[发明专利]一种基于不完全网络环境信息的分布式频谱共享方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术，特别涉及一种用于不具备完整网络环境信息的无线通信系统中的分布式频谱共享方法。

背景技术

随着移动无线通信技术的快速发展及宽带无线通信业务的不断出现和普及，剩余的可用空闲无线频谱资源越来越有限。与此同时，目前在大多数已被无线电频谱管理机构所正式分配的无线通信频段中频谱资源的利用率仍然很低。据美国权威机构测定，有70％以上已分配的无线频谱资源没有得到服务提供者的充分利用。这个情况显然和已受到广泛关注的频谱资源短缺情况相互矛盾，而当前无线电频谱管理机构所采用的静态和固定的频段分配方式被认为是造成上述矛盾的重要原因之一。因此，我们亟需一种可以有效解决无线频谱资源短缺的动态频谱管理方案，而能够实现频谱资源实时按需分配的频谱共享技术就被认为是现阶段一种非常有效的解决方案。

当具备频谱资源合法使用权的授权用户与不具备频谱资源合法使用权的认知用户达成频谱共享协议时，授权用户将自己的空闲频段租用给认知用户并从中收取一定的租金；而认知用户通过在租赁频段上传输自己的数据来获得一定的数据传输收益。在这一频谱租赁过程中，需要在有效提升授权用户和认知用户各自收益的基础上，合理地对频谱资源进行了动态分配。

然而，当前授权用户的通信设备通常对无线环境的检测能力相对不足，并且不同的授权用户(例如各个移动通讯营运商)之间存在着显著的信息壁垒。这就导致了授权用户之间以及授权与认知用户之间均缺乏对彼此所处的各种实时环境信息(包括无线环境、网络环境和业务环境)的了解，从而阻碍了授权和认知用户以分布式的方式达成对彼此均有益的频谱共享协议，不利于提高有限频谱资源的利用率，并限制了授权用户和认知用户参与频谱租赁的积极性。

发明内容

本发明的目的，就是针对上述问题，提出一种为由授权网络和认知网络所组成的无线通信系统进行频谱的方法。

本发明的技术方案：一种基于不完全网络环境信息的分布式频谱共享方法，其特征在于该方法基于逆向拍卖理论，建立包括认知网络基站、认知网络终端和授权用户在内的拍卖机制，在拍卖中采用多轮竞拍制度，由授权用户根据自身成本和收益目标多次竞拍认知网络终端发布的带宽需求，同时，在拍卖中授权用户为避免收益低于0，会自动结束竞拍，完成频谱分配；具体的方法为：

a.认知网络基站将其自身及认知网络终端的通信带宽需求广播给所有授权用户进行拍卖；

b.每个授权用户根据接收到的通信带宽需求结合本用户优化目标判断是否进行竞拍；所述用户优化目标为使授权用户所有频谱获得最大利用；

c.认知网络基站检测是否收到至少一个授权用户的竞拍请求，若是，则根据接收到的竞拍请求和基站优化目标为认知网络终端选择单个授权用户，由认知网络基站为每个认知网络终端选择单个授权用户，认知网络终端租用被选择的授权用户的空闲带宽，并根据分配结果更新通信带宽需求，返回步骤b；若否，则结束拍卖；所述基站优化目标为使认知网络终端获得最大收益。

进一步的，步骤b中，对每个授权用户PU_k，所述用户优化目标可通过求解以下公式获得：

其中，为授权用户PU_k在第j轮竞拍过程中希望与认知网络终端CT_i进行频谱共享而提出的单位带宽价格；c_k为授权用户PU_k的单位频带成本；w_i为认知网络终端CT_i所需的通信频段带宽；W_k为授权用户PU_k的空闲频谱带宽；的取值为0或者1，当取值为1时，则在第j轮拍卖中授权用户PU_k声明希望与认知网络终端CT_i进行频谱租赁，当取值为0时，则表示不参与竞拍；其中，下标k代表授权用户的序号，下标i代表认知网络终端的序号。

更进一步的，步骤b还包括以下步骤：

b1.根据授权用户PU_k的空闲频谱总带宽W_k和每个认知网络终端CT_i的频谱需求w_i，找出所有可能的频谱共享分配策略，即所有满足条件的集合

b2.针对每一个频谱共享分配策略通过以下步骤计算该频谱共享分配策略所对应的目标函数值：

b21.检查该策略中每个认知网络终端CT_i是否已经在第j-1轮频谱共享竞拍过程中被分配给了授权用户PU_k；