一種認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)從用戶聯(lián)合定價及資源分配方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種不完美信道下基于非合作博弈理論的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)從用戶聯(lián)合定價及資源分配方法，屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。本發(fā)明在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)主用戶基于子信道活躍度確定基準(zhǔn)價格，從用戶基于子信道狀態(tài)確定支付策略基礎(chǔ)上，對所有從用戶進行非合作博弈建模，基于從用戶信道特性，傳輸功率，共享信道成本建模效用。通過求解博弈模型納什均衡解，得到從用戶優(yōu)化定價及資源共享策略。本發(fā)明綜合考慮了認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中多個從用戶之間共享資源的非合作競爭關(guān)系及從用戶效用優(yōu)化策略，可實現(xiàn)對從用戶通信需求的有效保障及認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)頻譜資源的高效共享，緩解頻譜資源匱乏問題。
【專利說明】一種認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)從用戶聯(lián)合定價及資源分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，特別是認(rèn)知無線電領(lǐng)域資源分配及信道定價方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展及無線應(yīng)用需求的不斷增長，各類通信應(yīng)用對無線頻譜的需求日益增加。傳統(tǒng)的固定頻譜分配方法導(dǎo)致部分頻帶競爭激烈，頻譜資源嚴(yán)重匱乏，同時，部分頻段大量已分配的頻譜未得到充分使用，導(dǎo)致頻譜利用率低下。為有效提高頻譜資源利用率，緩解頻譜資源匱乏問題，采用動態(tài)頻譜接入機制的認(rèn)知無線電技術(shù)近年來受到廣泛關(guān)注。
[0003]認(rèn)知無線電系統(tǒng)采用基于軟件無線電技術(shù)的認(rèn)知無線電終端，能夠動態(tài)感知可用頻譜，優(yōu)化、改變傳輸參數(shù)，執(zhí)行軟硬件重配置，在不影響授權(quán)用戶(主用戶)正常通信情況下動態(tài)、智能接入空閑頻譜，實現(xiàn)未授權(quán)用戶(從用戶)的數(shù)據(jù)傳輸，認(rèn)知無線電技術(shù)可有效實現(xiàn)頻譜資源共享，提高頻譜利用率，解決頻譜資源匱乏的問題。
[0004]認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中，從用戶通過接入主用戶空閑頻譜或在不影響主用戶正常工作的情況下與主用戶共享頻譜，可實現(xiàn)其通信需求；而主用戶通過為從用戶提供頻譜接入，可獲得一定頻譜共享收益，進而激勵其頻譜共享行為。在存在多個從用戶競爭接入主用戶可用頻譜的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中，如何實現(xiàn)從用戶頻譜及功率分配，在確保不干擾主用戶通信情況下，實現(xiàn)從用戶的高效頻譜占用，提高網(wǎng)絡(luò)頻譜資源利用率及用戶QoS具有重要意義。
[0005]目前已有研究考慮從用戶資源分配方案，如申請?zhí)枮?01080061839的中國專利申請“在認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中用于信道和/或功率分配的方法及設(shè)備”，提出一種針對認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中從用戶功率分配的機制。該機制中首先為從用戶分配至少一個子信道以提高用戶間的公平性，繼而為從用戶進行功率分配，以最大化網(wǎng)絡(luò)容量。文獻[Chao Xu, MinShengj Chungang Yang,Xijun Wang,Liang Wang.Pricing Based Mult1-ResourceAllocation in OFDMA Cognitive Radio Networks:An Energy Efficiency Perspective.1EEE2013，pp.1-12.]提出了一種OFDMA認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)可有效提高從用戶能效的信道和功率分配機制。以上方法僅考慮信道條件確定下從用戶信道和功率分配，未考慮實際應(yīng)用場景中從用戶無法完全獲知主用戶信道占用信息情況下的優(yōu)化資源分配及定價策略，無法實現(xiàn)真實應(yīng)用環(huán)境中從用戶性能優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對以上問題，為保障主、從用戶通信性能，實現(xiàn)頻譜資源共享，提高認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)頻譜資源利用率，本發(fā)明提出一種不完美信道下基于非合作博弈理論的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)從用戶聯(lián)合定價及資源分配方法，通過建模求解從用戶非合作博弈模型，實現(xiàn)從用戶優(yōu)化子信道和功率分配及定價策略。
[0007]本發(fā)明提出的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)從用戶聯(lián)合定價及資源分配方法總的思路是:將認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中從用戶功率分配、子信道分配及頻譜定價問題建模為非合作博弈模型，根據(jù)主用戶在各子信道的活躍度確定基準(zhǔn)單位頻譜定價，從用戶對各子信道的單位頻譜出價及從用戶信道傳輸特性，建模從用戶效用函數(shù)，通過求解非合作博弈模型，得到從用戶優(yōu)化定價及資源共享策略。
[0008]具體步驟如下:
[0009]假設(shè)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中第η個主用戶授權(quán)占用子信道I = Ul，L^+2,...，Ln，其中，Ln表示截止到主用戶η授權(quán)子信道的總數(shù)，η = 1，2，...，N，N為系統(tǒng)中主用戶數(shù)目，令Ltl=O0各從用戶可占用多個子信道，而一個子信道最多支持一個從用戶的通信。建模網(wǎng)絡(luò)中各從用戶為博弈局中人，根據(jù)主用戶在各子信道上的速率、業(yè)務(wù)到達率及服務(wù)率，建模第
η個主用戶在子信道I上的活躍度為:
【權(quán)利要求】
1.一種不完美信道下基于非合作博弈理論的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)從用戶聯(lián)合定價及資源分配方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)建模網(wǎng)絡(luò)中各從用戶為博弈局中人，根據(jù)主用戶在各子信道上的活躍度不同，建立主用戶在對應(yīng)子信道的基準(zhǔn)定價； (2)根據(jù)從用戶信道特性，建立從用戶即局中人對各子信道的出價策略； (3)根據(jù)第η個主用戶活躍度因子，建模其對第I個子信道的基準(zhǔn)定價因子/ifI (4)建模第k個從用戶對第I個子信道的出價函數(shù)因子\ (5)根據(jù)主用戶對子信道I的基準(zhǔn)定價及從用戶k對子信道I的出價，得到從用戶k在子信道I上的單位頻譜定價P kl ; (6)根據(jù)從用戶信道傳輸特性，確定從用戶k共享頻譜所產(chǎn)生的收益函數(shù)Wk； (7)根據(jù)各子信道帶寬及單位頻譜定價確定從用戶k需支付的成本函數(shù)Ck； (8)基于從用戶共享頻譜產(chǎn)生的收益函數(shù)及需支付的成本函數(shù)，建模第k個從用戶的效用函數(shù)，Uk = Wk-Ck, k = 1，2，...，K，其中，K為從用戶總數(shù)； (9)基于從用戶效用函數(shù)，建立從用戶非合作博弈模型，通過優(yōu)化求解博弈模型，得到納什均衡解，對應(yīng)各從用戶優(yōu)化功率、頻譜分配及定價方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)的實現(xiàn)方法是:設(shè)第η個主用戶授權(quán)占用子?目道I = Ln-1+I) Ln-1+2>...，Ln?其中，L0 = O，Ln表不弟I至η個王用戶授權(quán)子信道的總數(shù)，η =1,2,...，N，N為系統(tǒng)中主用戶數(shù)目，根據(jù)主用戶在各子信道上的速率
及業(yè)務(wù)特性，調(diào)用公式
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)的實現(xiàn)方法為:由于各從用戶可占用多個子信道，一個子信道上最多支持一個從用戶通信，建模第k個從用戶對第I個子信道的幽猶乂 =
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(5)的實現(xiàn)方法為:根據(jù)主用戶對子信道I的基準(zhǔn)定價及從用戶k對子信道I的出價，得到從用戶k在子信道I上的單位頻譜定價
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(6)的實現(xiàn)方法為:各從用戶在不干擾主用戶的情況下，與主用戶共享子信道，建模第k個從用戶共享頻譜所產(chǎn)生的收益
函數(shù)，
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(7)的成本函數(shù)Ck;的求取公式為:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于，為實現(xiàn)各從用戶之間效用公平性，建模第k個從 州廠厶T’l 土兇丁 > M M k k=l，2，...，K，其中， 表示從用戶k的最小 ΛJL.速率需求，確定從用戶資源分配公平性限制條件= r2 =...= rK。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(9)優(yōu)化求解所建立的非合作博弈模型具體為:(1)初始設(shè)定從用戶k在子信道I上的發(fā)送功率
【文檔編號】H04W16/14GK103929819SQ201410171578
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】柴蓉, 周莉, 李亞平, 陳前斌 申請人:重慶郵電大學(xué)