[发明专利]基于非合作博弈论的认知无线网络频谱资源优化分配方法

说明书

本发明公开一种基于非合作博弈论的认知无线网络频谱资源优化分配方法，首先由授权用户根据自身的使用状况，统计出空闲频谱数量，并对这一部分频谱进行定价，然后授权用户将频谱定价信息传送给各认知用户，认知用户之间根据自身需求和当前频谱价格，经过非合作博弈后取得频谱的使用权限，最后各认知用户将其最佳需求频谱数量传递给授权用户，授权用户按照其申请的频谱数量将频谱分配给认知用户，频谱分配过程完成。本发明相较于其他同类技术，具有步骤简单、计算方便、收敛快的特点。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于非合作博弈论的认知无线网络频谱资源优化分配方法。

背景技术

在无线通信技术不断发展的今天，移动通信用户数量日益庞大，加上越来越多的传统行业融入互联网技术的发展，使得无线频谱资源日益匮乏。与之相背的是，即使当前的频谱资源已经十分紧张，但是在这些授权频谱中仍存在着大量闲置未被使用的频谱资源，导致频谱利用率极低，造成这一不合理现象的根本原因在于当前对频谱资源的固定分配方式。将部分频段固定分配给授权用户，即使该用户不使用该频段时，也不允许其他用户使用，这种频段称为授权频段，最典型的例子就是广播电视频段。为了解决频谱利用率低的问题，人们尝试了多种方法，例如码分多址(CDMA)、高速下行分组接入(HSDPA)、正交频分复用(OFDM)和多输入多输出(MIMO)技术等等，但这些技术只能通过高效的编码技术来改善当前被允许使用频段的频谱利用率，并不能从根本上解决对空闲频谱的利用问题，于是人们提出了认知无线电的概念。

认知无线电系统是一种频谱动态可调节的系统。在认识无线电系统中，拥有授权频谱的用户称为授权用户，没有授权频谱的用户称为认知用户，认知用户传输信息时必须租用授权用户的授权频谱，并且认知用户可综合考虑自身需求和经济成本后，自主选择频谱的租用数量，在这一过程中就涉及到最佳的频谱租入策略博弈问题。因此，认知无线电的核心问题之一就是解决认知用户之间的频谱分配问题，而博弈论正是解决这一问题的有力工具。

发明内容

本发明所要解决的是当前频谱资源匮乏的问题，提供一种基于非合作博弈论的认知无线网络频谱资源优化分配方法。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

基于非合作博弈论的认知无线网络频谱资源优化分配方法，包括步骤如下：

步骤1、授权用户统计出闲置频谱，并依据当前频谱利用率和自身频谱使用情况等条件，对频谱资源进行定价；

步骤2、授权用户完成对频谱资源的定价后，将频谱价格函数提交至频谱中心，由频谱中心将频谱价格函数告知各认知用户；

步骤3、各认知用户根据自身需求和当前频谱价格，并与其他认知用户间进行非合作博弈，综合考虑后得到各认知用户的最佳需求频谱数量；

步骤4、各认知用户将最佳需求频谱数量提交至频谱中心，并向频谱中心支付相应的频谱租赁费用；

步骤5、频谱中心收到认知用户租金后转交至授权用户，并根据认知用户的最佳需求频谱数量对频谱资源进行分配；当闲置频谱分配给认知用户后，认知用户即可使用其租用频段进行通信传输，授权用户不再使用该频段。

上述步骤1的子步骤如下：

步骤1.1、引入与授权用户的频谱占用数量B^req成反比例关系的效用调节函数，并基于该效用调节函数设计授权用户的效用函数u_p(b_i)：

步骤1.2、求得授权用户的效用函数相对于认知用户的频谱租用数量的导函数，并令该导函数等于零，以求得使其效用函数最大化时所对应的频谱价格函数p(b_i)；