專利名稱：：使ofdm主用戶收益最大化的認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種基于OFDM的使主用戶收益最大化的認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配方法，屬于無(wú)線通信中認(rèn)知無(wú)線電頻譜資源管理相關(guān)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：認(rèn)知無(wú)線電(CognitiveRadio)是ー種智能的頻譜共享技術(shù),它能夠依靠人工智能的支持，感知外界無(wú)線通信環(huán)境，根據(jù)一定的學(xué)習(xí)和決策算法，實(shí)時(shí)自適應(yīng)地改變系統(tǒng)エ作參數(shù)(如傳輸功率、載頻、調(diào)制方式)，理論上允許在時(shí)間、空間以及頻率上進(jìn)行多維的頻譜復(fù)用，從而極大地降低頻譜和帶寬的限制對(duì)無(wú)線技術(shù)發(fā)展的束縛，被預(yù)言為未來(lái)最熱門的無(wú)線技木。OFDM作為實(shí)現(xiàn)高速無(wú)線傳輸?shù)臒衢T技術(shù)之一，在認(rèn)知無(wú)線電概念提出伊始就因?yàn)槠潇`活性和自適應(yīng)性被認(rèn)為是認(rèn)知無(wú)線電傳輸技術(shù)的最佳選擇。由于空閑資源頻譜有限，次用戶之間需要競(jìng)爭(zhēng)使用頻譜資源，且不同的次用戶的優(yōu)先級(jí)、QoS要求可能不一樣，頻譜分配的主要目的就是根據(jù)次用戶不同的頻譜需求，公平有效地分配一定數(shù)量的頻譜資源，使得系統(tǒng)性能得到改善或逼近于最優(yōu)狀態(tài)。主次用戶合作式的認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配方式能夠通過(guò)用戶間的少量信息交流而有效的避免干擾，保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。在實(shí)時(shí)的頻譜交易市場(chǎng)中，主用戶有權(quán)從出讓自己空閑頻譜的過(guò)程中獲取收益，并且通過(guò)制定相應(yīng)的頻譜“租賃”規(guī)則，使利益在長(zhǎng)期的頻譜使用過(guò)程中達(dá)到最大化。基于主用戶自主行為的認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)，將以用戶個(gè)體利益驅(qū)動(dòng)為出發(fā)點(diǎn)，以不同條件下主用戶和次用戶行為的研究為依據(jù)，以合理完善的認(rèn)知無(wú)線電頻譜接入律令保證用戶收益相協(xié)調(diào)不沖突，并充分發(fā)揮用戶行為決策的自主性，主用戶需要在每個(gè)時(shí)隙上迅速做出頻譜分配的最優(yōu)決策，即在無(wú)線環(huán)境、頻譜政策、干擾限制的約束條件下，從多個(gè)潛在的次用戶中選出與空閑頻譜數(shù)量相適應(yīng)的有限用戶，允許其接入使用空閑頻譜。在認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中，由于不同子載波的信號(hào)來(lái)自不同的用戶，很難保證信號(hào)的參數(shù)一致或精確正交，因此需要抑制載波間相互干擾。其次，還要考慮次用戶誤碼率需求以及信道衰落因素對(duì)系統(tǒng)的影響，并綜合各因素對(duì)模型進(jìn)行了改進(jìn)，在保證次用戶不對(duì)相鄰用戶造成干擾的同時(shí)能達(dá)到最大的吞吐量。無(wú)休止賭博機(jī)(RestlessBandits)是研究一系列隨機(jī)序貫決策問(wèn)題的理論。指在一系列離散的或連續(xù)的時(shí)刻點(diǎn)上做出決策，系統(tǒng)將獲得與所處狀態(tài)和所采取決策有關(guān)的回報(bào)，并影響系統(tǒng)在下ー個(gè)決策時(shí)刻點(diǎn)所處的狀態(tài)，并以此影響未來(lái)的最終受益。它可以通過(guò)姆個(gè)項(xiàng)目的優(yōu)先權(quán)索引值(priority-index)解決,索引值可以通過(guò)線性規(guī)劃放寬(LinearProgrammingRelaxation)和原始雙重索引探索法(Primal-dualIndexHeuristic)求得。優(yōu)先權(quán)索引值能在離線(off-line)狀態(tài)計(jì)算并存儲(chǔ)在索引表(indextable)中，因而能顯著的降低在線(on-line)運(yùn)算量和實(shí)施復(fù)雜度。參考文獻(xiàn)P.Whittle,“Restlessbandits:Activityallocationinachangingworld，..ACelebrationofAppliedProbability.1988(25):287-298,和D.BerstimasandJ.Nino-Mora.“Restlessbandits,linearprogrammingrelaxations,andaprimaldualindexheuristic，，·OperationsResearch.2000,48(I):80-90。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的是在主用戶的角度上，考慮多個(gè)次用戶競(jìng)爭(zhēng)有限頻譜資源的情況，以主用戶收益最大化為目標(biāo)，構(gòu)建實(shí)時(shí)的基于OFDM的認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配系統(tǒng)。解決實(shí)時(shí)頻譜市場(chǎng)中多次用戶情況下的決策問(wèn)題，并通過(guò)優(yōu)化主用戶的行為決策提高主用戶收益。本發(fā)明所應(yīng)適應(yīng)的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景見(jiàn)圖I。本發(fā)明技術(shù)方案中的系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程原理圖見(jiàn)圖2。使OFDM主用戶收益最大化的認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配方法的技術(shù)方案是在PC機(jī)上按如下流程實(shí)現(xiàn)步驟(I)，至少ー個(gè)潛在的次用戶基站向ー個(gè)主用戶基站發(fā)送空閑頻譜的使用請(qǐng)求信息，其中至少包括各自的緩存數(shù)據(jù)量、平均數(shù)據(jù)到達(dá)速率λ、地理位置和誤碼率需求，所述次用戶基站和主用戶基站以下簡(jiǎn)稱為次用戶和主用戶；步驟(2)，主用戶按以下步驟收集各個(gè)所述次用戶的頻譜使用請(qǐng)求步驟(2.1)，在時(shí)隙t，主用戶以各個(gè)所述次用戶在時(shí)隙t下的數(shù)據(jù)緩存量為狀態(tài)建立ー個(gè)t時(shí)隙的次用戶狀態(tài)集合，簡(jiǎn)稱系統(tǒng)狀態(tài)向量，用ダ表示權(quán)利要求1.使OFDM主用戶收益最大化的認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配方法，其特征在于，是在PC機(jī)上按以下步驟仿真實(shí)現(xiàn)的步驟(I)，至少ー個(gè)潛在的次用戶基站向ー個(gè)主用戶基站發(fā)送空閑頻譜的使用請(qǐng)求信息，其中至少包括各自的緩存數(shù)據(jù)量、平均數(shù)據(jù)到達(dá)速率λ、地理位置和誤碼率需求，所述次用戶基站和主用戶基站以下簡(jiǎn)稱為次用戶和主用戶；步驟(2)，主用戶按以下步驟收集各個(gè)所述次用戶的頻譜使用請(qǐng)求步驟(2.I)，在時(shí)隙t，主用戶以各個(gè)所述次用戶在時(shí)隙t下的數(shù)據(jù)緩存量為狀態(tài)建立ー個(gè)t時(shí)隙的次用戶狀態(tài)集合，簡(jiǎn)稱系統(tǒng)狀態(tài)向量，用ダ表示全文摘要使OFDM主用戶收益最大化的認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配方法，屬于無(wú)線通信中認(rèn)知無(wú)線電頻譜資源管理相關(guān)領(lǐng)域。特征是主用戶作為頻譜的管理者與次用戶進(jìn)行信息交互，考慮OFDM多載波技術(shù)的特殊性，在確立目標(biāo)函數(shù)的過(guò)程中兼顧載波間干擾和用戶對(duì)誤碼率的需求，主用戶根據(jù)次用戶的緩存狀態(tài)等因素在每個(gè)時(shí)隙實(shí)時(shí)利用無(wú)休止賭博機(jī)模型做出決策進(jìn)行頻譜分配，同時(shí)設(shè)計(jì)了合理的頻譜價(jià)格和接入律令，規(guī)范系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程。本發(fā)明能使主用戶在多個(gè)次用戶的頻譜市場(chǎng)中實(shí)時(shí)選取次用戶使用頻譜，增加主用戶的收益。文檔編號(hào)H04W72/04GK102833759SQ201210291049公開(kāi)日2012年12月19日申請(qǐng)日期2012年8月15日優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日發(fā)明者司鵬搏,王慧琪,張蜜,張延華,孫艷華,孫恩昌,楊睿哲,冉祥胤,劉佳申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)