一種基于頻譜合約的多用戶協(xié)作頻譜共享方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信系統(tǒng)和認知無線電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于頻譜合約的 多用戶協(xié)作頻譜共享方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展和無線業(yè)務(wù)需求的日益增大，無線頻譜資源日趨匱 乏，這一問題已成為制約無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要瓶頸。認知無線電技術(shù)通過智能感知空閑頻 譜、自適應(yīng)動態(tài)接入可用頻帶等方式，有效地解決無線頻譜資源匱乏和頻譜利用率低下的 矛盾，成為無線通信最為熱點的研究領(lǐng)域之一。作為認知無線網(wǎng)絡(luò)中新興技術(shù)，協(xié)作頻譜共 享能夠充分利用授權(quán)用戶（PrimaryUsers,PU)和非授權(quán)用戶（SecondaryUsers,SU)之 間、或SU之間相互合作所帶來的分集增益，有效地提高系統(tǒng)的頻譜利用率，成為該領(lǐng)域內(nèi) 具有重要研究價值的一項新課題。
[0003] 協(xié)作頻譜共享機制的創(chuàng)建和應(yīng)用的關(guān)鍵在于如何建立準(zhǔn)確的協(xié)作頻譜共享模型， 這通常需要盡可能完備的網(wǎng)絡(luò)信息。然而，在實際的認知網(wǎng)絡(luò)和協(xié)作無線網(wǎng)絡(luò)中，普遍存在 著非對稱網(wǎng)絡(luò)信息現(xiàn)象，即因占有無線頻譜資源的優(yōu)先級不同、所處網(wǎng)絡(luò)環(huán)境位置的不同、 能力的差別等因素導(dǎo)致PU和SU所獲得的網(wǎng)絡(luò)信息是不一致的，使得建立具有高準(zhǔn)確性和 可擴展性的無線頻譜資源協(xié)作共享模型相當(dāng)困難。為此，針對非對稱性網(wǎng)絡(luò)信息的頻譜共 享技術(shù)研究正得到越來越多研究者的關(guān)注。然而，目前協(xié)作頻譜共享建模的研究較少關(guān)注 協(xié)作雙方存在的私有行動等非對稱性網(wǎng)絡(luò)信息，使得模型不夠準(zhǔn)確；并且，大多研究只考慮 到某種特定非對稱網(wǎng)絡(luò)信息情況下的建模，使得模型的適應(yīng)性和可擴展性較差。這些問題 的存在，致使當(dāng)前所建模型較難滿足實際應(yīng)用所需的準(zhǔn)確性和可擴展性要求。如何解決上 述問題已成為協(xié)作頻譜共享技術(shù)所面臨的極大挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提出了一種基于頻譜合約的多用戶協(xié)作頻譜共享方法。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于頻譜合約的多用戶協(xié)作頻譜共享方法，其 特征在于：結(jié)合基于市場驅(qū)動的頻譜合約機制特點，建立授權(quán)用戶PU和非授權(quán)用戶SU模 型；考慮到合約雙方通信的自私性和個人理性的約束，提出頻譜合約框架以權(quán)衡雙方的利 益，從而建立對稱網(wǎng)絡(luò)信息條件下多用戶協(xié)作頻譜共享合約模型；針對網(wǎng)絡(luò)信息的非對稱 性，在合約設(shè)計過程中分析了各種行動隱匿情況下的道德風(fēng)險問題，建立PU行為可測及SU 行為隱匿情況下的道德風(fēng)險問題模型、PU行為隱匿及SU行為可測情況下的道德風(fēng)險模型、 PU行為隱匿及SU行為隱匿情況下的道德風(fēng)險模型，通過設(shè)置合同參數(shù)來激勵交易雙方的 行動，在實現(xiàn)利益雙贏的同時，保證網(wǎng)絡(luò)通信性能的優(yōu)化和頻譜資源的共享。
[0006] 作為優(yōu)選，所述的建立授權(quán)用戶TO和非授權(quán)用戶SU模型，其具體過程為：假設(shè)網(wǎng) 絡(luò)信息環(huán)境中存在M個PU和N個SU，那么，每一個PU和若干個SU均會形成關(guān)于協(xié)作頻譜 共享的合約文件，而每一個SU只允許被一個PU雇用，即參與一個頻譜合約，在分布式協(xié)作 頻譜共享合約機制中，考慮到上述合約關(guān)系，通過引入SUjPPUi的選擇矩陣.年以描述多su 參與頻譜共享的簽約方式，其中，1表示第j個SU與第i個PU建立合約關(guān)系，€ = 0表 示第j個SU與第i個PU沒有建立合約關(guān)系，由于每個SUj只能被一個PU所雇用，因此，選 擇矩陣年的約束條件可表示為：
【主權(quán)項】
1. 一種基于頻譜合約的多用戶協(xié)作頻譜共享方法，其特征在于：結(jié)合基于市場驅(qū)動的 頻譜合約機制特點，建立授權(quán)用戶ro和非授權(quán)用戶SU模型；考慮到合約雙方通信的自私性 和個人理性的約束，提出頻譜合約框架以權(quán)衡雙方的利益，從而建立對稱網(wǎng)絡(luò)信息條件下 多用戶協(xié)作頻譜共享合約模型；針對網(wǎng)絡(luò)信息的非對稱性，在合約設(shè)計過程中分析了各種 行動隱匿情況下的道德風(fēng)險問題，建立PU行為可測及SU行為隱匿情況下的道德風(fēng)險模型、 PU行為隱匿及SU行為可測情況下的道德風(fēng)險模型、PU行為隱匿及SU行為隱匿情況下的道 德風(fēng)險模型，通過設(shè)置合同參數(shù)來激勵交易雙方的行動，在實現(xiàn)利益雙贏的同時，保證網(wǎng)絡(luò) 通信性能的優(yōu)化和頻譜資源的共享。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻譜合約的多用戶協(xié)作頻譜共享方法，其特征在于：所 述的建立授權(quán)用戶PU和非授權(quán)用戶SU模型，其具體過程為：假設(shè)網(wǎng)絡(luò)信息環(huán)境中存在M個 PU和N個SU，那么，每一個PU和若干個SU均會形成關(guān)于協(xié)作頻譜共享的合約文件，而每一 個SU只允許被一個PU所雇用，即參與一個頻譜合約，在分布式協(xié)作頻譜共享合約機制中， 考慮到上述合約關(guān)系，通過引入SUjPPU4勺選擇矩陣年以描述多SU參與頻譜共享的簽約 方式，其中，年=1表示第j個SU與第i個PU建立合約關(guān)系，< =〇表示第j個SU與第i 個PU沒有建立合約關(guān)系，由于每個SUj只能被一個PU所雇用，因此，選擇矩陣#的約束條 件可表示為： m
i=i 假設(shè)各個SUj付出的努力程度為e/，各個SUj所獲得的回報為乂，各個5%選擇 合約條款后所獲得的期望效用可表示為、,,(?，€)，PUim獲得的效用可表示為 故整個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中所有PU的效用之和為：
上左半式中，w/為矢量W第i行第j列的元素，e/為矢量E第i行第j列的元素，<9/為 矢量?第i行第j列的元素。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于頻譜合約的多用戶協(xié)作頻譜共享方法，其特征在于：所 述的對稱網(wǎng)絡(luò)信息條件下多用戶協(xié)作頻譜共享合約模型，其具體過程為：由于PU和SU通信 的自私性，TO和SU的目標(biāo)是相沖突的，因此，為了PU雇用的SU有意愿接受合約條款，PU需 要確保每個SU所獲期望效用是積極的（大于等于零），即協(xié)作頻譜共享合約需滿足個人理 性（IndividualRationality,IR)約束： IR:KiJ(e!，W；,0/)>O 為使所有PU的效用最大化，協(xié)作頻譜共享合約機制的系統(tǒng)模型建立為： MaxUPU(E,ff, 0) s.t.IR: uKiij(c' ,n]' ,0；')>0 ej >Oswj >0 0 穹二{0,1}且 引 /二i
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于頻譜合約的多用戶協(xié)作頻譜共享方法，其特征在于：所 述的PU行為可測及SU行為隱匿情況下的道德風(fēng)險模型，其具體過程為：在PU行為可測及 SU行為隱匿情況下，PU為委托人，SU為代理人，SU存在道德風(fēng)險問題，考慮評價結(jié)果可觀 測的情況，PU收益最大化問題可表示為：
其中，IR約束確保SU獲得積極的期望效用，1C約束確保SU獲得期望效用的最大化。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于頻譜合約的多用戶協(xié)作頻譜共享方法，其特征在于：所 述的PU行為隱匿及SU行為可測情況下的道德風(fēng)險模型，其具體過程為：在PU行為隱匿及 SU行為可測情況下，SU為委托人，PU為代理人，PU存在道德風(fēng)險問題，考慮評價結(jié)果發(fā)生 隱匿的情況，SU收益最大化問題可表示為：
其中，IR約束確保PU獲得積極的期望效用，1C約束確保PU獲得期望效用的最大化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于頻譜合約的多用戶協(xié)作頻譜共享方法，其特征在于：所 述的PU行為隱匿及SU行為隱匿情況下的道德風(fēng)險模型，其具體過程為：在PU行為隱匿及 SU行為隱匿情況下，整個通信鏈路作為虛擬委托人，PU和SU均為代理人，存在雙向道德風(fēng) 險問題；考慮評價結(jié)果可以觀測的情況，通信鏈路收益最大化問題可表示為： (
1=1 其中，IR約束確保PU和SU獲得積極的期望效用，1C約束確保PU和SU獲得期望效用 的最大化。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于頻譜合約的多用戶協(xié)作頻譜共享方法，結(jié)合基于市場驅(qū)動的頻譜合約機制特點，建立授權(quán)用戶PU和非授權(quán)用戶SU模型；考慮到合約雙方通信的自私性和個人理性的約束，提出頻譜合約框架以權(quán)衡雙方的利益，從而建立對稱網(wǎng)絡(luò)信息條件下多用戶協(xié)作頻譜共享合約模型；針對網(wǎng)絡(luò)信息的非對稱性，在合約設(shè)計過程中分析了各種行動隱匿情況下的道德風(fēng)險問題，建立PU行為可測及SU行為隱匿情況下的道德風(fēng)險模型、PU行為隱匿及SU行為可測情況下的道德風(fēng)險模型、PU行為隱匿及SU行為隱匿情況下的道德風(fēng)險模型，通過設(shè)置合同參數(shù)來激勵交易雙方的行動，在實現(xiàn)利益雙贏的同時，保證網(wǎng)絡(luò)通信性能的優(yōu)化和頻譜資源的共享。
【IPC分類】H04W16-14
【公開號】CN104618914
【申請?zhí)枴緾N201510001872
【發(fā)明人】趙楠, 武明虎, 周先軍, 熊煒, 常春
【申請人】湖北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月4日