[發(fā)明專利]一種基于改進型穩(wěn)定婚姻算法的頻譜分配方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610006456.8
• 申請日: 2016-01-04
• 公開（公告）號: CN105578476B
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王朝煒;鄧國徽;劉帥軍;王衛(wèi)東;張英海;崔高峰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué)
• 主分類號: H04W16/10
• 分類號: H04W16/10;H04B17/382
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 祗志潔

本發(fā)明提供了一種基于改進型穩(wěn)定婚姻算法的頻譜分配方法，屬于認(rèn)知無線電中的頻譜分配技術(shù)領(lǐng)域。本方法利用先驗信息建立認(rèn)知用戶對頻譜空洞的偏好優(yōu)先級模型以及頻譜空洞對認(rèn)知用戶的偏好優(yōu)先級模型，從授權(quán)系統(tǒng)獲取先驗信息和頻譜池，計算偏好優(yōu)先級值，通過穩(wěn)定婚姻算法實現(xiàn)動態(tài)頻譜分配。本發(fā)明能夠有效地實現(xiàn)認(rèn)知用戶與頻譜空洞的穩(wěn)定較優(yōu)匹配，最大化頻譜利用率，解決了因匹配不當(dāng)造成的頻譜資源浪費和切換過多等問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及認(rèn)知無線電中的頻譜分配技術(shù)，能夠基于改進型穩(wěn)定婚姻算法動態(tài)地完成頻譜分配，實現(xiàn)認(rèn)知用戶與頻譜空洞時頻域的最優(yōu)匹配，最大化頻譜利用率。

背景技術(shù)

可用頻譜的有限性和頻譜資源的低利用率催生了一種新的通信方式。利用現(xiàn)有頻譜，研究人員提出了開放式頻譜管理的思想。當(dāng)前日益稀缺的頻譜資源已成為制約無線通信業(yè)務(wù)迅速發(fā)展的重要因素，無線頻譜資源共享分配技術(shù)已成為新一代無線移動通信的核心技術(shù)。頻譜分配技術(shù)是認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的重要技術(shù)，通過對擁擠的認(rèn)知系統(tǒng)分配頻譜空洞，充分利用了不可再生的頻譜資源，頻譜資源的稀缺和利用率低下等問題得到了有效解決。

如圖1所示，認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中，動態(tài)頻譜分配實現(xiàn)認(rèn)知用戶對授權(quán)用戶的頻譜空洞的利用。在管理機構(gòu)指派給授權(quán)用戶的頻譜中，把某時某地未被授權(quán)用戶使用的頻率定義為頻譜空洞。目前，基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的頻譜分配方案主要有兩大類：集中式頻譜分配方案和分布式頻譜分配方案。所謂集中式是指網(wǎng)絡(luò)中的各認(rèn)知用戶都把自己的頻譜檢測結(jié)果匯聚到集中控制單元，控制單元可以是基站，由控制單元進行頻譜分配。分布式結(jié)構(gòu)下，通過各節(jié)點競爭或者局部協(xié)商方式獲取資源。分布式的頻譜資源分配方案適合在分布式網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用，各個節(jié)點間是平等的，每個節(jié)點都參與頻譜資源分配，實際上是競爭頻譜。

分布式頻譜分配模型主要有兩種：基于定價拍賣理論的頻譜分配模型和機會式頻譜分配模型?；诙▋r拍賣理論的頻譜分配模型中，認(rèn)知用戶是投標(biāo)者，中心頻譜管理器充當(dāng)競拍人，它以最大化網(wǎng)絡(luò)的收益為目標(biāo)，按照“贏家決策”的原則將頻譜空洞分配給認(rèn)知用戶，同時可以提高系統(tǒng)效益?；诙▋r拍賣的頻譜分配模型根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)效用需要來確定自身的目標(biāo)函數(shù)，即確定贏家勝出的規(guī)則。但該方法需要合理的執(zhí)行時間和計算開銷，大量的運算集中在投標(biāo)者和拍賣人身上。機會式頻譜分配技術(shù)要求認(rèn)知用戶能夠周期性地掃描頻譜，監(jiān)測可以獲得的頻譜空洞資源，然后認(rèn)知用戶可以使用這些頻譜空洞進行通信。機會式頻譜通信的主要特點是頻譜空洞隨著時間不斷變化，這對調(diào)制的選擇提出了很高的要求。能夠適應(yīng)這種特點的調(diào)制方式大致有兩種。一種是動態(tài)調(diào)頻技術(shù)，另一種是正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)。認(rèn)知用戶可用的頻譜空洞可能位于很寬的頻譜范圍并且不連續(xù)，所以正交頻分復(fù)用技術(shù)由于其高效和靈活性成為最佳的候選方案。但正交頻分復(fù)用技術(shù)存在自身固有的問題，如高峰均比問題等。此外，認(rèn)知用戶應(yīng)用正交頻分復(fù)用技術(shù)時，子載波間隔和符號間隔必須和頻譜空洞的帶寬和時域持續(xù)時間相匹配。

集中式頻譜分配模型主要有兩種：基于頻譜池的頻譜分配模型和基于干擾溫度的頻譜分配模型?；诟蓴_溫度的頻譜分配模型中，干擾溫度的準(zhǔn)確測量需要感知用戶對授權(quán)用戶系統(tǒng)進行準(zhǔn)確的定位。只要感知用戶造成的干擾溫度不超過干擾溫度門限，感知用戶通過調(diào)整自己的參數(shù)如發(fā)射功率、調(diào)制方式等，就可以使用這個頻段中的頻譜空洞。在干擾溫度機制中，通過接收機端的干擾溫度來量化和管理無線通信環(huán)境中的干擾源，干擾溫度用來表征認(rèn)知用戶在共享頻段內(nèi)對授權(quán)用戶接收機產(chǎn)生的干擾功率和授權(quán)接收機處的系統(tǒng)噪聲功率之和，類似于熱噪聲功率可以用等效噪聲溫度來描述。但是基于干擾溫度的頻譜分配方法不能保證對授權(quán)用戶系統(tǒng)的有力保護，特別是處于邊緣接收的授權(quán)用戶接收機很容易受到認(rèn)知用戶的干擾。接收機檢測實現(xiàn)的最大困難在于如何有效地測量干擾溫度。有效的干擾溫度測量要求認(rèn)知用戶測量其對所有可能主接收機造成的干擾，目前還沒有實際可行的方法解決這一問題。