[发明专利]协作认知无线网络中基于斯塔克伯格博弈的频谱共享方法

摘要

本发明公开了一种协作认知无线网络中基于斯塔克伯格博弈的频谱共享方法，包括步骤信息采集阶段，博弈阶段，数据发送阶段。本发明结合认知无线电网络中主次用户的主从特性，将以主用户为主导者，多个费合作的认知发送用户为从属者的两级斯塔克伯格博弈模型引入到频谱共享中来。考虑主用户由于自身能量的有限，主用户处在不同能量级时对其传输数据消耗能量的在意程度不同，进而影响其在频谱共享过程中的决策。采用两阶段频分多址接入(FDMA,frequency division multiple access)协作转发方式，保证认知用户通信的连续性，频谱资源通过动态博弈分配，对认知用户起到更好的激励作用。充分考虑主次用户最大化自身效用的需求，达到主次用户“双赢”的局面，提高了频谱的利用率。

主权项

协作认知无线网络中基于斯塔克伯格博弈的频谱共享方法，所述协作认知无线网络的主网络为由多个主用户PU与一个基站BS构成的基础设施网络，主用户PU以时分多址接入方式与基站BS通信，基站BS给每个主用户PU分配的时隙为T，假设每个主用户的频谱带宽均为W，认知网络包括N个认知发送用户STi(i＝1,2,...,N)及认知接收用户SRi对，其特征在于，包括以下步骤：101、将主用户PU和次用户之间的频谱共享采用两阶段FDMA协作转发方式，主用户PU将自己的频谱分为τW和(1‑τ)W两个相互正交的子频带；102、基站BS分别估计主用户PU与基站BS间链路的信道增益GPB及认知发送用户STi与基站BS间链路的信道增益认知发送用户STi估计主用户PU与认知发送用户STi间链路的信道增益认知接收用户SRi估计认知发送用户STi与认知接收用户SRi间链路的信道增益并将估计的信道增益GPB、信道增益信道增益及信道增益转发给主用户PU；103、建立以主用户PU为主导者，多个非合作的认知发送用户STs为从属者的两级斯塔克伯格博弈模型，首先建立主用户PU的效用函数其中，UPD,UPC分别是主用户PU在直传和协作方式下获得的效用，RPD是PU直传的吞吐量，EPD是PU直传消耗的能量，RPC为PU协作方式下的吞吐量，EPC为PU在协作方式下传输消耗的能量，I(EP0)是PU的现有能量级对PU传输消耗能量的在意程度函数，EP0为PU的现有能量；然后建立认知发送用户STi的效用函数为：其中为STi获得的吞吐量，为STi为PU传输数据消耗能量的单位成本，为STi帮助PU转发数据消耗的能量，采用斯塔克伯格博弈法对(1)和(2)进行博弈，PU估算出最优频谱分配系数τ*和最优传输功率如果τ*＝1，主用户向所有认知用户广播不租借频谱的信息，反之，主用户将τ*,广播给所有的认知发送用户，主用户选择能使其效用函数最大化的认知发送用户集作为中继节点用户，主用户向所有中继节点用户反馈一个参考信息，每个被选中的认知发送用户根据参考信息计算自己用于协作的传输功率104、当主用户选择直传方式，主用户使用自己的全部频谱资源传输数据，认知发送用户不帮助主用户传输数据，同时认知发送用户因为未成功租赁到频谱，也就不能传输自己的数据；如果主用户选择协作方式时，主用户与认知发送用户在第一个子频带即带宽为τ*W上协作传输主用户的数据，被选作中继的各认知发送用户在第二个子频带即带宽为(1‑τ*)W上以正交频分复用的方式在分配给它的频段上传输自己的数据。