[發明專利]基于非合作博弈論的認知無線網絡頻譜資源優化分配方法

有效

• 申請號: 201711453647.X
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108235327B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 鄧小芳;仇洪冰;李艦宇;張金順;鄭霖;羅麗燕;劉爭紅;袁煜;柴華昕
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H04W16/10
• 分類號: H04W16/10;H04W16/22
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

本發明公開一種基于非合作博弈論的認知無線網絡頻譜資源優化分配方法，首先由授權用戶根據自身的使用狀況，統計出空閑頻譜數量，并對這一部分頻譜進行定價，然后授權用戶將頻譜定價信息傳送給各認知用戶，認知用戶之間根據自身需求和當前頻譜價格，經過非合作博弈后取得頻譜的使用權限，最后各認知用戶將其最佳需求頻譜數量傳遞給授權用戶，授權用戶按照其申請的頻譜數量將頻譜分配給認知用戶，頻譜分配過程完成。本發明相較于其他同類技術，具有步驟簡單、計算方便、收斂快的特點。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，具體涉及一種基于非合作博弈論的認知無線網絡頻譜資源優化分配方法。

背景技術

在無線通信技術不斷發展的今天，移動通信用戶數量日益龐大，加上越來越多的傳統行業融入互聯網技術的發展，使得無線頻譜資源日益匱乏。與之相背的是，即使當前的頻譜資源已經十分緊張，但是在這些授權頻譜中仍存在著大量閑置未被使用的頻譜資源，導致頻譜利用率極低，造成這一不合理現象的根本原因在于當前對頻譜資源的固定分配方式。將部分頻段固定分配給授權用戶，即使該用戶不使用該頻段時，也不允許其他用戶使用，這種頻段稱為授權頻段，最典型的例子就是廣播電視頻段。為了解決頻譜利用率低的問題，人們嘗試了多種方法，例如碼分多址(CDMA)、高速下行分組接入(HSDPA)、正交頻分復用(OFDM)和多輸入多輸出(MIMO)技術等等，但這些技術只能通過高效的編碼技術來改善當前被允許使用頻段的頻譜利用率，并不能從根本上解決對空閑頻譜的利用問題，于是人們提出了認知無線電的概念。

認知無線電系統是一種頻譜動態可調節的系統。在認識無線電系統中，擁有授權頻譜的用戶稱為授權用戶，沒有授權頻譜的用戶稱為認知用戶，認知用戶傳輸信息時必須租用授權用戶的授權頻譜，并且認知用戶可綜合考慮自身需求和經濟成本后，自主選擇頻譜的租用數量，在這一過程中就涉及到最佳的頻譜租入策略博弈問題。因此，認知無線電的核心問題之一就是解決認知用戶之間的頻譜分配問題，而博弈論正是解決這一問題的有力工具。

發明內容

本發明所要解決的是當前頻譜資源匱乏的問題，提供一種基于非合作博弈論的認知無線網絡頻譜資源優化分配方法。

為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

基于非合作博弈論的認知無線網絡頻譜資源優化分配方法，包括步驟如下：

步驟1、授權用戶統計出閑置頻譜，并依據當前頻譜利用率和自身頻譜使用情況等條件，對頻譜資源進行定價；

步驟2、授權用戶完成對頻譜資源的定價后，將頻譜價格函數提交至頻譜中心，由頻譜中心將頻譜價格函數告知各認知用戶；

步驟3、各認知用戶根據自身需求和當前頻譜價格，并與其他認知用戶間進行非合作博弈，綜合考慮后得到各認知用戶的最佳需求頻譜數量；

步驟4、各認知用戶將最佳需求頻譜數量提交至頻譜中心，并向頻譜中心支付相應的頻譜租賃費用；

步驟5、頻譜中心收到認知用戶租金后轉交至授權用戶，并根據認知用戶的最佳需求頻譜數量對頻譜資源進行分配；當閑置頻譜分配給認知用戶后，認知用戶即可使用其租用頻段進行通信傳輸，授權用戶不再使用該頻段。

上述步驟1的子步驟如下：

步驟1.1、引入與授權用戶的頻譜占用數量B^req成反比例關系的效用調節函數，并基于該效用調節函數設計授權用戶的效用函數u_p(b_i)：

步驟1.2、求得授權用戶的效用函數相對于認知用戶的頻譜租用數量的導函數，并令該導函數等于零，以求得使其效用函數最大化時所對應的頻譜價格函數p(b_i)；