[发明专利]一种基于博弈论下的频谱分配方法及通信设备和系统

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于博弈论下的频谱分配方法及通信设备和系统。

背景技术

随着现代科学技术的发展与进步，电子、电气设备或系统获得越来越广泛的应用，几乎渗透到国防和国名经济的各个领域，并且以惊人的速度朝着高集成化、微型化、低功耗、数字化、智能化方向发展。电子、电气设备或系统对电磁干扰的敏感度越来越高，同时由于大量电子设备的应用，高密度、宽频谱的电磁信号几乎充满了整个人类生存的空间，构成了极其复杂的电磁环境。如何在设备和系统与电磁环境之间寻求一种协调的关系与共存的条件，已成为现代电子技术发展道路上必须解决的难题。于是以抑制电磁干扰为目的的电磁兼容与电磁防护技术就迅猛地发展起来了，并且越来越受到人们的重视，它以电气和电子科学的基本理论为基础，并注重并解决各种电磁污染所涉及的理论与技术难题。

随着无线通信业务需求的快速增长，可用频谱资源变得越来越稀缺。人们通过采用先进的无线通信理论和技术，如链路自适应技术、多天线技术等努力提高频谱利用效率的同时，却发现全球授权频段，尤其是信号传播特性比较好的低频段频谱的利用率极低。据研究表明，在任一时刻，人们所用到的频谱只占所有可用频谱的2％一6％。问题并不是真正的频谱匮乏，而是我们没有一种在满足现行授权频谱用户的要求的同时，对频谱访问进行智能管理的技术。因此近几年来，能够对不可再生的频谱资源实现再利用的频谱共享技术受到了人们的广泛关注。认知无线电(cognitive radio，CR)作为一种智能的频谱共享技术，能够依靠人工智能的支持，感知无线通信环境，根据一定的学习和决策算法，实时自适应地改变系统工作参数，动态地检测和有效地利用空闲频谱，理论上允许在时间、频率以及空间上进行多维的频谱复用，这将大大降低频谱和带宽限制对无线技术发展的束缚。

当人们通过采用先进的无线通信理论和技术来努力提高频谱利用率的时候，却发现全球授权频段，尤其是低频段频谱的利用率极低。美国加州大学Berkely分校对频谱的利用情况做了一次统计，如图1所示，发现3GHz以上的频段几乎没有被使用，而3GHz以下的频段有多大70％的未被充分利用。现有技术不够智能、灵活，当然也不具有系统地智能学习的功能。此外，现有技术在实际使用时只要投入使用后，重新配置、系统升级的难度、工作量以及成本均较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于博弈论下的频谱分配方法及通信设备和系统，通过博弈论为设备分配相应的频率资源，解决现有设备环境中电磁兼容性的问题。

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于博弈论下的频谱分配方法，包括：

认知无线电小区下的第一用户利用贝努利试验进行频谱资源的概率计算，判断频谱资源中的一个通信信道是否为第一用户所占用；

如果所述通信信道为第一用户所占用，第一用户计算所述第一用户在所有可用通信信道上产生的干扰值Io，并将所述干扰值Io发送至认知无线电小区下的用户；

认知无线电小区下的第二用户的接收端收到干扰值Io后，计算除第二用户之外的用户对第二用户的干扰值Id，计算频谱资源中每个信道上的效用函数U1；

第二用户根据效用函数U1值结果提取效用函数值U1值高所对应的通信信道作为第二用户的通信信道。

所述第二用户根据效用函数U1值结果提取效用函数值U1值高所对应的信道作为第二用户的通信信道之后还包括：

第二用户将选定的通信信道通过公共控制信道发送给认知无线电小区下的所有用户；

认知无线电小区下的所有用户对收到的第二用户选定的通信信道进行确认，并更新自身的信道状态表。

所述第二用户根据效用函数U1值结果提取效用函数值U1值高所对应的通信信道作为第二用户的通信信道包括：

在第二用户没有受到第一用户的干扰时，提取效用函数值U1值最大所对应的通信信道作为第二用户的通信信道；

在所述用户受到第一用户的干扰时，提取效用函数值U1次之于最大值所对应的通信信道最为第二用户的通信信道。

所述第二用户根据效用函数U1值结果提取效用函数值U1值高所对应的通信信道作为第二用户的通信信道还包括：

当通信信道所对应的效用函数值U1相同时，随随机选择一个通信信道作为第二用户的通信信道。

所述效用函数U1表达式为：