基于重疊聯(lián)盟博弈的認知無線電合作頻譜感知機制的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于重疊聯(lián)盟博弈的認知無線電合作頻譜感知機制，它包含以下階段：（1）聯(lián)盟形成階段，包括以下步驟：S1、生成節(jié)點效用函數(shù)并設(shè)置其效用門限；S2、網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備通過結(jié)為不同的聯(lián)盟，在經(jīng)歷有限次操作之后形成固定的聯(lián)盟結(jié)構(gòu)；（2）數(shù)據(jù)融合階段，包括以下步驟:S1、每個設(shè)備用戶廣播自身的探測數(shù)據(jù)；S2、融合的數(shù)據(jù)；S3、判斷出周圍的頻譜利用情況。本發(fā)明的有益效果是：采用分布式的融合機制，各個設(shè)備能夠自行組織成一個個空間可重疊的聯(lián)盟，每個聯(lián)盟內(nèi)部設(shè)備可以共享成員的檢測數(shù)據(jù)，在有效降低了數(shù)據(jù)傳輸開銷的前提下，完成多用戶數(shù)據(jù)融合，提高了頻譜檢測準確度，并能夠提供更為精細的空間頻譜探測。
【專利說明】基于重疊聯(lián)盟博弈的認知無線電合作頻譜感知機制
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于重疊聯(lián)盟博弈的認知無線電合作頻譜感知機制，屬于網(wǎng)絡(luò)傳媒技術(shù)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]認知無線電技術(shù)是一種旨在提高頻譜利用效率的新型技術(shù)，該技術(shù)通過頻譜感知能夠探測到授權(quán)頻段中未被利用的頻譜空隙，在不影響原授權(quán)用戶的情況下利用該空隙進行通信，從而提高整個頻譜的利用率。在無線通信業(yè)務(wù)速率爆炸式增長，頻譜資源日益緊張的背景下，認知無線電被認為是一種潛在的挖掘頻譜效率從而提高頻譜利用率的有效方法。
[0003]認知無線電的關(guān)鍵技術(shù)包括:頻譜感知、物理層傳輸技術(shù)、無線資源管理、路由技術(shù)、傳輸層技術(shù)、跨層設(shè)計及優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)。其中，頻譜感知技術(shù)是整個認知無線電最核心的技術(shù)，能夠在某時、某地準確感知是否存在頻譜空閑頻段，以供非授權(quán)設(shè)備接入該頻段；同時還能隨之監(jiān)測是否有新的授權(quán)用戶接入該頻段，從而使非授權(quán)設(shè)備及時退出頻段，避免對授權(quán)用戶的干擾。
[0004]目前的頻譜感知技術(shù)可以分為兩大類:一類是輔助頻譜感知，即從外部獲得頻譜利用信息，需要對原授權(quán)系統(tǒng)進行一定的調(diào)整或增強，包括基于信標(biāo)、頻譜數(shù)據(jù)庫、頻譜代理等方法；另一類是獨立頻譜感知，不需要對原授權(quán)頻譜進行任何改動，直接通過物理設(shè)備檢測頻譜，從而判斷當(dāng)前的頻譜狀態(tài)。由于獨立頻譜感知不需要對原授權(quán)系統(tǒng)進行任何改動，因而受到了更為廣泛的關(guān)注。在獨立頻譜感知中，包括基于單個設(shè)備的頻譜檢測，以及基于多個設(shè)備的合作頻譜檢測。在單設(shè)備頻譜檢測中，主要用到的技術(shù)包括:匹配濾波器檢測、能量檢測、循環(huán)平穩(wěn)特征檢測、延時相關(guān)性檢測等。在多設(shè)備檢測中，繼承了單設(shè)備檢測的技術(shù)，但通過認知無線電基站融合基站范圍內(nèi)多個設(shè)備上傳的檢測結(jié)果來提高檢測的準確程度，這些融合機制一般包括:0R規(guī)則、AND規(guī)則以及K-out-of-N規(guī)則。
[0005]現(xiàn)有的合作頻譜檢測技術(shù)基于一個獨立的認知無線電基站，一方面由于基站范圍較大，負責(zé)的非授權(quán)設(shè)備較多，距離用戶設(shè)備較遠，用戶上傳自身的頻譜檢測數(shù)據(jù)往往需要消耗大量的帶寬；另一方面，基站集中式的機制只能把整個基站范圍作為一個整體判斷頻譜使用情況，使得一些小區(qū)域內(nèi)的頻譜空隙無法發(fā)現(xiàn)，從而浪費了可能的本地通信機會。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供基于重疊聯(lián)盟博弈的認知無線電合作頻譜感知機制，能克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，能夠降低檢測數(shù)據(jù)交換帶來的帶寬消耗，并同時提供本地的頻譜空隙情況。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:基于重疊聯(lián)盟博弈的認知無線電合作頻譜感知機制，它包含以下階段:
[0008](I)、聯(lián)盟形成階段，包括以下步驟:[0009]SI、生成節(jié)點效用函數(shù)并設(shè)置其效用門限：用戶確定認知無線電網(wǎng)絡(luò)中的每點根據(jù)通信需求、信號特征、地理位置的參數(shù)生成該節(jié)點的效用函數(shù)U并用戶同時設(shè)置自身的“效用門限” α，然后確定用戶需要探測頻譜空隙的空間需求范圍Ar和電池容量BI，該空間需求范圍Ar包括發(fā)射節(jié)點和接收節(jié)點且能夠覆蓋信號影響到的所有區(qū)域，
[0010]效用函數(shù)U為正效用和負效用的差值,其表達式為
[0011]
【權(quán)利要求】
1.基于重疊聯(lián)盟博弈的認知無線電合作頻譜感知機制，其特征在于：它包含以下階段： (1)、聯(lián)盟形成階段，包括以下步驟： S1、生成節(jié)點效用函數(shù)并設(shè)置其效用門限：用戶確定認知無線電網(wǎng)絡(luò)中的每點根據(jù)通信需求、信號特征、地理位置的參數(shù)生成該節(jié)點的效用函數(shù)U并用戶同時設(shè)置自身的“效用門限”α，然后確定用戶需要探測頻譜空隙的空間需求范圍Ar和電池容量B1，該空間需求范圍Ar包括發(fā)射節(jié)點和接收節(jié)點且能夠覆蓋信號影響到的所有區(qū)域， 效用函數(shù)U為正效用和負效用的差值，其表達式為 U=U+ (rs, P s) -U— (B1, Dmax)，
正效用的表達式為U+ (rs, P s) = f (rs) g ( P s),
負效用的表達式為

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重疊聯(lián)盟博弈的認知無線電合作頻譜感知機制，其特征在于：所述的正效用體現(xiàn)聯(lián)盟成員的探測數(shù)據(jù)能夠為節(jié)點設(shè)備頻譜感知帶來的好處，其中，正效用中的函數(shù)f是定義域在O~I上的增函數(shù)，g是正實數(shù)域上的非負非減的凹函數(shù)，具體形式可以自由選取。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重疊聯(lián)盟博弈的認知無線電合作頻譜感知機制，其特征在于：所述的負效用體現(xiàn)為了履行聯(lián)盟義務(wù)，即廣播自身檢測數(shù)據(jù)給所有所在聯(lián)盟成員以及需要付出的帶寬開銷和能量開銷，其中，負效用中的函數(shù)h和w都是正實數(shù)域上的非負單調(diào)減函數(shù)，具體形式可以自由選取。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重疊聯(lián)盟博弈的認知無線電合作頻譜感知機制，其特征在于:所述的步驟S2包括以下步驟: a、初始化時，每個用戶自己形成一個獨立的聯(lián)盟，計算初始效用UO； b、然后用戶嘗試加入新的聯(lián)盟或者從已經(jīng)加入的聯(lián)盟中退出: 加入新聯(lián)盟時，要求用戶加入后的效用Unew要大于未加入之前的效用Uold，且該聯(lián)盟其他成員的效用或者有所提高，或者雖然下降但仍大于其效用門限；在退出聯(lián)盟時，僅要求用戶退出后的效用Unew要大于未退出之前的效用Uold ； C、在經(jīng)過有限的K次動作后，時，用戶不再加入或退出聯(lián)盟，此時得到固定的聯(lián)盟結(jié)構(gòu)。`
【文檔編號】H04B17/00GK103684641SQ201310749870
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】王天宇, 宋令陽 申請人:遵義天義利威機電有限責(zé)任公司