{UjieN}
[0057] 其中N是參與者的有限集，參與者i的策略集，定義策略空間為S =XSdi e N，則Ut:S-R為效用函數(shù)集；在博弈Γ中的每一個(gè)參與者i，效用函數(shù)1^是 關(guān)于Si和對(duì)手策略集S^勺函數(shù)。
[0058] 由于每一個(gè)博弈參與者都是獨(dú)立地做決策，而且受到其他參與者決策的影響，博 弈問題分析最關(guān)鍵是對(duì)博弈模型的納什均衡進(jìn)行分析；博弈到達(dá)納什均衡時(shí)，任何博弈參 與者都不會(huì)再改變自身的行動(dòng)策略；因此，對(duì)于博弈參與者的一組策略S={sys2，…，sN} 當(dāng)且僅當(dāng)A⑶彡A(Sl'，sJ，V/eiV，Sl'e&時(shí)，博弈到達(dá)納什均衡，該組行動(dòng)策略即為 納什均衡。
[0059]由最大化系統(tǒng)整體效用的目標(biāo)，我們可將博弈模型描述為一個(gè)最優(yōu)化問題：
[0060] Aopt=argmaxUtot(A)
[0061]約束條件：
[0062]
[0063]
[0064]
[0065]
[0066] 其中，^^和< 分別表示主用戶和認(rèn)知用戶的最小傳輸速率需求，<和iC分別 表示主用戶PR"和認(rèn)知用戶CRn在信道m(xù)上的實(shí)際傳輸速率，pmax為認(rèn)知用戶的最大發(fā)射功 率。
[0067] 認(rèn)知用戶的功率取決于主用戶的傳輸功率；針對(duì)每個(gè)？匕滿足其速率需求，保證其 誤碼率小于其誤碼率上限，則在其占用的信道上允許的最大干擾可以表示為：
[0068]
[0069] 其中，17<:"表示主用戶在信道m(xù)上的目標(biāo)比特誤碼率。
[0070] 那么，認(rèn)知用戶的發(fā)射功率滿足：
[0071]
[0072] 該模型給出了認(rèn)知用戶在可用信道上的頻譜分配方案，使得認(rèn)知用戶使用頻譜時(shí) 不對(duì)主用戶傳輸產(chǎn)生影響，最大化系統(tǒng)整體效用。
[0073] 步驟3-1中內(nèi)層粒子群算法其步驟為：
[0074] (1)計(jì)算每個(gè)粒子的適應(yīng)度值，
[0075]
[0076] 其中，Vrte[l,iV]，Vme[Uki]，B為信道帶寬，〇。為背景噪聲功率，ppt和 < 分別 對(duì)應(yīng)主用戶PR和CRn的發(fā)射功率，和€,,,,分別對(duì)應(yīng)PR和CR在信道m(xù)上的增益， 為主用戶對(duì)〇^的干擾；
[0077] (2)對(duì)認(rèn)知用戶和信道進(jìn)行編號(hào)，利用粒子更新公式對(duì)每個(gè)粒子的速度和位置進(jìn) 行更新；
[0078]離散粒子i更新公式如下：
[0079]
[0080]
[0081] 其中，粒子維度為1，粒子的位置g表示信道編號(hào)；
[0082] (3)如果當(dāng)前的迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的最大次數(shù)，或者最終結(jié)果小于預(yù)定收斂 精度，則停止迭代，輸出當(dāng)前各認(rèn)知用戶的信道偏好集合Φ。
[0083] 步驟3-2中外層粒子群算法其步驟為：
[0084] (1)計(jì)算每個(gè)粒子的適應(yīng)度值，
[0085]
[0086] 其中aniB1= 1表示CRnA用信道m(xù)，anini= 0則表示CRn沒有占用信道m(xù);
[0087]
[0088] 其中，V/;e[UV]，V/?e[1，Μ]，B為信道帶寬，σ。為背景噪聲功率，ppt和分別 對(duì)應(yīng)PR和CRn的發(fā)射功率，為CRn的目標(biāo)比特誤碼率，％",和分別對(duì)應(yīng)PR和CR 在信道m(xù)上的增益，為主用戶對(duì)〇^的干擾，分別對(duì)應(yīng)C&的發(fā)射功率，表示 〇^發(fā)射機(jī)到CRn接收機(jī)在信道m(xù)上的增益
t示其他認(rèn)知用戶對(duì)CRn的干 擾；
[0089] (2)對(duì)認(rèn)知用戶和信道進(jìn)行編號(hào)，利用粒子更新公式對(duì)每個(gè)粒子的速度和位置進(jìn) 行更新；由于信道編號(hào)是離散的，功率為連續(xù)的，因此對(duì)離散粒子和連續(xù)粒子分別采用不同 的更新公式；
[0090] 粒子i更新公式如下：
[0093] 其中，當(dāng)d為奇數(shù)時(shí)，.匕表示第f個(gè)認(rèn)知用戶經(jīng)過t次迭代后的所在信道編號(hào)；
[0091]
[0092] 當(dāng)d為偶數(shù)時(shí)，$表示第4個(gè)認(rèn)知用戶經(jīng)過t次迭代后所在信道的發(fā)射功率。 2
[0094] (3)如果當(dāng)前的迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的最大次數(shù)，或者最終結(jié)果小于預(yù)定收斂 精度，則停止迭代，輸出當(dāng)前的最優(yōu)頻譜分配結(jié)果和相應(yīng)的功率矩陣。
[0095] 前述對(duì)本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述 并非想將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進(jìn)行很多改變 和變化。對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實(shí)際應(yīng) 用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實(shí)施方案以及 各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求書及其等同形式所限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于嵌入式粒子群博弈的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)頻譜分配方法，其特征在于：其步驟為： 步驟1、提取認(rèn)知用戶特征信息； 步驟2、根據(jù)認(rèn)知用戶的特征建立非合作博弈模型； 步驟3、由內(nèi)外兩層粒子群算法，即嵌入式粒子群算法求解上述博弈模型； 步驟3-1、內(nèi)層粒子群算法根據(jù)各認(rèn)知用戶的特征求解計(jì)算博弈模型中每一個(gè)認(rèn)知用 戶的信道偏好集合； 步驟3-2、外層粒子群算法根據(jù)各認(rèn)知用戶的信道偏好集合求解非合作博弈模型，輸出 最優(yōu)頻譜分配結(jié)果和相應(yīng)的功率矩陣。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式粒子群博弈的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)頻譜分配方法，其特 征在于：步驟1中提取認(rèn)知用戶特征信息，即是通過控制信道收集認(rèn)知用戶的發(fā)射機(jī)和接 收機(jī)之間的距離、相對(duì)速度、以及地理位置的信息。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式粒子群博弈的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)頻譜分配方法，其特 征在于：步驟2中非合作博弈模型數(shù)學(xué)公式為： Γ = {N, {UjieN} 其中N是參與者的有限集，51是參與者i的策略集，定義策略空間為S= XSyi eN， 則Ut: S - R為效用函數(shù)集；在博弈Γ中的每一個(gè)參與者i，效用函數(shù)A是關(guān)于S 對(duì)手策 略集S 函數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于嵌入式粒子群博弈的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)頻譜分配方法，其特 征在于：當(dāng)一組策略S = {s^ s2,…，sN}當(dāng)且僅當(dāng)A⑶彡Ks/，s ;)，V/eiV，s/ e Si時(shí)， 博弈到達(dá)納什均衡，該組行動(dòng)策略即為納什均衡。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式粒子群博弈的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)頻譜分配方法，其特 征在于：步驟3-1中內(nèi)層粒子群算法其步驟為： (1) 計(jì)算每個(gè)粒子的適應(yīng)度值，其中，B為信道帶寬，σ。為背景噪聲功率，p 和分別對(duì)應(yīng) 主用戶PR和CRn的發(fā)射功率，和G:,,,分別對(duì)應(yīng)PR和CR在信道m(xù)上的增益，，為 主用戶對(duì)〇^的干擾； (2) 對(duì)認(rèn)知用戶和信道進(jìn)行編號(hào)，利用粒子更新公式對(duì)每個(gè)粒子的速度和位置進(jìn)行更 新； 離散粒子i更新公式如下：其中，粒子維度為1，粒子的位置￥丨表示信道編號(hào)； (3) 如果當(dāng)前的迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的最大次數(shù)，或者最終結(jié)果小于預(yù)定收斂精度， 則停止迭代，輸出當(dāng)前各認(rèn)知用戶的信道偏好集合Φ。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式粒子群博弈的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)頻譜分配方法，其特 征在于：步驟3-2中外層粒子群算法其步驟為： (1) 計(jì)算每個(gè)粒子的適應(yīng)度值，其中ani"= 1表示CR n占用信道m(xù)，a ηιΠ1= 0則表示CR n沒有占用信道m(xù) ;其中，則，￥?€[1，射]，B為信道帶寬，為背景噪聲功率，ppt和g分別對(duì)應(yīng) PR和CRn的發(fā)射功率，肪iC為CRn的目標(biāo)比特誤碼率，和分別對(duì)應(yīng)PR和CR在信 道m(xù)上的增益，，為主用戶對(duì)0^的干擾，K分別對(duì)應(yīng)C&的發(fā)射功率，表示C& 發(fā)射機(jī)到CRn接收機(jī)在信道m(xù)上的增益，表示其他認(rèn)知用戶對(duì)〇^的干擾； (2) 對(duì)認(rèn)知用戶和信道進(jìn)行編號(hào)，利用粒子更新公式對(duì)每個(gè)粒子的速度和位置進(jìn)行更 新；由于信道編號(hào)是離散的，功率為連續(xù)的，因此對(duì)離散粒子和連續(xù)粒子分別采用不同的更 新公式； 粒子i更新公式如下：其中，當(dāng)d為奇數(shù)時(shí)，4表示第￥個(gè)認(rèn)知用戶經(jīng)過t次迭代后的所在信道編號(hào)；當(dāng)d 為偶數(shù)時(shí)，4表示第4個(gè)認(rèn)知用戶經(jīng)過t次迭代后所在信道的發(fā)射功率。 .2 (3) 如果當(dāng)前的迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的最大次數(shù)，或者最終結(jié)果小于預(yù)定收斂精度， 則停止迭代，輸出當(dāng)前的最優(yōu)頻譜分配結(jié)果和相應(yīng)的功率矩陣。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于嵌入式粒子群博弈的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)頻譜分配方法。提取認(rèn)知用戶特征信息；根據(jù)認(rèn)知用戶的特征建立非合作博弈模型；由內(nèi)外兩層粒子群算法，即嵌入式粒子群算法求解上述博弈模型；內(nèi)層粒子群算法根據(jù)各認(rèn)知用戶的特征求解計(jì)算博弈模型中每一個(gè)認(rèn)知用戶的信道偏好集合；外層粒子群算法根據(jù)各認(rèn)知用戶的信道偏好集合求解非合作博弈模型，輸出最優(yōu)頻譜分配結(jié)果和相應(yīng)的功率矩陣。本發(fā)明在underlay頻譜共享方式下，通過嵌入式粒子群算法求出最優(yōu)頻譜分配方案。結(jié)合了博弈論方法和粒子群算法，聯(lián)合信道分配和功率控制，快速分配頻譜資源，并且在主用戶能夠容忍最大的干擾門限內(nèi)，最大化認(rèn)知用戶的收益和系統(tǒng)收益。
【IPC分類】H04W28/08, H04W16/10, H04W72/08, H04W52/36
【公開號(hào)】CN105282746
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510578014
【發(fā)明人】劉覺夫, 楊將, 黃德昌, 胡靜, 王建旭, 陳婧琳, 李波, 梁煜, 鐘鵬久
【申請(qǐng)人】華東交通大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年9月11日