[发明专利]一种认知无线网络中分布式多用户动态频谱接入方法

说明书

本发明公开了一种认知无线网络中分布式多用户动态频谱接入方法，该方法如下：步骤一、构建系统模型，所述系统模型为：小区中的n个授权用户和k个认知用户共享b个信道；其中：n、k和b取不为零的自然数，且n和b的取值相等；k＞n；步骤二、采用DQN算法对认知用户进行频谱选择和接入，具体为：设定初始Q函数，设定每一个认知用户作为一个执行者，每一个执行者按照DQN算法进行动作选择，即从b个信道中选择一个进行传输，计算系统的平均效用值，采用演进博弈理论设定奖赏值；然后训练神经网络，用神经网络作为函数逼近器，得到更新后的Q函数；步骤三、继续执行步骤二，直至得到的系统容量趋于定值。在高频谱需求情况下，频带利用率高。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种认知无线网络中分布式多用户动态频谱接入方法。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展与无线设备的普及以及新业务的不断增长，频谱资源变得越来越紧缺，固定可用的频谱资源已经无法满足用户的通信要求，加之低频谱利用率所带来的频谱资源不足等问题变得日益严重，使得无线通信系统在推动经济和社会发展时受到了频谱资源的约束。目前认知无线电技术已经成为了解决低频谱利用率问题的关键技术，该技术的主要思想是首先检测哪些频谱处于空闲状态，然后智能选择和接入这些空闲频谱，这大大提高了频谱利用率。

为了提高用户的体验质量和缓解频谱压力，最近已经有许多认知无线网络中动态频谱管理相关的工作被完成。这些研究工作很大程度上提高了频谱利用率。但是这些都有其局限性，如虽然能够得到纳什均衡和演进稳定均衡，但是对环境的要求较高，且用户没有经过学习的过程，收敛速度慢。或者研究的是军用网络，是建立在军用网络中的每个辅助无线电节点可以根据其优先级分配频谱资源的前提上的，应用有一定的局限性。有的并没有考虑到各用户之间的均衡与协调，系统比较不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种认知无线网络中分布式多用户动态频谱接入方法，在高频谱需求情况下，频带利用率高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种认知无线网络中分布式多用户动态频谱接入方法，该方法如下：

步骤一、构建系统模型，所述系统模型为：小区中的n个授权用户和k个认知用户共享b个信道；其中：n、k和b取不为零的自然数，且n和b的取值相等；k＞n；

步骤二、采用DQN算法对认知用户进行频谱选择和接入，具体为：

设定初始Q函数，设定每一个认知用户作为一个执行者，每一个执行者按照DQN算法进行动作选择，即从b个信道中选择一个进行传输，计算系统的平均效用值，采用演进博弈理论设定奖赏值；然后训练神经网络，用神经网络作为函数逼近器，得到更新后的Q函数；

步骤三、继续执行步骤二，直至得到的系统容量趋于定值。

进一步地，系统的平均效用值为计算过程如下：

首先确定每个认知用户的传输效用值u_i，1≤i≤k，具体为：采用信噪比作为效用值：且第i个认知用户独占信道p； (1)；

则：

其中：SNR_i表示第i个认知用户获得的信噪比；

y_p为信道p上授权用户的状态；为1时，表明该信道被授权用户占用；为0时，表明该信道未被授权用户占用；

S_i为第i个认知用户发送的信号功率；

N_p为信道p的噪声功率；

为与第i个认知用户选择同一信道的其他用户发送的信号功率总和；

进一步地，采用演进博弈理论确定奖赏值的过程如下：