一種基于頻譜聚合的認(rèn)知無線電頻譜分配方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于頻譜聚合的認(rèn)知無線電頻譜分配方法，其特征在于:系統(tǒng)中K個認(rèn)知用戶U1到UK接入到網(wǎng)絡(luò)中，從用戶信息中獲取認(rèn)知用戶U1到UK相應(yīng)的傳輸速率需求到需求因子Q1到QK；針對每個認(rèn)知用戶，求出滿足傳輸速率需求的條件下至少要聚合的子載波數(shù)n；計算出認(rèn)知用戶U1到UK相應(yīng)的最大頻譜利用率η1,max到ηK,max；結(jié)合需求因子和最大頻譜利用率，計算出認(rèn)知用戶U1到UK相應(yīng)的最大需求頻譜利用率；根據(jù)認(rèn)知用戶最大需求頻譜利用率的大小決定認(rèn)知用戶獲得頻譜資源的順序。
【專利說明】一種基于頻譜聚合的認(rèn)知無線電頻譜分配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于頻譜聚合的認(rèn)知無線電頻譜分配方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是無線局域網(wǎng)（WLAN)技術(shù)、無線個人域網(wǎng)絡(luò) (WPAN)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的人通過這些技術(shù)以無線的方式接入互聯(lián)網(wǎng)，使得無線頻譜 成為越來越緊缺的資源。為了解決頻譜資源匱乏的問題，基本思想就是盡量提高現(xiàn)有的頻 譜利用率，于是人們提出了這樣的一種方法：在已授權(quán)頻段沒有或只有很少的通信業(yè)務(wù)在 活動的情況下，具有認(rèn)知功能的無線通信設(shè)備可以偵測出在空域、時域和頻域中出現(xiàn)的可 被利用的頻譜資源，并按照某種"伺機（Opportunistic Way) "的方式工作在這些已授權(quán)的 頻段內(nèi)，合理的使用這些"頻譜空洞"。這種使無線通信設(shè)備具有發(fā)現(xiàn)"頻譜空洞"并合理利 用它們的能力構(gòu)成了認(rèn)知無線電（Cognitive Radio, CR)的核心思想。
[0003] 近年來，多數(shù)認(rèn)知無線電中頻譜分配方法的研究是基于連續(xù)頻譜分配的，但是在 連續(xù)頻譜分配方法中，每個信道只能由一段連續(xù)的頻段構(gòu)成，這樣會生成許多帶寬小于用 戶需求的頻譜片段，這些頻譜片段不能被充分利用從而導(dǎo)致頻譜浪費。
[0004] 隨著 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的發(fā)展，在當(dāng)今 的通信系統(tǒng)中，為了提高用戶無線接入的帶寬，以支持?jǐn)?shù)據(jù)速率更高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，載波聚 合（Carrier Aggregation, CA)技術(shù)被廣泛應(yīng)用。載波聚合能夠聚合一個通信系統(tǒng)內(nèi)多 個頻域相鄰的成員載波，使得總帶寬增大，并滿足頻譜兼容性。而頻譜聚合（Spectrum AggregatiomSA)被認(rèn)為是載波聚合的一般化，其聚合的載波帶寬可以不同，所處頻帶不限 定于相鄰的成員載波。
[0005] 現(xiàn)有的頻譜聚合分配方法，其用戶的滿意度較差，而且現(xiàn)有的頻譜聚合分配方法 中，沒有考慮到不同認(rèn)知用戶對頻譜資源的需求迫切程度，這也在一定程度上降低了系統(tǒng) 的公平性。而在認(rèn)知無線電頻譜分配問題上，系統(tǒng)公平性是最重要的指標(biāo)之一，為此需要一 種方法考慮認(rèn)知用戶對頻譜資源的需求度，從而在基本保持系統(tǒng)達到的總吞吐量的前提下 提高系統(tǒng)的公平性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的在于提供一種基于頻譜聚合的認(rèn)知無線電頻譜分配方法，用戶的滿意 度高，并且能夠有效提高系統(tǒng)的公平性。
[0007] 實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案：
[0008] -種基于頻譜聚合的認(rèn)知無線電頻譜分配方法，其特征在于：
[0009] 步驟一：系統(tǒng)中K個認(rèn)知用戶A到υκ接入到網(wǎng)絡(luò)中，從用戶信息中獲取認(rèn)知用戶 Ui到υκ相應(yīng)的傳輸速率需求i?rq到，需求因子％到QK，所說的需求因子用于反映認(rèn)知用 戶對頻譜資源的需求迫切程度；
[0010] 步驟二：針對每個認(rèn)知用戶，求出滿足傳輸速率需求的條件下至少要聚合的子載 波數(shù)η ;
[0011] 步驟三：通過步驟二中獲得的每個認(rèn)知用戶需要聚合的子載波數(shù)η，計算出認(rèn)知 用戶Ui到U K相應(yīng)的最大頻譜利用率II 到;
[0012] 步驟四：結(jié)合需求因子和最大頻譜利用率，計算出認(rèn)知用戶Ui到UK相應(yīng)的最大需 求頻譜利用率\_到x K，max;
[0013] 步驟五：得到最大需求頻譜利用率向量Hmax = [ X X 2，max, . . .，X K，max]; _4] 步驟六：根據(jù)x 的大小決定認(rèn)知用戶獲得頻譜資源的順序，對Hmax中x 最 大的用戶優(yōu)先分配頻譜資源，i = 1，2…Κ ;
[0015] 步驟七：將用戶分配向量S中對應(yīng)用戶的值更新為1，表示該用戶已被分配；
[0016] 步驟八：將子載波分配矩陣A中對應(yīng)子載波的位置更新為1，表示相應(yīng)子載波已被 使用；
[0017] 步驟九：將傳輸速率矩陣Rmax中對應(yīng)子載波的傳輸速率置0,防止再次分配時其他 用戶重復(fù)占用相同的子載波；
[0018] 步驟十：重復(fù)步驟二至步驟九，對未分配用戶進行處理，直到所有用戶都得到了頻 譜資源或者在一輪分配中不能滿足任何用戶的傳輸速率需求。
[0019] 步驟四中，認(rèn)知用戶的最大需求頻譜利用率通過如下公式獲得，
[0020] 祖=嚇,祖，Q, y i = ·· K ·
[0021] 步驟九中，傳輸速率矩陣Rmax表示如下，
[0022]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于頻譜聚合的認(rèn)知無線電頻譜分配方法，其特征在于： 步驟一：系統(tǒng)中K個認(rèn)知用戶Ui到UK接入到網(wǎng)絡(luò)中，從用戶信息中獲取認(rèn)知用戶Ui到 υκ相應(yīng)的傳輸速率需求到，需求因子Qi到QK，所說的需求因子用于反映認(rèn)知用戶對 頻譜資源的需求迫切程度； 步驟二：針對每個認(rèn)知用戶，求出滿足傳輸速率需求的條件下至少要聚合的子載波數(shù) η ； 步驟三：通過步驟二中獲得的每個認(rèn)知用戶需要聚合的子載波數(shù)η，計算出認(rèn)知用戶仏 到UK相應(yīng)的最大頻譜利用率η 1;max到nK，max ; 步驟四：結(jié)合需求因子和最大頻譜利用率，計算出認(rèn)知用戶Α到UK相應(yīng)的最大需求頻 譜利用率x1mx到χκ，_ ; 步驟五：得到最大需求頻譜利用率向量Η_ = [ X 1;_，X 2，_，· · ·，X κ，_]; 步驟六：根據(jù)大小決定認(rèn)知用戶獲得頻譜資源的順序，對Hmax中χ_χ最大的用 戶優(yōu)先分配頻譜資源，i = 1，2…Κ ; 步驟七：將用戶分配向量S中對應(yīng)的值更新為1，表示該用戶已被分配； 步驟八：將子載波分配矩陣A中對應(yīng)子載波的位置更新為1，表示相應(yīng)子載波已被使 用； 步驟九：將傳輸速率矩陣Rmax中對應(yīng)子載波的傳輸速率置〇,防止再次分配時其他用戶 重復(fù)占用相同的子載波； 步驟十：重復(fù)步驟二至步驟九，對未分配用戶進行處理，直到所有用戶都得到了頻譜資 源或者在一輪分配中不能滿足任何用戶的傳輸速率需求。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻譜聚合的認(rèn)知無線電頻譜分配方法，其特征在于：步 驟四中，認(rèn)知用戶的最大需求頻譜利用率通過如下公式獲得，
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻譜聚合的認(rèn)知無線電頻譜分配方法，其特征在于：步 驟九中，傳輸速率矩陣Rmax表示如下，
代表認(rèn)知用戶仏在子載波?.上支持的最大傳輸速率，如果&被占用，則 Z?,":.1' =〇，W = l，2..X。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻譜聚合的認(rèn)知無線電頻譜分配方法，其特征在于：步 驟八中，子載波分配矩陣A表示如下，
代表認(rèn)知用戶A是否占用?_，如果Ay = 1，則子載波&分配給了用戶％，反之，則沒 有。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻譜聚合的認(rèn)知無線電頻譜分配方法，其特征在于：還 包括步驟十一，得到最終的用戶分配向量S和子載波分配矩陣A ;利用步驟十一中獲得的子 載波分配矩陣A，可通過如下公式計算系統(tǒng)達到的總吞吐量Ta，
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于頻譜聚合的認(rèn)知無線電頻譜分配方法，其特征在于：利 用步驟十一中獲得的用戶分配向量S，可通過如下公式計算認(rèn)知用戶需求滿意度S a
【文檔編號】H04W16/14GK104105104SQ201410353539
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】刁鳴, 張志強, 高洪元, 錢榮鑫, 張帆 申請人:哈爾濱工程大學(xué)