[发明专利]一种动态频谱分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及认知无线电动态频谱分配技术领域，具体是一种动态频谱分配方法。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，可用频谱资源越来越匮乏。据FCC调查发现，授权频带的频谱利用率只在15%∽85%之间，相当多的频带未被充分使用，而非授权频带却非常拥护。认知无线电(CR)技术的基本出发点是：感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，有目的地实时改变某些操作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使其内部状态适应接收到的无线信号的统计变化，从而实现任何时间、任何地点的高可靠通信以及对异构网络环境有限的无线频谱资源进行高效地利用。

动态频谱分配是CR的一项关键技术，其主要解决的是总带宽效益最大化与信道分配的比例公平性最大问题。目前国内外针对动态频谱分配已有的一些项目主要包括：频谱池(Spectirum Pooling)系统、DRiVE/OverDRiVE项目、DARPAXG项目和IEEE 802.22 WRAN等。在这些项目的推动下，在基本理论、数据传输、网络架构和协议、与现有无线通信系统的融合以及原型开发等领域取得了一些成果。用于认知无线电动态频谱分配主要有基于图论的分配模型、基于博弈论的分配模型和基于经济学拍卖理论的分配模型。

贪婪分配方法是指总是做出当前最好的选择，是局部的最优解，但不一定是整体的最优解。对应到本文中，指的是将当前带宽效益值最大的信道分配给申请发送数据的认知用户。贪婪分配方法的优势在于在一次分配进行时，单个认知用户或者局部认知用户可以获得的带宽效益值是最大的，但所有认知用户的总带宽效益值不一定是最大的，同时由于该方法不考虑干扰的存在，导致信道分配的比例公平性很低。

随机分配方法是指在信道分配的过程中，只要有认知用户申请发送数据，就将信道分配给认知用户，而不管信道是否满足认知用户的要求。随机分配方法的优点在于该分配方法比较简单，但是不能取得在带宽效益值和信道分配的比例公平性方面的要求。

Kuhn-Munkres（简称KM）算法的核心在于反复修改顶点标记，使得新的相等子图的最大分配逐渐扩大，直至最终出现相等子图的完美分配，即通过给每个顶点一个标号（叫做顶标）把求最大权匹配的问题转化为求完备匹配的问题的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种动态频谱分配方法，使其在保证总带宽效益最大的同时避免不同信道之间的相互干扰，同时利用规定缩短认知用户等待分配信道的时间。

本发明的技术方案是：

1.一种动态频谱分配方法，包括以下步骤：

1）用公式t_i=Numi×I×d_i/R表示认知用户通信拟占用信道的时间t_i，其中Num_i为第i个认知用户需要发送数据包的个数，I为每个数据包包含的固定比特数，R为数据传输速率，d为发送信号的传输距离；

2）用公式表示一次分配过程中认知用户通信拟占用信道的平均时间

3）比较所述t_i和所述若t_i大于则定义用时t_i的认知用户的优先权为高，若t_i不大于则定义用时t_i的认知用户的优先权为低，信道优先分配给优先权高的用户；

4）将主用户未占用的空闲信道集中形成频谱池，定义三种将频谱池中的可用信道分配给认知用户的状态，记为j：

a.认知用户只能使用当前信道，即j=1；

b.认知用户能使用当前信道以及相邻信道之一，即j=2；

c.认知用户能使用当前信道以及相邻两个信道，即j=3；

5）在集中式网络结构中，设定基站的m个信号平均传输半径，记为D_m；

6）用公式β_jm＝j×B×log₂(1+S/N₀)/L(D_m)表示传输距离为上述平均传输半径、分别在上述三种将频谱池中的信道分配给认知用户的状态下的带宽效益；可得到3m个带宽效益值，其中L(D_m)为第i个认知用户发送信号在平均传输半径D_m时的路径损耗,S/N₀为认知用户接收信号的噪声功率比，B为数据传输的信道带宽；