[发明专利]一种基于纳什博弈的协作抗干扰频谱接入方法

摘要

一种基于纳什博弈的协作抗干扰频谱接入方法，包括以下过程：1)认知用户以协作方式接入授权用户的频谱，认知用户接收到授权用户的信息后，通过解码转发协作方式帮助发送授权用户的信息到授权接收端；2)计算授权用户通过认知用户协作帮助后获得的速率R_P和授权用户直传时的速率R_D；3)如果R_P≥R_D，则授权用户就会分配一部分时间给认识用户，授权其接入自己的频谱，认知用户接入授权用户的频谱后，利用一部分的带宽转发授权用户的信息，利用剩余的带宽发送自己的信息；如果R_P＜R_D，则授权用户不会授权认知用户接入自己的频谱，继续通过直传发送自己的信息。本发明有效消除授权用户和认知用户之间相互干扰的问题、提升用户性能。

主权项

一种基于纳什博弈的协作抗干扰频谱接入方法，无线电通信系统包括一个主系统和一个认知系统，其中，主系统由一个授权用户发送端和授权接收端组成，所述主系统支持中继功能，有一段W带宽组成的授权频谱；认知系统由一个认知用户发送端和认知接收端组成，所述认知系统能够模拟主系统中的无线电协议和系统参数；其特征在于：所述协作抗干扰频谱接入方法包括以下过程：1)认知用户以协作方式接入授权用户的频谱，认知用户接收到授权用户的信息后，通过解码转发协作方式帮助发送授权用户的信息到授权接收端；2)计算授权用户通过认知用户协作帮助后获得的速率R_P和授权用户直传时的速率R_D；3)如果R_P≥R_D，则授权用户就会分配一部分时间给认识用户，授权其接入自己的频谱，认知用户接入授权用户的频谱后，利用一部分的带宽转发授权用户的信息，利用剩余的带宽发送自己的信息；授权用户和认知用户之间的时间和带宽分配问题建模成一个纳什博弈问题，如式(1)：$\begin{array}{cc}(t^{*},b^{*})=\arg \underset{U_i>{\stackrel{\‾}{U}}_i}{\max }(U_P-{\stackrel{\‾}{U}}_P)(U_S-{\stackrel{\‾}{U}}_S)& i=(P,S)---\left(1\right)\end{array}$其中，t^*和b^*分别表示最优时间和带宽分配，U_P和U_S分别表示认知用户接入授权用户频谱后，授权用户获得的速率和认知用户获得的速率，表示为：U_P＝min{tR₂,(1‑t)bR₃+tR_D}   (2)U_S＝(1‑t)(1‑b)R₄＝(1‑t‑b+tb)R₄   (3)其中，t表示第一个时隙授权用户发送自己信息所占的时间，b表示在第二个时隙认识用户帮助转发授权用户信息所占的带宽，t和b的取值范围为0～1，R_D为授权用户直传时的速率，$R_2={W\log }_2(1+\frac{P_P{\mathrm{\γ}}_2}{N_0}),R_3={W\log }_2(1+\frac{P_S{\mathrm{\γ}}_3}{{2N}_0}),R_4={W\log }_2(1+\frac{P_S{\mathrm{\γ}}_4}{{2N}_0}),$P_P和P_S分别为授权用户和认知用户的发射功率，γ₁，γ₂，γ₃和γ₄分别为授权用户发送端到授权接收端，授权用户发送端到认知用户发送端，认知用户发送端到授权接收端和认知用户发送端到认知接收端链路的信道增益，N₀为噪声功率谱密度；式(1)，分别表示授权用户和认知用户的最小速率要求，通过纳什博弈方法获得上述的最优时间t^*和带宽分配b^*：当bR₃‑R_D‑R₂＜0时，$t^{*}=\frac{R_2{R}_3{R}_4+R_D{R}_4(R_2+R_3-R_D)}{2R_2{R}_4(R_2+R_3-R_D)}---\left(4\right)$$b^{*}=\frac{{4R}_2{R}_4(R_2+R_3-R_D)}{(R_2+R_3-R_D)({2R}_2{R}_4-R_D{R}_4)-R_2{R}_3{R}_4}---\left(5\right)$当bR₃‑R_D‑R₂≥0时，$t^{*}=\frac{R_D+R_2}{{2R}_2}---\left(6\right)$$b^{*}=\frac{R_D+R_2}{R_3}---\left(7\right);$如果R_P＜R_D，则授权用户不会授权认知用户接入自己的频谱，继续通过直传发送自己的信息。