[发明专利]基于博弈类型选择的动态频谱分配的实现方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域的认知网络的频谱资源管理设计方法，尤其涉及一种基于博弈类型选择的动态频谱分配的实现方法。

背景技术

随着无线通信业务需求的持续增长，目前适宜于无线通信服务的频段已变得十分拥挤，监管机构已经认识到传统的固定频谱方式是非常低效的。基于认知无线电的动态频谱分配允许次级用户(未授权用户)在不干扰初级用户(授权用户)通信的前提下，以协商和择机的方式动态接入初级用户的空闲频段，从而提高频谱利用率。因此，动态频谱分配被认为是缓解无线频谱短缺、提高频谱利用率的关键技术之一。

在认知无线网络中，用户设备设备具有一定认知能力，单个用户的频谱决策会受到自身其他用户决策的影响；同时，用户的决策是自主的。因此，博弈论模型是研究动态频谱分配的常用工具，许多学者已对此展开了研究。Zhu给出了基于博弈论的动态频谱分配研究的综述。Zhao等利用博弈论对认知网络进行性能评估，并给出了度量方法和效用函数。为保证PU的QoS和SU的BER要求，Attar等提出了一种基于合作博弈和纳什谈判的分配框架。针对用户的自私特性，Wang等提出了机制设计问题，使得讲真话成为局中人的最好策略。Wu等提出了一种基于惩罚的重复博弈模型，使得用户有动机交换自己的真实信息。频谱租赁和次级频谱交易市场是实现动态频谱分配的重要类型。Jayaweera等研究了借助功率控制的博弈实现了异构网络的动态频谱租赁问题。在Niyato等建立的次级频谱市场交易模型中，多个PU为赢得SU展开非合作博弈。Mihaela等利用随机博弈分析了多种集中式和分布式次级频谱接入市场，并给出了可以满足效用和公平性度量目标的最优策略。Huang和Gandhi分析了在干扰限制约束下的拍卖博弈问题。

已有的研究多假定动态频谱分配的博弈类型是不变的，实际上，频谱分配过程中局中人的博弈类型会随着不同的竞价和需求态势发生改变。比如CRBS可以降低自己的出价以换取更多的频谱需求，从而提高自己的收益。在本专利中，我们研究了也即认知基站面对多类型终端设备的接入请求，如何通过一对一的定价博弈提高自己的收益，同时鼓励用户的频谱利用。研究表明，基站可以根据SU的频谱利用能力，灵活地选择博弈类型以最大化自己的收益，同时不损害SU的收益，并鼓励SU的频谱利用。提出的频谱分配流程可以有效地保证博弈的顺利进行，并同已有流程兼容。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效地增加认知基站和次级用户的回报，并促进频谱利用的基于博弈类型选择的动态频谱分配的实现方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：在通信场景中，认知基站(cognitive radio base station，CRBS)和次级用户(secondary users，SU)的行为有以下阶段：

(1)CRBS提出频谱报价w；

(2)SU观测到(并接受)w，随后选择频谱使用量L；

(3)CRBS和SU的回报分别为U(w，L)和π(w，L)；

对于第一阶段中CRBS提出的任意报价w，SU在第二阶段中通过最大化其回报来决定最优的频谱需求L^*(w)，即

maxL≥0π(w,L)=maxL≥0{R(L)-wL}]]>

求得最优频谱需求L^*(w)；

逆推到第一阶段，CRBS选择w^*使U(w^*，L^*(w^*))达到最大化，该报价被称为动态博弈下的最优单位报价，记为下式的解：