù)節(jié)點(diǎn)的協(xié)作請(qǐng)求參數(shù)，P_i表示第i個(gè)認(rèn)知用戶(hù)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，表示第i個(gè)認(rèn)知用戶(hù)節(jié)點(diǎn)的最大功率值，U_j和U_i分別表示第j個(gè)授權(quán)用戶(hù)和第i個(gè)認(rèn)知用戶(hù)的效用函數(shù)；

(4e)利用公式和得到授權(quán)用戶(hù)和認(rèn)知用戶(hù)的最優(yōu)效用，其中，U_j和U_i分別表示第j個(gè)授權(quán)用戶(hù)和第i個(gè)認(rèn)知用戶(hù)的效用函數(shù)，P_j和P_i分別表示第j個(gè)授權(quán)用戶(hù)和第i個(gè)認(rèn)知用戶(hù)的發(fā)射功率；

(5)建立效益矩陣：

(5a)當(dāng)認(rèn)知用戶(hù)數(shù)目M大于授權(quán)用戶(hù)數(shù)目N時(shí)，用二者的差值M-N補(bǔ)償授權(quán)用戶(hù)的數(shù)目，構(gòu)成一個(gè)M×M的認(rèn)知用戶(hù)和授權(quán)用戶(hù)矩陣，對(duì)該矩陣中增加的M-N個(gè)授權(quán)用戶(hù)的元素值取0，其余元素值取對(duì)應(yīng)的認(rèn)知用戶(hù)與授權(quán)用戶(hù)最優(yōu)效用的加和，得到效益矩陣；

(5b)當(dāng)認(rèn)知用戶(hù)數(shù)目M小于授權(quán)用戶(hù)數(shù)目N時(shí)，用二者的差值N-M補(bǔ)償認(rèn)知用戶(hù)的數(shù)目，認(rèn)知用戶(hù)和授權(quán)用戶(hù)構(gòu)成一個(gè)N×N的矩陣，對(duì)該矩陣中增加的N-M個(gè)認(rèn)知用戶(hù)的元素值取0，其余元素值取對(duì)應(yīng)的認(rèn)知用戶(hù)與授權(quán)用戶(hù)最優(yōu)效用的加和，得到效益矩陣；

(5c)當(dāng)認(rèn)知用戶(hù)數(shù)目M等于授權(quán)用戶(hù)數(shù)目N時(shí)，認(rèn)知用戶(hù)和授權(quán)用戶(hù)直接構(gòu)成一個(gè)M×N的矩陣，對(duì)該矩陣中的元素值取對(duì)應(yīng)的認(rèn)知用戶(hù)和授權(quán)用戶(hù)最優(yōu)效用的加和，得到效益矩陣；

(6)進(jìn)行匈牙利匹配：

(6a)對(duì)效益矩陣進(jìn)行行約減，用每行元素減去該行中的最小元素值，得到矩陣C₁；

(6b)判斷矩陣C₁中的各行各列是否都有“0”，若是，則執(zhí)行步驟(6c)，否則，執(zhí)行步驟(6d)；

(6c)對(duì)矩陣C₁進(jìn)行列約減，用每列元素減去該列中的最小元素值，得到矩陣C₂；

(6d)用最少的蓋“0”線將矩陣C₂中包含“0”的行列全部蓋住；

(6e)判斷蓋“0”線的數(shù)目是否等于矩陣的維數(shù)，若是，則執(zhí)行步驟(6h)，否則，執(zhí)行步驟(6f)；

(6f)找出矩陣C₂中未被蓋“0”線覆蓋的最小元素值λ，用每一個(gè)未被蓋“0”線覆蓋的元素值減去λ，用每一個(gè)蓋“0”線交叉的元素值加上λ；

(6g)重復(fù)步驟(6e)、步驟(6f)，直至蓋“0”線的數(shù)目等于矩陣的維數(shù)，得到匈牙利矩陣；

(6h)用“1”替代行列中的全部“0”，用“0”替代行列中其余元素值，得到0-1矩陣；

(6i)取0-1矩陣的第1行至第M行和第1列至第N列后得到M×N的匹配矩陣，取匹配矩陣中的全部元素“1”，得到匹配信息；

(7)廣播匹配信息：

授權(quán)用戶(hù)基站將匹配信息廣播給各授權(quán)用戶(hù)和認(rèn)知用戶(hù)，授權(quán)用戶(hù)和認(rèn)知用戶(hù)協(xié)作傳輸；

(8)授權(quán)用戶(hù)直接傳輸信息。