[发明专利]基于匹配博弈的全双工认知无线电网络信道分配方法

说明书

本发明公开了一种基于匹配博弈的全双工认知无线电网络信道分配方法，基于匹配博弈的信道分配，使得参与感知的非授权次用户可以合作地感知多个不同的信道，从而提高感知性能，保护授权主用户数据传输的同时最大化整个认知无线电网络的吞吐量。本发明使用匹配博弈的方法来解决全双工认知无线电网络下合作频谱感知的信道分配问题，实现认知无线电网络的吞吐量最大化同时尽可能地保护主用户的数据传输。本发明是考虑在全双工多信道背景下的信道分配，相较于传统地穷举搜索和贪心算法，具有复杂度低的优点，同时随着次用户数量的增多，相比于贪心算法，匹配算法更接近于穷举搜索的精确解。

技术领域

本发明涉及全双工技术的认知无线电网络下合作频谱感知中信道分配问题，尤其是一种基于匹配博弈的全双工认知无线电网络信道分配方法。

背景技术

随着无线应用地快速发展，频谱成为一种稀缺的资源。为了充分利用频谱资源，学术界提出了一种认知无线电网络，它使得未授权的次用户可以以机会接入的方式使用空闲的频谱。在认知无线电网络中，为了保护主用户的数据传输，次用户需要在接入信道之前感知信道以判断信道是否空闲。为了降低由于阴影和路损引起的错误检测概率，学术界提出合作频谱感知，合作频谱感知允许多个次用户合作感知多个信道。在合作频谱感知中，存在一个融合中心，负责收集和组合次用户的感知结果，然后最终确定该信道的可用性。

大部分已经存在的传统认知无线电网络中合作频谱感知方案都是采用的半双工模式，即在每个时隙中，次用户在传输数据之前必须进行频谱感知。因此，在半双工模式下的认知无线电网络，次用户必须牺牲传输数据的时间来进行频谱感知，即使存在一段较长且连续的空闲频谱，次用户的数据也需要被分割在多个不连续的时隙中进行传输。此外，在次用户传输数据阶段，次用户不可以进行频谱感知，这就会可能造成对主用户的干扰。为了充分利用空闲频谱同时保护主用户的正常数据传输，最近的一些文献，例如作者程的发明《非时隙认知无线电网络中全双工频谱感知》以及作者廖的发明《监听且交谈：全双工认知无线电》等中都提出了采用全双工模式的认知无线电网络，次用户可以同时进行数据传输和频谱感知。全双工技术最大的挑战是如何消除本地输出对输入造成的自干扰问题。但是，最近的一些研究，例如作者张的发明《5G网络中全双工技术：自干扰消除，协议设计和中继选择》和作者Everett的发明《全双工基础设施节点中被动式自干扰压缩》等在自干扰抑制问题上有了很大的进步，这使得全双工技术更加具有实用价值。在全双工模式下的认知无线电网络，每个次用户配有两根天线，用于同时进行数据传输和频谱感知。在这种情况下，感知时延不再受到限制，并且只要信道空闲，次用户可以进行联系的数据传输。

目前，在全双工认知无线电网络下的合作频谱感知方面存在一些研究工作，例如作者廖的发明《全双工认知无线电网络下的合作频谱感知》和作者Tuan的发明《在全双工认知无线电网络下通过优化检测阈值达到吞吐量最大化》等，主要是比较全双工与半双工的区别或者研究单信道情况下的吞吐量最大化等优化问题，并没有涉及多信道下的信道分配问题。然而，多信道下的全双工认知无线电网络在实际环境中更为常见。最近的一些关于多信道的合作频谱感知研究工作比较多，例如《在多信道认知无线电网络下合作频谱感知的优化》以及《在多信道认知无线电网络下合作频谱感知中的信道分配》等，虽然他们有考虑多信道情况下的信道分配问题，但却没有考虑全双工模式。

发明内容

发明目的：为保护主用户正常的数据传输同时最大化次用户网络的吞吐量，本发明提出一种基于匹配博弈的全双工认知无线电网络信道分配方法。该方法在全双工认知无线电网络背景下，采用匹配博弈的理论，提出了一个低复杂度的匹配博弈方法，根据每个信道对应每个次用户组合的吞吐量选择最优的信道分配方案，实现次用户网络的吞吐量最大化同时不干扰主用户的正常数据传输。

技术方案：为实现上述目的，本发明提出了一种全双工认知无线电网络下合作频谱感知中基于匹配博弈的信道分配方法，主要用于在应用全双工技术的认知无线电网络下合作频谱感知中的利用匹配博弈的方法解决多信道中的信道分配问题，使得合作感知的性能更高，从而在保护主用户正常传输数据的情况下最大化次用户网络的吞吐量。