[发明专利]认知无线电中的频谱合作共享方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通信技术领域的方法，具体是一种认知无线电中的主用户、二级用户频谱合作共享的方法。 

背景技术

一方面随着无线电的广泛使用，频谱的占用使得频谱资源愈加宝贵。另一方面随着不断发展的无线电技术给移动用户提供了更加灵活的接入方式。在认知无线电网络中，一般分为频带拥有者（例如各电信运营商），主用户（PU）和二级用户（SU）。主要用户为授权用户，能够随时地接入信道而不会受到任何干扰。二级用户为非授权用户并没有接入和服务质量保证，但是拥有更大的灵活性选择不同的运营商接入。因此基于认知无线电技术，各电信运营商在频段闲暇时把未被占用的频段提供给二级用户使用。 

近年，人们对认知无线电中的合作机制和博弈机制进行了深入的研究。经对现有技术文献的检索发现，Jin Zhang和Qian Zhang在2009年ACM MobiHoc会议上发表的“Stackelberg game for utility-based cooperative cognitive radio networks”（以效益为基础的合作认知无线电网络的Stackelberg博弈）。该文作者提出了一种合作认知无线电网络（CCRN）的概念。在此方案中，每个主用户PU可以与多个二级用户SU合作共享频谱：PU可以利用SU作为信息传输的中继，而作为回报，帮助中继的SU则获得利用频谱资源以传输自己的数据的机会。 

但是上述技术中没有考虑过SU的中继功率是可变的问题。另外，在他们的工作中，SU利用频谱资源的机会与其中继中为PU做出的贡献是不相关的，而且被PU选定为中继的SU是没有选择合作与否的权利的，即一旦被选中，无论SU愿意与否，它们都被强迫帮助PU中继，这些假设与实际情况不符。 

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种认知无线电中多个主用户PU，多 个二级用户SU之间频谱合作共享的策略。该策略使用博弈模型建模，一方面给予SU选择合作与否的权利，另一方面保证了PU之间的公平性，能够取得频谱合作共享中的稳定的全局次优解答。 

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤： 

步骤一，多个主用户PU和多个二级用户SU构成认知无线电网络，规定网络接入协议。 

N_P个PU和N_S个二级用户SU的系统模型如图1。在这种模式下，每个时段分为两部分：用于PU传输的合作阶段部分α，以及用于SU传输的租赁阶段部分(1-α)。在合作阶段，PU的发射器（PT）可直接向主用户接收器（PR）传输数据；也可以通过SU中继。SU为PU中继所作出的贡献是其在租赁阶段接入PU提供的频谱资源的前提。规定一个SU在同一时段内的合作阶段只能为一个PU作中继，且在接下来的租赁阶段只能使用该PU提供的频谱资源。 

对前一部分的合作阶段，在第一个 的时段部分中，对某个PU（记为PU_k），其发射器（PT_k）向主用户接收器（PR_k）和一个或者多个二级用户发射器（ST_S）传输数据；在余下的 的时段部分中，PT_k、ST_S向PR_k传输数据。对后一部分的租赁阶段，这些二级用户SU_S以时分复用接入（TDMA）的模式接入信道。对其中的某个SU（记为SU_i），其接入信道的时间t_i由它在合作阶段的贡献决定，即