使OFDM主用户收益最大化的认知无线电频谱分配方法，属于无线通信中认知无线电频谱资源管理相关领域。特征是主用户作为频谱的管理者与次用户进行信息交互，考虑OFDM多载波技术的特殊性，在确立目标函数的过程中兼顾载波间干扰和用户对误码率的需求，主用户根据次用户的缓存状态等因素在每个时隙实时利用无休止赌博机模型做出决策进行频谱分配，同时设计了合理的频谱价格和接入律令，规范系统运行过程。本发明专利技术能使主用户在多个次用户的频谱市场中实时选取次用户使用频谱，增加主用户的收益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于OFDM的使主用户收益最大化的认知无线电频谱分配方法，属于无线通信中认知无线电频谱资源管理相关领域。
技术介绍
认知无线电(Cognitive Radio)是ー种智能的频谱共享技术,它能够依靠人工智能的支持，感知外界无线通信环境，根据一定的学习和决策算法，实时自适应地改变系统エ作參数(如传输功率、载频、调制方式)，理论上允许在时间、空间以及频率上进行多维的频谱复用，从而极大地降低频谱和带宽的限制对无线技术发展的束缚，被预言为未来最热门的无线技木。OFDM作为实现高速无线传输的热门技术之一，在认知无线电概念提出伊始就因为其灵活性和自适应性被认为是认知无线电传输技术的最佳选择。由于空闲资源频谱有限，次用户之间需要竞争使用频谱资源，且不同的次用户的优先级、QoS要求可能不一样，频谱分配的主要目的就是根据次用户不同的频谱需求，公平有效地分配一定数量的频谱资源，使得系统性能得到改善或逼近于最优状态。主次用户合作式的认知无线电频谱分配方式能够通过用户间的少量信息交流而有效的避免干扰，保证数据传输质量。在实时的频谱交易市场中，主用户有权从出让自己空闲频谱的过程中获取收益，并且通过制定相应的频谱“租赁”规则，使利益在长期的频谱使用过程中达到最大化。基于主用户自主行为的认知无线电系统，将以用户个体利益驱动为出发点，以不同条件下主用户和次用户行为的研究为依据，以合理完善的认知无线电频谱接入律令保证用户收益相协调不冲突，并充分发挥用户行为决策的自主性，主用户需要在每个时隙上迅速做出频谱分配的最优决策，即在无线环境、频谱政策、干扰限制的约束条件下，从多个潜在的次用户中选出与空闲频谱数量相适应的有限用户，允许其接入使用空闲频谱。在认知无线电系统中，由于不同子载波的信号来自不同的用户，很难保证信号的參数一致或精确正交，因此需要抑制载波间相互干扰。其次，还要考虑次用户误码率需求以及信道衰落因素对系统的影响，并综合各因素对模型进行了改进，在保证次用户不对相邻用户造成干扰的同时能达到最大的吞吐量。无休止赌博机(Restless Bandits)是研究一系列随机序贯决策问题的理论。指在一系列离散的或连续的时刻点上做出决策，系统将获得与所处状态和所采取决策有关的回报，并影响系统在下ー个决策时刻点所处的状态，并以此影响未来的最終受益。它可以通过姆个项目的优先权索引值(priority-index)解决,索引值可以通过线性规划放宽(LinearProgramming Relaxation)和原始双重索引探索法(Primal-dual Index Heuristic)求得。优先权索引值能在离线(off-line)状态计算并存储在索引表(index table)中，因而能显著的降低在线(on-line)运算量和实施复杂度。參考文献P. Whittle, “Restlessbandits:Activity allocation in a changing world，. .A Celebration of AppliedProbability. 1988(25):287-298,和 D.Berstimas and J. Ni no-Mora. “Restlessbandits, linear programming relaxations, and a primal dual index heuristic，，·Operations Research. 2000, 48(I):80-90。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是在主用户的角度上，考虑多个次用户竞争有限频谱资源的情况，以主用户收益最大化为目标，构建实时的基于OFDM的认知无线电频谱分配系统。解决实时频谱市场中多次用户情况下的决策问题，并通过优化主用户的行为决策提高主用户收益。本专利技术所应适应的认知无线电网络场景见图I。本专利技术技术方案中的系统运行过程原理图见图2。使OFDM主用户收益最大化的认知无线电频谱分配方法的技术方案是在PC机上按如下流程实现步骤(I)，至少ー个潜在的次用户基站向ー个主用户基站发送空闲频谱的使用请求信息，其中至少包括各自的缓存数据量、平均数据到达速率λ、地理位置和误码率需求，所述次用户基站和主用户基站以下简称为次用户和主用户；步骤(2)，主用户按以下步骤收集各个所述次用户的频谱使用请求步骤(2. 1)，在时隙t，主用户以各个所述次用户在时隙t下的数据缓存量为状态建立ー个t时隙的次用户状态集合，简称系统状态向量，用ダ表示本文档来自技高网...
【技术保护点】
使OFDM主用户收益最大化的认知无线电频谱分配方法，其特征在于，是在PC机上按以下步骤仿真实现的：步骤(1)，至少一个潜在的次用户基站向一个主用户基站发送空闲频谱的使用请求信息，其中至少包括：各自的缓存数据量、平均数据到达速率λ、地理位置和误码率需求，所述次用户基站和主用户基站以下简称为次用户和主用户；步骤(2)，主用户按以下步骤收集各个所述次用户的频谱使用请求：步骤(2.1)，在时隙t，主用户以各个所述次用户在时隙t下的数据缓存量为状态建立一个t时隙的次用户状态集合，简称系统状态向量，用表示：Sg表示状态为g的次用户，状态用Sg(t)表示，S0(t)表示缓存数据量为0，依次递增，SG(t)表示所需数据缓存量已超过了该次用户数据缓存量的存储能力，迫切需要频带传输数据以保证能正常运转，正准备转向其它主用户网络，G+1是状态总数，步骤(2.2)，对应于次用户的不同状态，主用户设置每Mb数据流量价格和状态价格，随着状态递增，状态价格按设定的等量递增，从而建立下述T个时隙总收益R：R=Σt=0T-1(Rva(t)+Rsa(t)),为时隙t单位数据流量价格，是设定值，是随时间而变的，为时隙t状态价格，是设定值，是随时间而变的，次用户发生的上述两种价格的行为统一表示为an(t)=1表示次用户在时隙t占用主用户的空闲频谱进行数据传输，an(t)=0表示次用户没有占用主用户的空闲频谱，步骤(2.3)，主用户将步骤(2.2)中的上述信息形成一个短期的频谱租赁协议Spectrum？LeaseProtocol简称SLP，广播给其覆盖范围内所有所述潜在次用户；步骤(3)，主用户按以下步骤进行频谱租赁准备：步骤(3.1)，若潜在的所述次用户不接受主用户在步骤(2.3)中设置的频谱租赁协议SLP，则转向其它主用户所在的网络，若接受，则向所述主用户发送接受消息，步骤(3.2)，主用户根据接受所述频谱租赁协议的次用户数N和主用户在时隙t时的M个空闲频带，计算从N个次用户中所选择M个空闲频带的优先索引值表，M≤N，步骤如下：步骤(3.2.1)，主用户按以下步骤计算次用户n的行为为a时的状态转移概率矩阵其中：pEE为当前时隙t次用户n缓存数据量持续为0的概率，pBK为当前时隙t次用户n因缓存数据量超过缓存阈值而转向其它主用户网络后因为缓存数据量减少又回到当前主用户网络的概率，为设定的估计值，pOT为当前时隙t次用户n转向其它主用户网络后仍然不在当前主用户网络中的概率，为设定的估计值，pOT+pBK=1，次用户n在不接入空闲频谱a(t)=0时，从状态g转到状态g′的概率表示为：Pgg′0=P{(ϵg′-1-(ϵg+ϵg-12))≤X≤(ϵg′-(ϵg+ϵg-12))},次用户n在接入空闲频谱a(t)=1时，从状态g转到状态g′的概率表示为：Pgg′1=P{(ϵg′-1-(ϵg+ϵg-12)+vn)≤X≤(ϵg′-(ϵg+ϵg-12)+vn)},εg是状态Sg(t)的上限，为设定值，g=1,2,…,g,…G,g′=1,2,…,g′,…G,g≠g′，X是一个正整数k，在k＝0,1,2,…,K间取值，K是一个有限的正整数，为设定值，λ为次用户平均数据到达速率，vn是次用户能达到的传输速率，vn=Δf·log2(1+τn·hnWnσ2+ΣI·i′j′),其中：i′=1,2,…,i′…,I,I=M,j′=1,2,…,j′…,J,J=M,i′≠j′，i′,j′分别是从所述N个次用户中被选中的两个次用户的子载波的序号，在数据上等于使用的两个空闲频带的序号，Δf是相邻两个子载波i′,j′的频率间隔，为设定值，τn为一个常数，与次用户n的误码率BERn有关，对于加性高斯白噪声信道，τn与BERn间 满足：τn=1.5-ln(5BERn),σ2为加性高斯白噪声的单边功率谱密度，为己知值，hn为次用户n的信道增益，为己知值，Wn是每一个次用户n的总的发送功率，为次用户ni的子载波i′对次用户nj的子载波j′造成的干扰，表示为I·i′j′(di′j&...
【技术特征摘要】
1.使OFDM主用户收益最大化的认知无线电频谱分配方法，其特征在于，是在PC机上按以下步骤仿真实现的步骤(I)，至少ー个潜在的次用户基站向ー个主用户基站发送空闲频谱的使用请求信息，其中至少包括各自的缓存数据量、平均数据到达速率λ、地理位置和误码率需求...
【专利技术属性】
技术研发人员：司鹏搏，王慧琪，张蜜，张延华，孙艳华，孙恩昌，杨睿哲，冉祥胤，刘佳，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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