认知无线电频谱分配新算法研究

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1、第9期田峰等：认知无线电频谱分配新算法研究·33·认知无线电频谱分配新算法研究田峰,杨震(南京邮电大学信号处理与传输研究院，江苏南京210003)摘要：构造了一个基于合作博奕的非对称纳什协商效能函数，并通过2个认知用户间协商子载波的使用，实现了基于感知贡献加权的比例公平性频谱分配的新算法。仿真结果表明提出的方案不仅实现了频谱资源的公平有效分配，而且有利于频谱感知的最大化。关键词：认知无线电；频谱分配；非对称纳什协商方案；合作博奕中图分类号：TN925.5文献标识码：A文章编号：1000-436X(2007)09-0027-07Studyonnovelspectrum

2、allocationalgorithmforcognitiveradiosTIANFeng,YANGZhen(InstituteofSignalProcessingandTransmission,NanjingUniversityofPostsandTelecommunications,Nanjing210003,China)Abstract:Incooperativegameasymmetric-Nash-bargain-solution-basedutilityfunctionwasproposedandthenewspectrumallocationalgor

3、ithmbasedonsensingcontributionweightedproportionalfairnessthroughtwocognitiveradiosbargainingwasimplemented.Thesimulationresultsshowthattheapproachrealizesnotonlyefficientandfairallocationofthespectrumresourcebutalsomaximizationofthespectrumsensing.Keywords:cognitiveradio;spectrumalloc

4、ation;asymmetricNashbargainsolution;cooperativegame第9期田峰等：认知无线电频谱分配新算法研究·33·1引言收稿日期：2006-08-15；修回日期：2007-07-27基金项目：教育部重点科技基金资助项目(206055)；江苏省高校自然科学重大基础研究基金资助项目(06KJA51001)FoundationItems:TheKeyScientificResearchProjectfortheMinistryofEducation(206055);TheKeyScientificResearchProjectofOf

5、ficeofEducationinJiangsuProvince(06KJA51001)随着信息时代的到来，无线频谱已成为现代社会不可或缺的宝贵资源。事实上,在许多频段，频谱接入是比频谱物理稀缺更重要的问题，由于现有的频谱授权机制采用固定的频谱分配，使得频谱利用率低，造成大量频谱资源浪费[1]，而认知无线电（CR,cognitiveradio）被认为是解决无线频谱低利用率问题的最佳方案。认知无线电具有在不影响其他授权用户即主用户（PU,primaryuser）的前提下智能地利用大量空闲频谱并且随时随地、高可靠性通信的潜能[2,3]。因此研究认知无线电环境下的动态频谱

6、分配和接入尤为重要。目前认知无线电尚处于初始研究阶段，针对频谱分配和接入问题，以前的相关工作多从基站对信道的固定分配角度来考虑，固定分配容易造成频谱资源的巨大浪费，并且，分配中也没有考虑不同用户公平分配资源。近年来，许多研究人员开展了频谱灵活利用方法的研究，Zheng等人提出基于图论模型的以网络为中心的协作和公平性随机频谱接入方案[4]；Cao等人提出的本地协商(localbargaining)算法，采用公平的业务保证机制[5]；Zheng等人提出了基于礼仪规则的以设备为中心的频谱管理方案[6]。虽然这些方法在实现频谱共享的一些方面取得了一些进步，但是往往没有给出适

7、当的通信系统模型第9期田峰等：认知无线电频谱分配新算法研究·33·，而且在频谱分配时没有考虑认知无线电频谱感知的内容，因此还有很多不完善的地方有待提高。本文构造了一个基于非对称纳什协商方案的效能函数，通过有效的两用户协商算法，以基站为中心，在CR用户间分布式地进行子载波动态交换，从而实现了基于感知加权的比例公平性频谱分配，最终达到有效公平的频谱分配目标。同时这种机制也激励CR用户更多地投入频谱感知。本文第2节介绍认知无线电系统模型和认知网络场景，第3节介绍非对称纳什协商模型及效能函数，第4节给出两用户协商算法及算法收敛性证明，第5节是算法仿真与性能分析，第6节是