[发明专利]基于需求因子的频谱共享博弈方法

权利要求书

1.一种认知无线电系统中基于需求因子的频谱共享方法，其特征在于该方法构建了基于需求的次用户博弈模型，该模型中的频谱需求度参数不仅考虑了次用户因为业务不同而导致对频谱需求不同这一因素，而且还考虑了可以共享到的频谱数量对需求的影响，次用户共享的频谱越多，则对频谱的需求度会相对降低，效用函数中的需求度是共享频谱的函数，是一个变量，具体的方法为：

a、构建博弈模型：将频谱共享问题模型化为古诺博弈模型，N个次用户作为博弈的参与者，采取的策略为每个次用户需求的频谱数量，主用户根据次用户的需求不断调整出价，共享的频谱越多则出价越贵，次用户相互竞争租得需要的频谱数，以使得自身的利益最大化。设主用户对次用户的出价函数为其中，b_j为次用户j租到的频谱，x、y和τ都为非负常数，τ≥1(保证出价函数为凸函数)，B表示所有主系统租借到的频谱组成的集合，即B＝{b₁，.....b_N}，同时令w代表主用户对频谱的成本衡量，故而，必须保证条件成立，以保证主用户共享频谱的可行性和积极性。

次用户效用函数为π_i(B)＝D_ik_ib_i-b_ic(B)，其中第一项为次用户在共享到的频谱上传输时得到的效益，k_i为次用户的频谱利用率，b_i为次用户i租到的频谱，D_i为次用户对频谱的需求函数；第二项为次用户租借频谱所付出的代价。根据鲍尔模型，定义次用户的频谱需求函数为D_i＝max(m_i-n*Q，0)，其中m_i为次用户自身的特征参数，随业务需求而产生变化，n为常数，Q为博弈中次用户所租借到的总频谱数则π_i(B)＝(m_i-nQ)k_ib_i-b_ic(B)。

b、计算次用户共享的频谱数：定义B_-i＝{b_j|j＝1，...，N；j≠i}表示除次用户i外的其它次用户的策略集合，这样对于某个次用户来说，分配的频谱数与其它次用户的决策有关，B＝B_-i∪{b_i}表示所有用户的策略集合。在给定其他参与者的行为时，没有任何参与者会选择不同的行为来提高自身收益，此时的状态就是纳什均衡。这里给出最佳响应函数的定义为集合在满足时为纳什均衡解的集合，表示次用户j的最佳策略，j≠i；求解方程可以得到效用的最大值，即对于次用户i，给定了次用户j的策略B_-i＝{b_j|j＝1，...，N；j≠i}；根据上式就可得到次用户i的最佳响应函数，以同样的方法求出每个次用户的最佳响应函数；

c、频谱最佳响应函数的求解过程：根据边际效用函数调整共享的频谱b_i，此时频谱博弈模型为b_i(t)表示t时刻的次用户i分配的频谱大小，α_i是次用户i的收敛速度调整参数，也就是学习因子；从模型中可以看出频谱是动态分配的，某一时刻次用户只能与主用户通信并知晓前一时刻其他次用户的部分信息，对当前时刻其他次用户的信息无法得知；将代入上式，博弈模型可以表示成

bi(t+1)=bi(t)+aαibi(ki(mi-2nbi-nΣj≠ibi)-x-y(Σbi∈Bbi)τ-ybiτ(Σbi∈Bbi)τ-1]]>

具体实现过程如下：

(1)当t＝0时，为次用户i设定初始频谱b_i(t)，并设定授权给主用户的频谱大小为B_tot；

(2)当t＝t+1时，根据求出b_i(t+1)；

(3)若则算法结束，所得的频谱b_i(t)即为求得的最佳频谱组合；若判断b_i(t+1)与bi(t)：若b_i(t+1)＝b_i(t)，则算法结束，所得的频谱b_i(t)即为求得的最佳频谱组合；否则返回步骤(2)继续执行。