專利名稱：一種認知無線電中主次用戶頻譜共享方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于認知無線電中主次用戶頻譜共享的方法，屬于移動通信系統(tǒng) 中頻譜資源管理研究領域。
背景技術：
隨著無線通信市場的發(fā)展，移動通信用戶數(shù)目越來越龐大，頻譜資源匱乏現(xiàn)象日 益突出。通信市場的擴大也推動著通信技術的迅猛發(fā)展，現(xiàn)在我們可以通過采用先進的無 線通信理論和技術，如鏈路自適應技術、正交頻分復用技術和多天線技術等能夠提高頻譜 效率。但是，許多研究表明，目前的頻譜分配制度也是造成頻譜資源匱乏的一個主要原因。 目前無線網(wǎng)絡普遍采用固定頻譜分配制度，將頻譜分為2個部分授權頻段和非授權頻段。 大部分頻譜資源用作授權頻段，只有擁有授權的用戶才能使用，如電視廣播頻段等等。這種 固定頻譜分配方式管理簡單易行，但整體頻譜利用率低下。固定的頻譜分配方式在過去的 幾十年使用的很好，但在如今這個無線通信需求爆炸式增長的時代就給有限的頻譜資源分 配帶來了巨大的壓力。這就使得我們必須尋找新的頻譜分配方案，以充分利用頻譜使用率 低下的頻譜。為此，人們提出了認知無電線的概念。這種概念允許未授權的用戶進入授權 頻段，動態(tài)地利用授權頻段空閑(時間上或空間上)進行無線傳輸以提高頻譜利用率。認 知無線電技術是實現(xiàn)動態(tài)頻譜接入的關鍵技術，它使得頻譜的使用更加智能，更加有效。在認知無線電技術中，只有主用戶擁有授權頻譜，次用戶必須借用主用戶的頻譜 才能進行信息傳輸。主用戶將自己的授權頻譜給次用戶用，必然會收取一定的費用。次用 戶則要決定根據(jù)頻譜定價決定購買頻譜的數(shù)量。這里，主用戶的授權頻譜可以看成是一種 商品，主系統(tǒng)先提出頻譜租價，次系統(tǒng)再根據(jù)主系統(tǒng)租價決定購買頻譜的數(shù)量。

發(fā)明內容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于針對頻譜使用率低下的問題，提供一種能夠實現(xiàn)認 知無線電主次用戶頻譜共享的方法。技術方案本發(fā)明所述的一種認知無線電中主次用戶頻譜共享方法，其特征在于 包括以下步驟(1)主用戶通過公用控制信道將可租借頻譜的頻段范圍通知給次用戶。次用戶利 用公用控制信道向主用戶報告其頻譜效率k，它與次用戶物理層所采用的技術有關；(2)主用戶提出頻譜的出租價格p，每次決定價格都是綜合考慮頻譜定價對次用 戶效用的影響，本著最大化自己效用的原則來決定對出租頻譜的報價。具體來說，就是主用 戶知道次用戶的效用函數(shù)計算式u(b，p)，且該式只與購買頻譜數(shù)量、頻譜定價和頻譜效率 有關，則主用戶知道若自己給出頻譜定價P，在下一步中次用戶會選擇購買頻譜的數(shù)量b使 其效用函數(shù)u(b，p)最大化；記次用戶購買頻譜最佳數(shù)量為b* = R(p)，表示次用戶購買頻譜數(shù)量的最優(yōu)選擇與 主用戶頻譜價格有關，則主用戶在本步驟面臨的問題是選擇頻譜價格使其效用函數(shù)小(P，b*)最大化，然后主用戶將使其效用最大化的頻譜價格p*通過公用控制信道通知給次用戶；(3)次用戶計算出使其效用函數(shù)u(b，p*)最大化的可購買頻譜的數(shù)量b，但是次用 戶購買的頻譜數(shù)量不能超過主用戶的頻譜總量(記為Q)。次用戶對購得頻譜的使用時間是 主次雙方事先協(xié)商好的固定時間，次用戶用購得的頻譜進行信息傳輸，次用戶對該段頻譜 的使用時間是主次雙方事先協(xié)商好的固定時間，主用戶在該時段內不使用該段頻譜；(4)次用戶租借的頻譜使用期到期了之后，將頻譜使用權歸還給主用戶，次用戶再 根據(jù)實際情況決定是否再繼續(xù)租用主用戶頻譜；如果繼續(xù)租借，每次頻譜租借過程重復以 上步驟⑴至步驟⑶。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其有益效果為(1)本發(fā)明的認知無線電中主次用戶頻 譜共享的方法，步驟簡單，主次用戶需要互相傳遞的信息較少；(2)頻譜共享充分的考慮了 主次用戶最大化自己的效用的需求；實際上，如果把主次用戶的頻譜共享過程看成是完全 信息的動態(tài)博弈，那么本發(fā)明的頻譜共享結果達到了子博弈精煉納什均衡。


圖1是認知無線電中主次用戶頻譜共享的運行流程示意圖；圖2是主用戶和次用戶之間的信號傳輸流程示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對最佳實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明的保護范圍不局限于所 述實施例。假設主用戶采用如下效用函數(shù)<formula>formula see original document page 4</formula>其中c代表成本函數(shù)的權重，B^1是一個主用戶內部連接需要的帶寬，W是主用戶 總帶寬，M是主用戶內部連接數(shù)，kp是主用戶內部連接無線傳輸?shù)念l譜效率，它與主用戶連 接采用的調制技術、基站的分布等因素有關。假設次用戶的效用函數(shù)具有如下形式<formula>formula see original document page 4</formula>其中，b是主系統(tǒng)租給次系統(tǒng)的頻帶寬度，p是主系統(tǒng)提出的租價，k是次系統(tǒng)用戶 用從主系統(tǒng)租來的頻譜進行無線傳輸時的頻譜效率。假設次用戶的目標誤碼率是BERto，k的值可以用下面的式子估算k = log2(l+Ky )其中，<formula>formula see original document page 4</formula>假設主用戶可以出租的頻譜總量為Q。主次用戶的頻譜共享步驟如下第一步主用戶通過公用控制信道將可租借頻譜的頻段范圍通知給次用戶。次用戶利用公用控制信道向主用戶報告其頻譜效率k<formula>formula see original document page 5</formula>第二步主用戶知道在自己給出頻譜定價p時，在下一步次用戶會根據(jù)最大化其 效用函數(shù)u(b，p)來決定購買頻譜的數(shù)量b。因此，主用戶先自己計算出次用戶的最優(yōu)選擇 為b* = min(k-p, Q)。然后，主用戶求出使其效用函數(shù)小(p，b*)最大化的參數(shù)p* <formula>formula see original document page 5</formula>并將p*通過公用控制信道傳給次用戶。第三步次用戶根據(jù)最大化其效用函數(shù)的原則來決定購買頻譜的數(shù)量b* <formula>formula see original document page 5</formula>次用戶用購得的頻譜進行信息傳輸，次用戶對該段頻譜的使用時間是主次雙方事 先協(xié)商好的固定時間，主用戶在該時段內不使用該段頻譜。第四步次用戶租借的頻譜租借期到期了之后，將頻譜使用權歸還給主用戶。再根 據(jù)實際情況決定是否再繼續(xù)租用主用戶頻譜。如果繼續(xù)租借，每次頻譜租借過程是每個運 行周期中重復以上第一步到第三步。熟知本領域的人士將理解，雖然這里為了便于解釋已描述了具體實施例，但是可 在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下作出各種改變。因此，除了所附權利要求之外，不能用 于限制本發(fā)明。
權利要求
一種認知無線電中主次用戶頻譜共享方法，其特征在于包括以下步驟(1)主用戶將可租借頻譜的頻段范圍通知給次用戶，次用戶向主用戶報告其頻譜效率；(2)主用戶根據(jù)最大化自己效用的原則向次用戶報出頻譜的租價；(3)次用戶根據(jù)最大化自己效用的原則決定向主用戶購買頻譜的數(shù)量，并向主用戶報告購買頻譜情況，雙方達成協(xié)議；(4)次用戶租借的頻譜使用期到期了之后，將頻譜使用權歸還給主用戶，次用戶再根據(jù)實際情況決定是否再繼續(xù)租用主用戶頻譜；如果繼續(xù)租借，每次頻譜租借過程重復以上步驟(1)至步驟(3)。
2.根據(jù)權利要求1所述的認知無線電中主次用戶頻譜共享方法，其特征在于步驟(3) 中，次用戶用購得的頻譜進行信息傳輸，次用戶對該段頻譜的使用時間是主次雙方事先協(xié) 商好的固定時間，主用戶在該時段內不使用該段頻譜。
全文摘要
本發(fā)明公開一種認知無線電中主次用戶頻譜共享方法，包括以下步驟(1)主用戶將可租借頻譜的頻段范圍通知給次用戶，次用戶向主用戶報告其頻譜效率；(2)主用戶根據(jù)最大化自己效用的原則向次用戶報出頻譜的租價；(3)次用戶根據(jù)最大化自己效用的原則決定向主用戶購買頻譜的數(shù)量，并向主用戶報告購買頻譜情況，雙方達成協(xié)議；(4)次用戶租借的頻譜使用期到期了之后，將頻譜使用權歸還給主用戶，次用戶再根據(jù)實際情況決定是否再繼續(xù)租用主用戶頻譜；如果繼續(xù)租借，每次頻譜租借過程重復以上步驟(1)至步驟(3)。本發(fā)明的認知無線電中主次用戶頻譜共享的方法，步驟簡單，主次用戶需要互相傳遞的信息較少。
文檔編號H04W16/14GK101827371SQ20101016486
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權日2010年5月7日
發(fā)明者徐文超, 王江舟 申請人:東南大學