[发明专利]一种基于公平性的认知无线电频谱资源管理算法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体是一种基于公平性的认知无线电中频谱资源管理算法。在获得最佳系统收益的同时保证了频谱资源分配的公平性和节点的可靠通信。

背景技术

无线频谱资源一直由无线电频谱管理部门进行固定划分，即将某个频段固定分配给某种业务、某个无线业务运营商（或团体、部门等）。划分后的频段只能由该运营商所属的用户使用，其他非授权用户不能使用该频段，即使在授权用户空闲的情况下。然而，越来越多的研究证明这种分配方式是利用率非常低的，而且不能满足用户日益增长的对无线频谱资源的需求。

基于此，1999年JosephMitola提出了认知无线电（CR,Cognitive Radio）的概念。CR将一些被分配而未使用的频谱、以及一些虽然使用但未被充分利用的频谱找寻出来，并再次进行分配和使用，从而达到了较高的频谱利用效率，从一定程度上缓解了当前频谱紧张和业务发展的矛盾。伴随着认知无线电技术的兴起，动态频谱管理问题作为认知无线电中的一个极富挑战性的问题也越来越被更多人所关注。

动态频谱管理是在所有可行的信道分配中选出最优的信道分配集合U*，以此来达到目标函数的最优化。在过去的十几年中，很多研究人员提出了基于不同网络环境、不同目标函数的有效的动态频谱管理算法。例如，在Haitao Zheng and Chunyi Peng的文章“Collaboration and fairness in opportunistic spectrum access”中提出的基于三种不同的目标函数设计了三种不同的算法。又例如在Wei Wangand Xin Liu的文章“List-coloring based channel allocation for open-spectrum wireless networks”中提出的将图论中的本地涂色问题（LCP,local-coloring problem）应用于动态频谱管理的算法。但是很多基于图论的研究通过引入“邻居”的概念，将频谱分配问题同邻居的频谱分配联系起来，简化了节点间干扰，而且忽略了非邻居用户的累加干扰。如在L.Yang,L.Cao,and H. Zheng的文章“Physical interference driven dynamic spectrum management”中指出，多个链路的同时运行会引起足够大的累加干扰，从而导致传输失败，即使这些链路独自运行的时候都不会对传输造成影响。因而在这篇文章中提出了一种系统框架PLAN（physical conflict graph generator）,该框架通过考虑到节点所受到的累加干扰来提高算法的分配性能。随后，在SooyeolIm,Yunseok Kang,Wonsop Kim,Seunghee Kim,Jinup Kim and HyuckjaeLee的文章“Dynamic spectrum allocation with efficient SINR-based interference management”中提出了基于中心式的异构网络，提出了一种有效的频谱管理算法，但是该算法忽略了分配的公平性问题。

基于中心式的异构网络，本论文结合了比例公平算法（PF,proportional fairness）和物理干扰模型，在获得最佳系统收益的同时保证了分配的公平性和节点的可靠通信。

发明内容

本发明提出了一种在获得最佳系统收益的同时保证了分配的公平性和节点的可靠通信的基于公平性的认知无线电频谱资源管理算法。一种基于公平性的认知无线电频谱资源管理算法，其特征在于：其包括以下步骤：

第一步：根据不同网络类型对未充分利用或未被分配的频谱资源进行信道划分；

第二步：描述未充分利用或未被分配的频谱资源的参量，其中未充分利用或未被分配的频谱资源的总带宽W、网络类型t的信道宽度Wt、以及网络类型t的信道数量其中是取整运算；

第三步：引入三个可变参数a、b、c，增大a增大当前可获得的信道宽度w_t的影响，并获得更大的系统总收益，同时降低分配公平性，增大b和c提高分配公平性，同时降低系统总收益。

在上述技术方案的基础上，所述第三步还包括，每个基站自行选择一个可用的网络模型，然后对对应网络类型的信道进行竞标，基站1对信道m_t(m_t＝1,...,M_t)进行竞标，其i次循环中的目标函数设计如下：